固相微萃取技术在法庭科学领域中的应用

吴清华，张振宇（中国刑事警察学院，沈阳 110035）



固相微萃取技术在法庭科学领域中的应用

吴清华，张振宇
（中国刑事警察学院，沈阳 110035）

综述国内外固相微萃取技术在法庭科学领域中毒物、毒品和微量物证（炸药残留物、助燃剂残留物、人体气味）样品前处理及分析中的应用，以及在火场助燃剂残留物及人体气味鉴别方面的应用；对固相微萃取技术在法庭科学领域中的发展方向进行了展望。可以对法庭科学领域毒物毒品、微量物的相关研究和侦查办案提供参考。

固相微萃取；法庭科学；毒物；毒品；微量物证

固相微萃取技术（SPME）是Belardi和Pawliszyn在1989年首次提出，并于20世纪90年代普遍应用的一种集采样、萃取、浓缩、进样、解析于一体的新型样品前处理技术［1］。其萃取方式主要有直接浸入萃取式（不挥发组分）、顶空萃取式（易挥发组分）和膜保护萃取式（杂质干扰多的组分）3种。SPME的工作原理：先利用萃取纤维头表面的固定相对目标组分的吸附作用使其从基质中萃取出来，并逐渐富集，然后直接与气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）及气相色谱-质谱（GC-MC）联用，以完成后续样品的分析检测［2］。与其它样品前处理技术相比，SPME具有操作简便、快速、易于实现自动化及可与GC，HPLC，GC-MC联用等优点，现已广泛应用于各领域样品的前处理及其分析过程［3］。

在法庭科学领域各刑事案件现场采集到的各种检材量都比较少且大多被污染，因此快速有效的物证前处理技术在刑事物证分析中具有重要的作用。而SPME技术所特有的优势能直接提高样品的分析速度、目标组分的纯度、鉴定结果的准确度从而为侦查人员提供正确的侦察方向以及法庭案件的审理提供有价值的证据，以加快案件的侦破。笔者通过总结文献中固相微萃取技术在各类毒物、毒品及微量物证检材中的应用，探讨其在法庭科学领域中的发展方向。

1　SPME技术在毒物、毒品分析鉴定中的应用

SPME 技术在法庭科学领域中毒物、毒品定性、定量检测等相关方面的应用，国内外工作者做了很多的研究工作。目前SPME已被广泛应用于毛发、血液、尿液、唾液以及胃内容物中苯丙胺及其衍生物、可卡因及其衍生物、大麻酚、摇头丸、尼古丁、毒鼠强、苯二氮卓类药物、有机磷杀虫剂等毒物、毒品的检测。

李学博等［4］利用SPME技术，从尿液中萃取出甲基苯丙胺，在低、中、高（200，500，1 000 ng/ml）浓度的平均回收率为102.6%，98.5%，93.2%，在实际案例中使用此方法可以快速准确地判断相关人员是否吸食苯丙胺类毒品以及吸食的量是多少。刘兆等［5］采用SPME/GC-MS联用技术分析苯丙胺类毒品，同时利用AOC-5000自动进样器完成整个分析过程。此方法不仅可大批量连续进样完成样品的自动分析而且使操作更加简便迅速，大大提高了检测的灵敏度。

孙英英等［6］综述了国外学者采用SPME及其联用技术检测毛发中常见滥用药物（如苯丙胺类及其衍生物、大麻、可卡因、利多卡因及其相应的代谢产物等）的相关研究及应用进展。总结了Toledo，Gentili，Koide等国外专家利用SPME及其联用技术通过改变所用溶剂（例如用酶溶解头发检材），改变萃取方法等方式提高了萃取效率、检测灵敏度和回收率等，与传统方法相比有很大的优势。

Fucci等［7］采用直接浸入式SPME/GC-MS技术在分析首次吸食大麻毒品的滥用者的唾液时，可以在13 h之内检出四氢大麻酚，15 h之内检出大麻，展现了SPME技术应用于实际案例的分析能力。

SPME 及其联用技术也可以对尿液和血液中微量的毒鼠强进行提取检测，该方法检出限低，灵敏度高，中毒者中毒后40天的尿样和5个月的血样中仍可以检出毒鼠强成分［8］。刘霞［9］将SPME /GC-MS 联用技术应用于实际案例毒者血液中毒鼠强成分的检测，进一步验证了该方法的可行性。

Nagasawa等［10］于1995年 开 始 采 用HP-SPME/ GC-MS方法对尿样和血样中的安非它明及其代谢物甲基安非他明进行提取检测，展现了SPME技术在毒物、毒品检测中的运用前景。Hayashida等［11］利用SPME-HPLC技术对尿液中6种苯二氮卓类药物和生物体液中的6种有机磷杀虫剂进行了快速定性、定量分析，并取得了理想的实验结果。

2　SPME技术在微量物证分析鉴定中的应用

2.1在炸药爆炸残留物检测中的应用

爆炸残留物是指爆炸现场未完全毁坏的炸药残留微粒及爆炸后的炸药分解产物［12］。爆炸现场所采集的检材主要有爆炸尘土、炸药包裹物、死者衣物、植物残体等。

早在1994年Horng［13］采用SPME/GC-FID技术分析水中的硝基苯和硝基甲苯，检测限为9～15 ng/mL，之后随着SPME技术的迅速应用与发展，其检测灵敏度不断提高。在第二次世界大战中采集的爆炸尘土样品中，Kirkbride等［14］利用65 mm PDMS /DVB萃取纤维涂层，以顶空萃取方式提取30 min后再用GC-MS进行定性分析，实验结果：14种炸药成分被检出，且检出限可达10-9数量级，比当时美国EPA发布的这14种炸药的检测限还要低。Guerra等［15］应用SPME/HPLC -UV技术成功检测出爆炸尘土中的特屈儿、HMX和RDX，该方法既发挥了SPME的预浓缩作用，提高了检测的灵敏度，又发挥了HPLC的高分离能力，取得了满意的结果。杨瑞勤［16］通过研究选择性更高的新型固相微萃取膜来减少环境中杂质成分的干扰，例如利用酰胺类化合物和气相色谱固定液制备的新型固相微萃取膜经GC -MS分析后，成功检测爆炸土壤中的TNT。张丽敏等［17］应用SPME技术以8种常见的硝基炸药混合物作为标准，对炸药残留物进行检测。实验结果表明，SPME以水作溶剂在处理非土壤检材方面与丙酮提取法相比有更好的选择性、更强的分析能力和稳定性，并可直接作为现场样品提取的工具。

2.2在火场助燃剂残留物分析中的应用

火场助燃剂主要包括汽油、柴油、煤油、香蕉水（油漆稀释剂）等，这些助燃剂大多是沸点低、易挥发的化合物［18］，而与传统火场残留助燃剂的提取方法相比，SPME技术尤其是顶空固相微萃取（HS-SPME）技术，能够消除静态水层对萃取的干扰、避免将水蒸气带入色谱柱，更适于气态、液态和固态样品中微量及痕量挥发性组分分析，该技术在火场助燃剂残留物提取中得到了广泛应用。

林瑾珲等［19］根据SPME技术的特点，利用SPME/ GC-MC联用技术对火场各种残留物中的微量甚至痕量助燃剂的成分（汽油、柴油、煤油和油漆稀释剂）进行了分析研究，并将此方法应用到了现实的案例上。对于火场无痕残留物中助燃剂成分的提取检测研究，李盈宇等［20］利用直接浸入式SPME技术，从火灾受伤人体血液中直接提取被分析物质，然后通过GC/FID 定性、定量分析，为法医判断死亡原因提供了重要的参考依据。查正根等［21］运用SPME/GC-MC技术从模拟火场常见炭灰、未燃尽棉质衣物、羊毛纺织物和皮革等残留物中检测出助燃剂成分，并快速地进行了定性分析，该方法在法庭科学领域的应用比较成熟。Almirall等人［22］利用HS-SPME技术对人体皮肤上残留的汽油类助燃剂的检测进行了实验研究：首先在受试者手上套一个小塑料袋扎紧保持10 min后取下，然后立即用100 μm的PDMS为萃取涂层的固相微萃取针从塑料袋中萃取5 min（同时加热），最后经GC-FID定性检测。试验结果表明，在受试者手上成功检测出汽油组分，但检出的量取决于环境条件、手上最初的汽油量以及萃取时间等因素。

此外SPME技术提取分离易燃液体残留物的标准已经被引入美国火场残留物的分析［23］，虽然我国的案件现实情况与美国有所不同，但仍可以作为参考，SPME技术在火场助燃剂残留物分析中的重要地位。

3　SPME技术在人体气味鉴别中的应用

在欧洲和美国等一些国家，人体气味已经成为一种广泛应用的法庭证据。人体气味是由人的新陈代谢活动产生并通过体表皮肤散发出的挥发性有机成分，具有独特性和稳定性［24］（这部分由基因所决定）。在刑事案件中，警犬就是通过识别不同人的人体气味来追踪、寻找犯罪嫌疑人的，但由于复杂环境和警犬自身状况等因素使得警犬技术在实际应用中存在不足［25］。因此人们期望能够采用仪器分析法来对人体气味进行鉴别，并与警犬所得结果相互印证，以增强人体气味作为一种特殊法庭证据的可靠性。在人体气味鉴定方面，国内外工作者做了很多的研究工作，HS-SPME技术现已广泛应用于人体呼气、腋窝、手等其它部位的人体气味鉴定。

代勇等［26］以棉纱布为吸附介质，利用HS-SPME/ GC-MS方法对不同受试者手部和前臂的人体气味进行了分析，分析结果：受试者手部和前臂人体气味中主要含有醇、酚、醛、酮、酸、酯等6 类易挥发性物质，且醇、醛、酮、酯4类物质均可作为鉴别不同人体气味的特征性成分。王淳浩等［27］采用HS-SPME/GC-MS方法对5名受试者腋窝部分的人体气味进行了测定，得出可以通过比较不同个体腋窝部位人体气味中共有组分相对含量的差异和非共有组分的不同来鉴别人体气味的结论，且该试验方法具有良好的重现性。Curran等［28］采用同样的方法在采集的63名志愿者手部的人体气味样品中检测出酸、醇、醛、烃、酯、酮和含氮化合物7类共63种有机挥发性化合物（VOCs），并且个体间存在着显著差异。

由于在案件现场收集到的人体气味比较少，因此合适的吸附材料和储存条件同样十分重要，Hudson-Holness等［29］采用HS-SPME/GC-MS方法对纯棉、混棉、纱布、人造丝、羊毛和聚酯纤维等不同种类吸附材料对人体气味的吸附和保存能力进行了研究。结果表明，混棉类比纯棉等其它类吸附材料对人体气味中极性挥发性化合物的吸附和保存效果更好，同时也进一步表明，吸附和释放人体气味的材料成分比材料表面的形态更重要，这也进步说明，SPME技术在人体气味鉴别中具有可行性。

4　结论与展望

SMPE技术因其分析速度快、操作简便、无需溶剂、易于实现自动化等优势已迅速成为法庭科学领域样品前处理及其分析过程中的一种重要手段。但同时也存在萃取头不耐用、萃取涂层选择性不高、不适于现场分析等缺点。因此加强萃取头、萃取涂层的改进，使其满足热稳定性好，机械强度高，适用范围广，提取效率高，价格低廉，耐用等要求，以及改进完善SPME自动化和远程控制技术，使其适应刑事案件的现场勘察和自动萃取的需要，是今后SPME技术应用于法庭科学领域的发展方向。

SPME技术目前主要应用于环境、食品、农药领域，而在法庭科学领域中的应用并不广泛。因此要加大SPME技术在法庭科学领域的研究力度。探索出符合法庭科学领域中各种毒物、毒品及微量物证检测的技术条件，包括各类检材的专用涂层、萃取条件、联用仪器及仪器参数设置等从而形成一种常态检验标准，使SMPE技术在法庭科学领域中的应用发挥出其独特的优势，满足基层办案的需要。

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Application of Solid-phase Microextraction Technology in the Forensic Science Field

Wu Qinghua， Zhang Zhenyu
（National Police University of China， Shenyang 110035， China）

The application of solid-phase microextraction technology in pre-treatment and analysis of toxic drugs and trace evidences（explosive residues， ignitable liquid residues， human odor） that come from the forensic science field at home and aboard were summarized，as well as its application in identifying the ignitable liquid residues and human odor. The developing trend of this method in forensic science field was discussesd. This can provide some help for forensic science drug analysis， trace evidence and handling criminal cases.

solid-phase microextraction； forensic science； toxic； drug； trace evidence

O652.6

A

1008-6145（2016）04-0111-04

10.3969/j.issn.1008-6145.2016.04.030

联系人：吴清华；E-mail: 1761681378@qq.com

2016-06-05