SPME技术及其在司法鉴定中的应用

张艳林，宋庆芳

(广东警官学院 刑事技术系，广东 广州 510232)

如何把存在于复杂生物基质中的待测组分快速转变成现代分析仪器所能接受的样品形态，一直备受司法鉴定物证分析工作者的关注。固相微萃取 (SPME)技术于1990年由加拿大Waterlop大学的Pawliszyn等人发明，是一种集采样、萃取、浓缩、进样于一体的综合技术。这一技术具有分析速度快、方法简便、无需溶剂、灵敏度高、所需样品体积小，易于实现仪器化和自动化，适用于现场分析等优点，这些优点使其越来越广泛的应用于各个研究领域。本文主要对影响SPME技术的因素及其在司法鉴定中的应用做一综述。

一、影响SPME技术的因素

由SPME技术的作用原理可知，固相萃取量与被分析体系中的诸多因素有关。如何提高待测组分的固相萃取量，即提高分析检测的选择性和灵敏度是该方法研究的核心内容。大量的研究证实，选择合适的萃取头和最佳的实验条件是保证应用SPME技术取得理想分析结果的关键。

(一)萃取头的选择

SPME的核心部分是萃取头的涂层，涂层的厚度和种类在很大程度上决定了方法的灵敏度和选择性，因此选择合适的萃取头涂层是SPME方法成功与否的关键。和色谱柱的吸附一样，SPME的吸附也遵循“相似相溶原理”，极性涂层对极性待测组分具有较强的亲和力;反之，非极性涂层对非极性待测组分具有较强的亲和力。一般来说，涂层薄的萃取头适于较难挥发、分子量大的化合物，涂层厚的萃取头适合于易挥发、分子量小的化合物。萃取头涂层越厚，对待测组分吸附量越大，可降低最低检出限，提高检测灵敏度，但涂层越厚，所需平衡萃取时间越长，使分析速度减慢。因此，选择萃取头时应综合考虑各种情况。理想的萃取头涂层应对待测组分有较强的萃取能力，并能在较短时间内达到吸附平衡;对其热解吸时，被萃取组分能迅速从萃取头上解吸出来;另外，所选萃取头还必须具有良好的热稳定性。目前常用的商品化萃取头涂层有三类。其一为非极性涂层如聚二甲基硅氧烷 (PDMS)适用于分析非极性化合物;其二为极性涂层如聚酰胺(PA)和聚乙二醇 (PEG)适用于分析极性化合物，其中PA适用于分析含有杂原子的极性化合物，PEG适用于分析酚类化合物;其三为中等极性混合型涂层如聚乙烯二醇－二乙烯基苯 (CW－DVB)。这三类涂层可满足大多数样品中待测组分的萃取。在实际操作中应综合考虑被测组分的分子量、极性和挥发性等因素，选择合适的萃取头进行分析测定。一些典型的商品化萃取头涂层及应用见表1。

表一、几种主要商品化的纤维涂层Tab1．Several main commercialized fiber coating in SPME

(二)萃取时间的选择

萃取时间即待测组分在各相达到平衡的时间，是由涂层厚度及理化性质、分配系数、扩散速率、样品基质等多种因素决定的。由于涂层对待测组分的吸附速率是随时间变化的，吸附初期速率较快，随后会进入一个平台期，最后吸附速率减慢。因此，为保证检测结果有良好的重现性，应严格控制萃取时间的一致性。一般情况下，检测挥发性有机物时，10min左右可以达到平衡，而检测基质复杂或较难挥发的有机物时，平衡所需时间会延长至30 －60min。

(三)萃取温度的选择

萃取过程中，分配系数与温度密切相关，适当加热升高样品温度，可加快被测组分的扩散速度，缩短平衡时间。但涂层的吸附是一个放热过程，过高的温度会使分配系数下降，直接引起检测灵敏度的下降。因此，在实际工作中要根据被测样品的具体情况确定最佳萃取温度，特别是进行多组分同时测定时，萃取温度的影响尤为突出。

(四)无机盐效应及pH值影响

样品中加入无机盐，可增加样品体系的离子浓度，使待测物溶解度降低，从而增加分配系数，提高萃取效率和分析灵敏度。但过高的盐浓度会增加体系的粘度，影响扩散速率，产生负效应。适当调节体系pH值，可防止液体试样中待测物质离子化，使其处于分子状态，增加亲脂性，降低溶解度，提高萃取效率。因此，体系pH值的调节是不容忽略的。

(五)搅拌基质的影响

搅拌可使待测物分布均匀，增加质量传递速度，更快地达到分配平衡，提高萃取效率。超声振荡可更好地促使待测物迁移到吸附涂层上，增加有机物在气相中的浓度，有利于提高吸附效率和分析的准确性。

二、SPME技术在司法鉴定中的应用

在司法鉴定领域，SPME技术主要应用在生物样品中的毒品、毒物、药物，火灾和爆炸残留物，人体气味等物证的分析鉴定中。

(一)在毒品鉴定中的应用

毒品滥用日益严峻，已经成为当今的全球性问题，给社会带来了严重危害。在毒品的检测中，样品前处理是制约分析检测方法成败的瓶颈因素，固相微萃取技术以其独特的优点，成为毒品分析领域应用越来越广泛的前处理技术。

目前常见毒品多为非极性化合物，因此萃取这类物质多采用非极性萃取头PDMS。通过选择最佳萃取头类型、萃取时间、解析时间、离子强度等可以优化SPME条件，我国司法鉴定工作者已将SPME技术成功应用于人体尿液中氯胺酮的检测［1－2］，方法预处理简单、分析速度快、灵敏度高。在苯丙胺类毒品的分析中，SPME技术的应用也很广泛，李学博［3］等采用100umPDMS萃取头萃取尿中的甲基苯丙胺，在低、中、高 (200、500、1000ng/mL)浓度的平均相对回收率为102.6%、98.5%、93.2%，日内及日间 RSD分别小于8.1%、7.2%，能够快速地定性、定量检测吸毒人员体内的甲基苯丙胺。刘兆［4］等研究了可大批量连续进行毒品自动分析的方法，在苯丙胺类毒品的气相色谱－质谱分析中，利用SPME技术及AOC－5000自动进样器完成了自动化分析。其方法不仅操作简便而且保证了较高的灵敏度。在对生物检材中可卡因及其代谢物的分析研究中，王小波［5］等比较了L－L萃取、SPE、SPME的可行性，总结出SPME方法是一种绿色、快速、准确、灵敏的前处理方法。SPME与 GC/MS和HPLC/MS等在线联用，进一步完善了分离分析一体化技术，使其在毛发药物分析中展示出良好的应用前景，孙英英［6］对SPME技术在毛发中滥用药物如苯丙胺类、美沙酮、大麻、可卡因、利多卡因等及其相应代谢产物的分析研究及应用进展做了综述。

(二)在农药鉴定中的应用

SPME技术在农药残留检测领域应用广泛，国内外很多人开展了这方面的研究工作［7］。付颖［8］对SPME技术在农药残留分析中的应用进行了较详尽的论述，对影响萃取效果的诸因素给出了系统说明，引用国内外文献多达56篇。王云玉［9］综述了近年来生物样品中农药分析的样品前处理技术和检测方法，重点对固相微萃取技术进行了评述。

朱捷［10］以HS－SPME作为前处理手段，采用GC－MS联用方法测定了牛奶样品中31种农药组分 (其中有机氯农药23种，拟除虫菊酯类农药8种)。整个研究过程几乎没使用有机溶剂，集提取浓缩于一体，大大降低了检测时间，提高了分析效率。该方法快速、简单、准确、可靠、环保。适用于批量牛奶样品中农药残留的筛查。

(三)在毒鼠强鉴定中的应用

毒鼠强 (tetramine)，化学名四亚甲基二砜四胺，又称四二四，是一种对人、畜具有剧烈毒性的灭鼠剂。人的口服致死量为 0.1～0.2 mg/kg，，其毒性大约为士的宁的5倍、氟乙酰胺的3～30倍、氰化钾的100倍［11］。国内外已经严禁使用。但近年来毒鼠强所引起的意外中毒或投毒事件日益增加，给公众安全和社会生活造成了很大的影响。中毒检材以剩余食物、呕吐物、胃内容物中毒鼠强含量最高，血、尿、肝等也是很好的检材。有报道说明毒鼠强中毒40天后其血液中仍可检出毒鼠强，而在尿液中检出毒鼠强的时间可延续5个月之久［12］。

国内外研究者较早将SPME技术应用在尿液中毒鼠强的提取检测［13－14］，采用极性 85μm PA 作为萃取头涂层，用气相色谱－氮磷检测器测定，方法快速、准确、灵敏。近年来SPME应用于血液中痕量毒鼠强的检测也取得了良好的效果。刘霞［15］利用SPME和GC/MS联用测定了血液中的毒鼠强，取得了令人满意的结果。赵舰［16］等在用SPME技术分离和测定血液样品中的毒鼠强时，取2mL血样加水稀释至15mL，插入PA萃取纤维头30min，取出萃取头用水洗涤2～3次后，在气相色谱仪的前进样口加热除去残留的水分，然后将萃取头插入仪器的进样口进行热解吸，并测定其含量。此方法的检出限为1.1μg/L。在毒鼠强浓度为 100μg/L时，相对标准偏差 (n=6)为4．03%。

(四)在火灾和爆炸残留物鉴定中的应用

火灾和爆炸现场所获取的残留物，由于成分复杂，含量低微，不但容易污染分析仪器，而且会产生很大的背景干扰，难以取得理想的分析鉴定效果。因此，样品的前处理在整个分析鉴定工作中起着重要的作用。在火灾及爆炸残留物的检测中，目前常用的前处理方法有L－L萃取法、SPE法等。这些方法耗时长、劳动量大且需大量溶剂，有毒溶剂不仅影响操作人员健康，污染周围环境，而且对提取液进行浓缩时，经常造成目标物损失，使鉴定结论的准确性受到影响。SPME技术克服了这些缺点，在操作过程中完全不使用有机溶剂，操作时间短，检材用量少。由于萃取头对碳氢化合物的高选择性和强富集性，有效地避免了基质中杂质、污染物的引入，可以轻松自如地获得足够的分析目标物［17－18］。

AshleyC ．Harris［19］在对汽油、煤油和柴油这三种常见助燃剂检测的研究中发现，SPME技术是目前常用的活性碳吸附法的有效替代前处理方法。查正根［20］等采用SPME－GC－MS方法，完成了模拟火灾现场的残留物分析，对现场残留物中是否含有助燃剂作到了准确的识别。

在当前的纵火案中，使用的助燃剂不仅限于汽油、煤油和柴油等矿物油，越来越多的纵火分子使用乙醇、乙醚、丙酮等助燃剂。前者，燃烧后留下比较明显的燃烧痕迹，因此称之为痕迹助燃剂;后者，燃烧后不容易留下明显的燃烧痕迹，称之为无痕迹助燃剂。很多学者对痕迹助燃剂鉴定做了深入的研究和总结，而对于无痕迹助燃剂鉴定的研究尚处于起步阶段。李盈宇［21］等首次将SPME技术应用于火灾现场无痕迹助燃剂的提取鉴定，通过萃取头涂层的吸附作用从火灾受伤人体血液中直接吸附无痕迹助燃剂进行GC/FID定性定量分析。

在爆炸残留物鉴定分析中，国外司法鉴定工作者已广泛采用SPME技术作为前处理技术［22］，但在国内这方面报道很少。

(五)在人体气味鉴定中的应用

在人体气味鉴定中，利用警犬灵敏的嗅觉识别人体气味，借以追踪犯罪嫌疑人是沿用至今的方法。但在警犬的使用中，仍然存在一些缺陷，主要是警犬自身的身体状况、复杂环境的干扰等因素均会对人体气味的鉴定产生较大的影响。因此人们一直希望能采用仪器分析的方法对人体气味进行检测，并与警犬所得结果相互验证。在这方面，国内外相关研究人员做了一些工作，但由于人体气味复杂、可供检测的物质量极少、且受环境影响较大等特点，相关文献报道不多。

有人将SPME技术应用于人体腋窝部位的气味成分分析［23－24］，确认出人体气味中所包含的化学成分，通过其所含化学成分的不同来区分和认定不同个体。代勇［25］等采用HS－SPME－GC－MS分析法分别对不同人体手部气味中的主要挥发性成分醇、酚、醛、酮、酸、酯等6类物质进行了测定。其结果显示，除了酸类和酚类物质不能用作鉴别不同人体气味的指标性成分外，其他4类物质均可作为鉴别不同人体气味的指标性成分。王淳浩［26］采用SPME技术与GC－MS联用法相结合的分析方法，分别检测出人体气味中常见的25种组分。

三、展望

SPME技术因其携带方便、操作简便、测定快速、高效的特点，且是一种无溶剂的样品预处理方法，可以实现与多种现代分析仪器的联合运用，研究分析领域广泛，在司法鉴定领域的应用潜力很大。预计未来的研究热点会集中在三个方面:一是研究和开发新涂层及新装置，使SPME技术的应用更加广泛;二是提高SPME技术的自动化程度，使分析结果的重现性更好、准确性更高;三是开发研制生物样品中多组分同时测定的分析方法，将现代仪器分析技术，特别是现代质谱分析技术与SPME技术更有效地结合，在司法鉴定领域开展更多，更细致的研究工作。

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