Диссертация (Разработка методик хроматомасс-спектрометрического определения наркотических средств, психотропных веществ и лекарственных препаратов в биообъектах)

Федеральное государственное автономное образовательноеучреждение высшего образования«Российский университет дружбы народов»На правах рукописиКислякова Яна ЮрьевнаРазработка методик хроматомасс-спектрометрического определениянаркотических средств, психотропных веществ и лекарственныхпрепаратов в биообъектахСпециальность 02.00.02 – аналитическая химияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата химических наукНаучный руководитель:к.х.н., доцент Шешко Т.Ф.Москва2017ОГЛАВЛЕНИЕПеречень основных терминов и сокращений, использованных в работе4Введение5Глава 1. Литературный обзор111.1 Природа, структура и строение волос111.2 Механизм проникновения экзогенных веществ в волосы161.3 Метаболизм и содержание экзогенных веществ в волосах201.4 Химико-токсикологический анализ волос221.4.1 Отбор проб волос221.4.2 Внешний смыв231.4.3 Отмывка волос от внешних и пото-жировых загрязнений231.4.4 Подходы к изолированию веществ из матрицы волос261.4.5 Очистка экстрактов291.4.6 Дериватизация361.4.7 Методы анализа тетрагидроканнабинола и его метаболита в волосах 391.4.8 Методы анализа синтетических каннабиноидов в волосах411.5 Анализ биожидкостей431.5.1 Определение амфетамина в цельной крови431.5.2 Идентификация морфина и кодеина в моче441.5.3 Анализ природных каннабиноидов в моче46Глава 2.

Экспериментальная часть482.1 Оборудование482.2 Материалы и реагенты49Глава 3. Изучение адсорбции экзогенных веществ на волосах503.1 Методика выполнения эксперимента513.2 Результаты и обсуждение53Глава 4. Разработка подходов к анализу волос594.1 Определеие условий проведения отмывки волос от внешнихзагрязнений594.2 Определение условий извлечения экзогенных веществ из матрицыволос664.3 Исследование условий инструментального анализа774.4 Валидация методики химической идентификации стимуляторов,анальгетиков, галлюциногенов и антидепрессантов в волосах методомгазовой хроматографии с применением масс-селективного детектирования 834.4.1 Определение предела детектирования и предела количественнойоценки844.4.2 Определение линейного участка калибровочной кривой854.4.3 Определение расширенной повторяемости с учетом пробоподготовки 884.5 Создание методики подтверждающего анализа стимуляторов игаллюциногенов в волосах методом ВЭЖХ-МС/МС904.6 Валидация методики подтверждающего анализа стимуляторов(амфетамина, метамфетамина, МДА, МДМА, МДЕА) и галлюциногенов(РСР) в волосах методом ВЭЖХ-МС/МС9224.6.1 Определение предела детектирования и предела количественнойоценки934.6.2 Определение линейного участка калибровочной кривой934.6.3 Определение расширенной повторяемости с учетом пробоподготовки 954.7 Анализ внешней поверхности волос на ТГК, каннабинол иканнабидиол методом ВЭЖХ-МС/МС954.8 Анализ внутренней области волос на тетрагидроканнабинол и 11нор-∆9-тетрагидроканнабиноловую кислоту методом ВЭЖХ-МС/МС1004.9 Анализ внешней поверхности волос на наличие синтетическихканнабиноидов классов 3-нафтоилиндолы, индол-3-карбоксилаты и индазол3-карбоксамиды методов ГХ-МС/МС1084.10 Анализ внутренней области волос на наличие синтетическихканнабиноидов классов 3-нафтоилиндолы, индол-3-карбоксилаты и индазол3-карбоксамиды методов ГХ-МС/МС116Глава 5.

Анализ биожидкостей.1195.1 Разработка методики химико-токсикологического определенияамфетамина в крови методом ВЭЖХ-МС/МС1195.2 Оптимизация условий обнаружения морфина и кодеина в моче.Поиск критерий отличия употребления морфина и кодеинсодержащихпрепаратов1225.3 Определение ТГК-кислоты в моче с использованием метода ВЭЖХМС/МС1296 Выводы1317 Список литературы1348 Приложение1473ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ,ИСПОЛЬЗОВАННЫХ В РАБОТЕХМС – хроматомасс-спектрометрия;ХТА – химико-токсикологический анализ;ФАВ – физиологически активные вещества;ГХ-МС – газовая хроматография с масс-селективным детектированием;ГХ-МС/МС – газовая хроматография с тандемным масс-селективнымдетектированием;ВЭЖХ-МС/МС – высокоэффективная жидкостная хроматография стандемным масс-селективным детектированием;ЦНС – центральная нервная система;ТГК – тетрагидроканнабинол;КНБ – каннабинол;КНД – каннабидиол;ТГКК – 11-нор-∆9-тетрагидроканнабиноловая кислота;ХИ – химическая ионизация;ЭУ – электронный удар;ПД – предел детектирования;ПКО – предел количественной оценки;ПАВ – поверхностно активные вещества;ЖЖЭ − жидкость-жидкостная экстракция;ТФЭ – твердофазная экстракция;ТФМЭ – твердофазная микроэкстракция;SOHT – Всемирное общество анализа волос;SRM – мониторинг единичных реакций;MRM – мониторинг множественных реакций.4ВведениеОдной из важнейших задач химико-токсикологического анализа (ХТА) исудебной медицины является обнаружение в биологических объектахэкзогенных веществ, способных оказывать активное физиологическоевоздействие на организм человека (далее ФАВ).

Такие исследованиянеобходимы, например, при проведении медицинского освидетельствованияводителей на состояние наркотического опьянения, в ходе мониторингаупотребления наркотических средств и психотропных веществ детьмишкольного возраста, для установления причины летального исхода и припроведении оперативно-розыскных мероприятий, направленных на борьбу снезаконным оборотом наркотических средств и психотропных веществ.Объекты исследования, представляющие наибольший интерес, − моча,кровь и волосы. После употребления вещества сохраняются в крови всреднем в течение 24-х часов, в моче − до 3х дней, а в волосах от месяца донескольких лет, в зависимости от их длины. Основной недостаток мочи –содержание веществ преимущественно в виде метаболитов.

Волосы жеявляются одним из наиболее перспективных биологических материаловхимико-токсикологического исследования. Интерес к данному биообъектуобусловлен также тем, что он не требует особых условий хранения исодержащиеся в нем экзогенные вещества сохраняются достаточно долго, атакже находятся преимущественно в нативном (неизменном) виде, чтоисключает необходимость поиска метаболитов. Однако анализ волосинформативен лишь в случае многократного или хронического употребленияэкзогенных веществ.Анализ мочи и крови позволяет определить даже однократноеупотребление человеком ФАВ, но в этом случае необходимо проводитьопределение как исходных соединений, так и их метаболитов. В некоторыхже случаях ФАВ может полностью метаболизировать в организме человека.Поиск метаболитов зачастую затруднен ввиду отсутствия аналитическихстандартов и образцов сравнения данных соединений.Одной из наименее охваченных областей в ХТА волос являетсяопределение способа проникновения и удерживание экзогенных веществ в ихструктуре, что затрудняет определение условий пробоподготовки волос кинструментальному анализу.

Поэтому для решения вопроса о выбореспособов подготовки данного биообъекта к анализу, необходимо провестиисследования степени и механизма адсорбции веществ на поверхности волоси установить характер их взаимодействия.5Основной проблемой обнаружения ФАВ в биообъектах является их низкоесодержание, что требует применения высокочувствительных методовисследования. Одним из таких методов является хроматомасс-спектрометрия(ХМС), сочетающая хроматографию (газовую или жидкостную) и массспектрометрию.

Наиболее широко в ХТА и судебной медицине применяетсяметод газовой хроматографии с масс-селективным детектированием (далееГХ-МС). Он отлично подходит для скринингового анализа, однако, имеет ряднедостатков: низкая чувствительность, сложная и многоступенчатаяпробоподготовка. Для анализа биообъектов методом ГХ-МС чаще всегоиспользуют масс-спектрометр с ионизацией электронным ударом иквадрупольным фильтром масс. Это позволяет проводить качественный иколичественный анализ на наличие различных экзогенных веществорганической природы.Более высокой чувствительностью и специфичностью обладает методгазовойхроматографиистандемныммасс-спектрометрическимдетектированием (далее ГХ-МС/МС), он подходит как для скрининговыхисследований, так и для направленного поиска веществ, хотяпробоподготовка остается такой же сложной.

Альтернативным поселективности,нонаиболеечувствительнымметодомявляетсявысокоэффективная жидкостная хроматография с тандемным массспектрометрическим детектированием (далее ВЭЖХ-МС/МС). Данный методне требует такой сложной пробоподготовки, как ГХ-МС. ВЭЖХ-МС/МС, вотличие от ГХ-МС, используется как подтверждающий метод анализа, нодля него не существует коммерчески доступных универсальных библиотекмасс-спектров. Это приводит к необходимости создавать собственныеметодики, методы и библиотеки индивидуально под каждый прибор.

Ноблагодаря высокой селективности тандемная масс-спектрометрия нашлаширокое применение в ХТА и судебной медицине.Использование ХМС для анализа волос диктует необходимость решениявопроса о выборе способа пробоподготовки этого твердого биообъекта, длячего также необходимо установить характер адсорбционного взаимодействияэкзогенных веществ с матрицей волос.Цель данной работы: разработка хроматомасс-спектрометрическихметодов исследования и определение оптимальных условий пробоподготовкидля анализа наркотических средств, психотропных веществ и лекарственныхпрепаратов (рис.

1) в объектах биологического происхождения.6Рисунок 1. Структурные формулы некоторых наркотических средств,психотропных и лекарственных веществ, анализируемых в биообъектахметодами ХМС.Для достижения поставленной цели необходимо было решить рядследующих задач:1. Разработать методы извлечения наркотических средств (морфин,кодеин, «природные» и «синтетические» каннабиноиды), психотропных(амфетамин, метамфетамин, МДА, МДМА, МДЕА, МДПВ, РСР),сильнодействующих (фентанил, стрихнин) веществ и лекарственныхпрепаратов (карбамазепин, амитриптилин) из матрицы волос.2. Исследовать адсорбцию (1-пентил-1H-индол-3-ил)-(4-этил-нафталин-1ил)метанона (далее JWH-210) на поверхности измельченных волос иустановить ее закономерности.3.