简述新精神活性物质检测技术

■ 文/公安部第一研究所 万伟 李纬 李彬

关键字：新精神活性物质(NPS)新型毒品

1 引言

新精神活性物质（New Psychoactive Substances ，NPS）以“策划药物”“合法兴奋剂”“实验室化合物”“毒品类似物”的身份登上历史舞台，并以前所未有的速度激增，成为一种全球化现象。截止2018 年12 月，联合国毒品和犯罪问题办公室共计报告了892 种不同NPS，涉及119 个国家和地区[1]。NPS 的滥用会导致中枢神经兴奋、致幻、麻醉等效果，引发意识混乱、神经中毒反应、精神分裂等症状，甚至死亡。近年来欧美国家已报告发生过上百起因吸食NPS 致死的案例，其中包括举世震惊的“迈阿密啃脸案”和“纽约丧尸案”，极易诱导暴力行为甚至诱导群体性犯罪等严重危害社会公共安全和社会风气的活动[2]。

在全球化推动下，“神仙水”“娜塔沙”“0 号胶囊”“氟胺酮”等NPS 不断出现，具有极强的伪装性、迷惑性和时尚性，同时呈现出种类多、更迭快速、滥用严重、危害重大等特征，给鉴定NPS 分析技术的充分发展带来了极大困难，给公共安全和公安执法带来了巨大挑战，亟待对该类物质检测技术的发展和完善来助力对NPS 的监管和执法行动，本文综述了近年来国内外对NPS 的主要检测技术。

2 新精神活性物质检测技术

2.1 色-质联用法

质谱法（Mass Spectrometry，MS）是一种通过分析离子的质荷比（质量/电荷）确定离子精确分子质量的一种分析方法，可提供有关元素的分子质量、同位素丰度信息以及时间分辨的化学数据，从而实现高灵敏度、高度准确的识别。通常情况下，质谱法需要分离、电离和检测三个步骤。在现代分析技术中，色谱法（Chromatography）利用流动相与固定相的相互作用，作为前驱分离技术来耦合质谱使用。色谱可分为气相色谱（Gas Chromatography）、液相色谱（Liquid Chromatography）、超临界流体色谱（Supercritical Fluid Chromatography）等[3]。

气相色谱-质谱法（GC-MS）主要适用于检测热稳定性好、易于气化的物质检测，具有分离效果好、灵敏度高、定性准确、分析速度快等特点，是目前毒品检测中最重要的方法之一。2007 年，Mitona 等人通过固相萃取从口腔液中提取所有化合物，并以丙酮洗脱酸性化合物、以二氯甲烷：异丙醇：铵（体积比80:20:2）混合液洗脱碱性和中性化合物，通过GC-MS分析了Δ9-THC 等30 种NPS[4]。2018年，Tomczak 等人以萃取分离了血清中的4-CMC 合成卡西酮类NPS，检测限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.3 ng/mL1ng/mL，线性范围1～500ng/mL，相关系数r2>0.997[5]。

液相色谱-质谱法（LC-MS）适用于不易挥发、高沸点、热稳定性差、分子量较大的物质，可以避免气相色谱中繁琐的衍生化等问题。2010 年，Ariane 等人利用LC-MS 分析了35 种色胺类、哌嗪类NPS，通过分析信噪比确定检出限，其检出限在1.0～5.0 ng/mL，基质效应介于65%～118%，萃取效率介于72%～90%。2017年，Luca 等人利用LC-MS 鉴定了血液中25B-NBOMe、25C-NBOMe 等苯乙胺类NPS， 定性检测限低至0.02～0.05 ng/mL，定量检测限低至0.08～0.1 ng/mL，线性度0.1～5 ng/mL[6]。

另外，毛细管电泳（Capillary Electrophoresis）、电子电离（Electron Eonization）、电喷雾电离（Electrospray Eonization）、大气压光电离（Atmospheric Pressure Photoionization）等色谱分离技术也是耦合质谱分析药物常用的手段[7]。特别是串联或更高阶质谱分析中，其质荷过滤器可减少背景干扰，可产生更清晰的分析物指纹，具有特征性的碎裂模式，高分辨率的过滤能力，在NPS 检测中展现出出色的特异性[3,8,9]。

2.2 核磁共振

核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。核磁共振光谱能够提供物质峰位化学位移、强度、裂分数和偶合常数，以及核的数目、所处化学环境和几何构型等信息，并且是一种研究配体-目标相互作用最有效的方法之一[10]。同时，核磁共振是一种在没有分析标准情况下鉴定新化合物的有效手段，也是法庭药物分析科学工作组(SWGDRUG)推荐的分析技术[11]。

2016 年Luciano 等人利用高分辨率魔角旋转核磁共振技术（High-Resolution Magic angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance, HR-MAS NMR）对缴获的吸油纸和药片非法物质不经样品预处理，实现了甲酮、甲氧麻黄酮和25B-NBOMe 等物质的快速检测，避免了化学提取过程中可能发生的分解或其他可能化学变化的发生[12]。2017 年Assemat 等人报道了利用低场NMR（60 MHz）和高场NMR（500 MHz）筛选41 种“香料”卡西酮混合物的研究，结果表明低场NMR 可以诊断信号的形式提供药物化学结构，高场NMR 可实现明确结构鉴定[13]。为克服核磁共振对专业技术人员的特殊要求，2019 年Antonides 等人报道了使用台式核磁共振光谱仪自动收集1H NMR 光谱的工作，并开发了一种NMR 频谱算法，建立了300 多种物质的NMR 参考数据库，通过设置鉴定阈值实现对物质的鉴定[14]。

2.3 X 射线衍射法

X 射线衍射法（X-ray diffractometry，XRD）是利用高能X 射线轰击样品，样品中原子晶体结构使X 射线产生衍射。XRD 适用于固体样品或粉末，通过分析晶格结构的衍射角和强度信息确定样品的化学键、化学结构及其他结构信息，具有准确度高、灵敏度高、无需特殊制样、所需样品量少等优点，但难以定量分析[15]。

2013 年Damian 等人利用单晶射线衍射对合成卡西酮类NPS 衍生物间苯二酚和盐酸戊二酮酯进行分析，确定了化合物的晶格常数和准确化学结构，提出了XRD作为“设计”药物定性筛选方法的可行性[16]。2019年Bronislav 等人利用粉末X 射线衍射研究了美沙酮、4F-NEB 等具有相似分子结构的卡西酮类NPS 并成功区分，同时对四种街头NPS 毒品进行了XRD 表征，XRD对样品制备、测量的快速、简便等性能表明了该技术在NPS 鉴定中的有效性和作为流动检测技术的实用性[17]。

2.4 离子迁移谱

离子迁移谱（Ion Mobility Spectrometry，IMS）基于离子通过载气的速度来分离和识别离子。离子迁移率取决于三个分子特性：电荷、减少的质量和离子的碰撞截面。IMS 通过电喷雾电离、气压光电离或放射源（如63Ni）等方式使样品产生电离后进入迁移管，通过测定漂移时间实现离子分离。IMS，具有实时采样和监测、成本低、简单快速、操作方便、灵敏度高和检测限低等优点，是目前安检等领域爆炸物、毒品检测最常用的技术手段之一[18]。

2014 年Monica 等人利用63Ni 电离IMS 技术用于筛选和鉴定代表性的卡西酮和相关的精神活性化合物，通过分析13 种典型的“浴盐”卡西酮类NPS 产品，讨论了IMS 作为NPS 筛选工具的有效性[19]。2015 年Sergio等人系统研究了苯乙胺，卡西酮，合成大麻素和色胺等NPS 化合物的折合迁移率（Reduced mobilities, K0值）数据，完善了离子迁移谱鉴定NPS 的数据库，为实现IMS 快速检测和鉴别NPS 做出重要贡献[20]。2019 年Metternich 等人利用IMS 评估了25 种合成大麻素的K0值，其线性度为0.7-3.6 ng/mL，并用该方法成功分析了12 种浸渍有合成大麻素的纸、7 种不同的化妆品和5 种液态食品样品[21]。

2.5 红外光谱

红外光谱（Infra-Red Spectroscopy，IR）一种具有高区分度的物质“指纹”识别光谱，其基本原理是基于分子选择性吸收红外光而引起的内部振动能级和转动能级的跃迁。红外光谱通过获取峰位的位置、强度、形状等信息分析物质的功能团或化学键的特征振动频率，从而实现物质的定性、定量分析，具有无损检测、非接触测量、分析快速和分辨率高等特点，也是目前广泛应用的毒品分析手段[22]。

2016 年Jones 等人利用衰减全反射红外光谱（ATRIR）技术分析了221 组疑似含有NPS 的未分类样品，通过有限的数据库筛选并完全鉴定出41%的样品，通过结合核磁共振、质谱拓展红外数据库完成了76%样品的筛选[23]。2016 年Risoluti 等人研究了傅里叶变换近红外光谱（Fourier Transform Near Infra-Red，FT-NIR）结合化学计量校准来检测街道样品中NPS 的可行性，对合成大麻素和苯乙胺类的NPS 进行了检测分析，并与罗马科学调查部门（Carabinieri-RIS）合作将该技术应用于非法药物现场的检测[24]。2019年Shirley等人采用固体气相色谱-红外检测光谱法（GC-IRD）串联技术，通过气相色谱分离样品基质，以红外光谱分析每种色谱的红外光谱特性，实现了JWH-018 及其结构异构体的鉴定，并发展了基于质量评价因子的标准算法以实现NPS 的鉴定[25]。

2.6 拉曼光谱

拉曼光谱（Raman Spectroscopy）是一种分析物质内部分子振动、转动能级信息的无损探测技术，是一种物质成分的“指纹”识别技术，具有非接触测量、检测速度快、无需制样、灵敏度与分辨率高等优点，目前已广泛应用于材料分析、刑侦、安全检查、生物医药等领域[26]。

2014 年Christie 等人报道了利用拉曼光谱对单取代和亚甲二氧基取代的卡西酮的环取代的异构体NPS 进行了研究，通过拉曼光谱谱带的明显变化和特征峰位位移确定了4-甲氧麻黄酮，3-麻黄酮，3,4-甲酮，3,4-丁酮等物质拉曼“指纹”[27]。2018 年Omar 等人比较了商用785 nm 和1064 nm 拉曼光谱仪在识别、分类卡西酮，芬太尼和合成大麻素类NPS 方面的能力，因1064 nm 激发光在规避NPS 荧光方面的优势具有更好的识别性，并基于光谱数据建立了三类NPS 家族的数据模型以实现药物的快速分类决策[28]。2019 年Howbeer 等人报道了以表面增强拉曼散射（SERS）结合化学计量学方法的作为快速、便携的NPS 鉴定技术的研究，其中SERS 检测限低至约2mmol/L，展示了SERS 同时检测多种NPS 作为混合物的潜在应用。

2.7 免疫分析法

免疫（Immunoassay）分析法是利用抗原-抗体反应产生免疫复合物的特异性、敏感性等分析微量或超微量待测物质的一种分析手段，往往需要借助一种信号放大系统把抗原抗体结合的反应信息予以展现和放大。免疫分析法是目前国际上通用的一种毒品筛选方法，包括放射免疫分析、酶免疫分析、荧光偏振免疫分析、胶体免疫金分析等[29]。

2013 年，Maria 等用多重酶免疫分析法（Enzyme-Multiplied Immunoassay Technique）研究了41种安非他明类NPS 兴奋剂的交叉反应，检测下限达10μg/mL[30]。2017 年Andrade 等发展了一种新颖的基于电化学伏安特性的快速免疫分析法，首次确定了25B-NBOMe 和251-NBOMe 的电分析特性，检测下限为0.01 mg/mL，确定了其反应机理和分析特性，展示了该技术灵敏、快速免疫分析筛选药物的可行性。2017 年Tang, Zhongxue 等综述了以导电纳米材料杂化材料、催化纳米材料杂化物、新型氧化还原材料、三维多孔材料、新的受体和阻断剂提高安培免疫测定的灵敏度的分析方法，其中某些技术手段可达1fg/mL 检测下限[29]。

此外，色度分析[31]、紫外光谱[32]、太赫兹[33]、电化学传感[34]等技术在NPS 鉴定方面也有一定应用，本文在此不再赘述。

3 结语

由于新精神活性物质种类多、更迭快速，又兼具伪装性、迷惑性和时尚性等特点，对其监管也往往滞后于其流通，给公共安全和公安执法带来了极大困难。为应对新精神活性物质出现的持续挑战，NPS 检测技术不断发展和完善，多种检测技术耦合的分析手段成为NPS 研究分析的趋势。然而，由于NPS 标准物质的匮乏及缴获NPS 物质的掺杂，导致相关数据库的建立相对不完整，因此相应的化学计量方法、理论计算等工作的配合将有利于数据库的完善。科研工作者与执法部门的协调配合，对于通过科技强警实现NPS 的系统监测、管控是至关重要的。为适应NPS 监管的公安执法工作，各种检测技术仍需进一步发展和完善，如拉曼光谱规避荧光问题、离子迁移谱误报率高的问题、免疫检测的“假阳性”误检高等问题。

本文所综述的分析方法中，虽然色谱-质谱、核磁共振技术是物质精准识别的方法，但检测时间较长，设备昂贵，对操作人员的技术要求较高；X 射线衍射是一种高区分度的分析技术，适用于固态样品的测量、液体筛检比较初级，且X 射线具有放射性，存在一定的健康和安全隐患；免疫分析多用于“事后”分析技术，最适合测试排出的代谢物（例如尿液）中药物存在的检测，但多有“假阳性”误检的报道。作为便携和快速现场检测的“事前”预警手段，离子迁移谱、红外光谱、拉曼光谱相对更有优势，但也存在各自的问题，如离子迁移谱受环境等影响较大、误报率较高；红外光谱不能区分对映体，不适用于液体或深色物品检测；拉曼光谱信号较弱，对含荧光等掺杂物质检测的信噪比较差。从便携、实用角度讲，拉曼光谱是一种比较合适的选择，特别是各种小型化、手持式拉曼光谱技术的发展，以及门控选通拉曼技术的进步。