磺化聚氯乙烯微粒负载于不锈钢片：用于唾液样品中碱性药物提取的阳离子交换剂平面相

《Journal of Choice Modelling》：Sulfonated polyvinyl chloride microparticles onto stainless-steel sheets: A cationic-exchanger planar phase for extraction of basic drugs in saliva samples

　　

聚合物材料因其广泛的可用性、多样性和广泛的改性可能性而被广泛用作吸附相。后者包括在吸附剂与分析物之间引入不同的相互作用或增强现有的相互作用，从而提高萃取效率、选择性或两者兼有。本文描述了一种简单的一步改性商业聚氯乙烯（PVC）的方法，以在其结构中引入磺酸基团。结果，改性颗粒获得了混合模式吸附能力（阳离子交换和疏水相互作用的结合），通过X射线荧光（XRF）和红外光谱（IR）证实。使用双面胶带将改性PVC颗粒固定在不锈钢片上，所得吸附相用于从唾液样品中提取阿片类药物（可待因、美沙酮、羟考酮和曲马多）。研究过程中，优化了影响萃取过程的关键参数（样品pH、洗脱液类型、搅拌速度以及萃取和洗脱时间）。该程序与直接输注串联质谱（DI-MS/MS）联用并进行了验证，在精密度（日内相对标准偏差≤13.4%，日间相对标准偏差≤9.7%）和准确度（日内相对回收率在82-111%范围内，日间相对回收率在82-104%之间）方面取得了令人满意的结果。所开发方法的范围涵盖了实际唾液样品中检测到的阿片类药物的浓度，使其适用于药物监测和滥用控制项目。

**论文解读文章**

**研究背景、问题与意义**
聚合物材料因其高可用性、结构多样性和易于改性等特性，在样品前处理领域的固相微萃取（SPME）中广泛应用。然而，传统聚合物吸附相常需通过化学修饰引入特定相互作用，以提高对目标分析物的选择性或萃取效率。平面相（planar phase）因其高表面积体积比，可加速分析物扩散并缩短萃取平衡时间，但金属基底（如不锈钢片）的平滑表面限制了物理涂覆的均匀性，而化学蚀刻虽能引入活性基团但需使用危险试剂，不符合绿色化学原则。针对上述问题，研究人员提出了一种简单的一步法磺化改性商业聚氯乙烯（PVC）微粒，并通过双面胶带将其固定于不锈钢片，制备阳离子交换平面吸附相，用于从唾液样品中提取碱性药物（阿片类药物）。唾液作为非侵入性生物样本，可替代血液用于药物监测，但由于其高粘度及基质效应，萃取方法需兼具高选择性和高灵敏度。本研究旨在开发一种低成本、易制备、可一次性使用的平面固相微萃取（TFME）装置，用于同时提取极性不同的碱性药物，并验证其在药物滥用监控和临床治疗监测中的应用潜力。该论文发表在《Journal of Choice Modelling》。

**研究内容与结论**
研究人员通过浓硫酸（95-98%）对商业PVC微粒进行一步磺化处理（55°C，30 min，500 rpm），得到磺化聚氯乙烯（SPVC）微粒。X射线荧光（XRF）和红外光谱（IR）分析证实磺酸基团成功引入，且材料保留了部分疏水结构，形成混合模式（阳离子交换+疏水）吸附能力。将SPVC微粒通过双面胶带固定于不锈钢片（3 mm×3 cm）上，每片约含4.7±0.3 mg吸附剂。该平面相用于从唾液样品中提取四种阿片类药物（可待因、美沙酮、羟考酮、曲马多），并采用直接输注串联质谱（DI-MS/MS）进行分析。研究优化了样品pH、洗脱液组成、搅拌速度及萃取/洗脱时间等关键参数，最终在最佳条件下（中性pH、甲醇/氢氧化铵（98/2 v/v）洗脱、1500 rpm搅拌、萃取45 min、洗脱2 min）获得了满意的精密度（日内RSD ≤13.4%，日间RSD ≤9.7%）和准确度（日内相对回收率82-111%，日间相对回收率82-104%）。方法检出限（LOD）为0.6 μg·L^?1，定量限（LOQ）为2 μg·L^?1，线性范围覆盖2-600 μg·L^?1（曲马多至400 μg·L^?1）。该方法的实际应用通过分析一名服用含可待因药物的患者唾液样本（采集后30、60、90、120 min）得到验证，可待因浓度可被准确定量（31-165 μg·L^?1）。此外，方法可持续性（AGREEprep评分0.7）和适用性（BAGI评分62.5）评估表明，该方法可同时处理多达90个样品，结合DI-MS/MS（1.5 min/样），适用于高通量筛查。

**主要关键技术方法**
研究人员采用的主要技术方法包括：（1）一步磺化法：将商业PVC粉末与浓硫酸在55°C下反应30 min，引入磺酸基团并实现部分碳化，获得混合模式吸附能力的SPVC微粒；（2）吸附相固定化：通过双面胶带将SPVC微粒直接粘附于不锈钢片，无需共价键合或蚀刻，操作简单且避免使用危险试剂；（3）唾液样品处理：健康志愿者提供空白唾液（被动流涎法收集，混合后4°C保存），患者唾液样本（含可待因）来自医疗处方下的个体，所有样品在萃取前均离心（11089 g，3 min）去除颗粒物；（4）萃取与洗脱条件优化：系统考察了样品pH（2-12）、洗脱液种类（甲醇/氢氧化铵不同比例）、离子强度、搅拌速度（750-1500 rpm）、萃取时间（15-90 min）及洗脱时间（2-10 min）对萃取效率的影响；（5）直接输注串联质谱（DI-MS/MS）分析：采用电喷雾离子源正离子模式，多反应监测（MRM）模式检测，并使用同位素内标（可待因-d₃、美沙酮-d₃、羟考酮-d₆）进行定量校正。

**研究结果**
**3.1 萃取程序优化**
研究人员通过分析样品pH对萃取效率的影响，发现中性pH（6.5-7.5）下阿片类药物呈正电状态，阳离子交换作用主导萃取，而在酸性pH（<4）时质子竞争降低效率，碱性pH（>8）时药物呈中性，疏水作用仍保留部分萃取能力，证实了混合模式机制。洗脱液优化显示甲醇/氢氧化铵（98/2 v/v）可有效破坏离子交换作用，而离子强度增加会抑制萃取效率，但可通过同位素内标归一化。萃取动力学研究表明，在1500 rpm搅拌下，45 min可达到接近平衡的萃取量，洗脱步骤在2 min内达到平衡。

**3.2 方法在唾液样品中的应用**
**3.2.1 样品稀释试验**
研究人员比较了未稀释、稀释1/2及1/4的唾液样品，发现稀释未显著提高信号，且分析物信号降低与稀释倍数不成正比，表明存在基质效应，但最终选择未稀释样品以保持较高灵敏度，并通过基质匹配校准进行验证。

**3.2.2 方法分析性能**
按照ICH M10指南进行验证，采用加权线性回归（1/x）建立基质匹配校准曲线，线性范围2-600 μg·L^?1（曲马多2-400 μg·L^?1），R² ≥0.980。LOD和LOQ分别为0.6和2 μg·L^?1。日内精密度（RSD）在LOQ水平≤13.4%，其他质量控制水平≤8.0%；日间精密度≤9.7%（LOQ）及≤7.5%（其他水平）。日内准确度（相对回收率）为82-97%（LOQ）及82-103%（其他水平），日间准确度为82-104%（LOQ）及85-100%（其他水平）。稀释完整性验证（2000 μg·L^?1稀释10倍）显示准确度99-119%。稳定性试验表明，样品在4°C和-20°C下至少可稳定保存3天（除羟考酮第一天出现偏低外，后续恢复）。与文献方法对比，该方法在LOD（0.6 μg·L^?1）、线性范围及通量方面具有优势，尤其适用于高浓度样品稀释后分析。真实样品分析（含可待因患者唾液）成功定量了不同时间点的浓度，验证了方法实用性。

**讨论与结论**
本研究提出了一种简单的一步法磺化商业PVC微粒，并通过商用双面胶带将其固定于不锈钢片，制备了薄层微萃取装置。该改性仅需在浓硫酸中温和加热，即可通过部分碳化和磺酸基团引入，赋予吸附剂阳离子交换与疏水混合模式吸附能力。XRF和IR表征证实了改性成功。最终制备的吸附单元成功用于唾液样品中四种阿片类药物（可待因、美沙酮、羟考酮、曲马多）的萃取。通过对关键参数的优化，方法获得了详尽的验证结果，证实了其有效性。此外，对服用含可待因药物的真实唾液样本进行分析，评估了方法在实际样品中的应用能力。该方法的定量范围覆盖了统计报告中常见阿片类药物的浓度，且适用于Log K_O/W值在-0.54至3（可待因至美沙酮）范围内的极性分析物。本研究旨在评估新型吸附相在生物分析领域的潜力，而非开发多残留方法，因此选择了不同极性的碱性分析物作为目标化合物，以证明磺化聚合物与带正电分析物的潜在相互作用。使用常见试剂和材料可以实现低成本、一次性微萃取单元的制造，从而消除交叉污染问题。此外，可同时提取数十个样品，结合DI-MS/MS分析，使该方法在高通量应用中具有高效性。