固相萃取/气相色谱-质谱法测定燃香烟气中9种大麻素类新精神活性物质

2022-05-21唐庆强吴春灯曹晓钢

分析测试学报 2022年5期

唐庆强，吴春灯，曹晓钢，王君，陈迪，杨方*

（1.福州海关技术中心，福建福州 350001；2.拉萨海关技术中心，西藏拉萨 850002）

大麻（Cannabis sativa Lam.）为一年生草本植物，其茎皮的纤维是纺织的优良材料，其果实火麻仁是我国传统的药食同源产品［1］，可用于制作油漆、涂料等，油渣也可用于饲料［2］，具有很高的经济价值。天然大麻植物中含有一类具有C21骨架的含氧芳香化合物［3］，其中的四氢大麻酚（Tetrahydrocannabinol，THC）具有较强的致幻成瘾作用［4］。另一类与THC化学结构相似，且比THC具有更强的生理和药理作用的合成大麻素（Synthetic cannabinoids）被科学家以治疗疼痛的目的发明以来，被滥用成为大麻替代品，现已成为使用量最大的新精神活性物质种类［5］。

近年来，世界多国对大麻的管控政策有所松动，如加拿大的《大麻法案》（Cannabis ACT）［6］及使用规则（Cannabis regulation）［7］使大麻及其产品的种植、生产和消费合法化。美国《2018 年农业法案》和世界卫生组织［8］建议对大麻、大麻提取物和低THC 含量的大麻产品取消监管。但THC 和合成大麻素在我国仍属于严格监管的对象，我国2013 年发布的《麻醉药品品种目录》和《精神药品品种目录》将4种大麻素类药物列入管控目录［9］；2015 年发布的《非药用类麻醉药品和精神药品列管办法》及随后多次的增补公告又先后将40种大麻素类物质列入《非药用类麻醉药品和精神药品管制品种增补目录》进行严格管控［10］。由于国内外对待大麻的政策差别，不法分子除将THC 或合成大麻系伪装成食品或化妆品外，还将其添加到各类燃香制品或电子烟油中。公安部门在近年查获的新精神活性物质滥用案件中，已发现一种名为“小树枝”的燃香类新型毒品出现了滥用［11］，不法分子在燃香中添加了多种香料掩盖大麻的气味，还利用燃香点燃使用的方式进行吸食，使得通过燃香烟气吸食大麻素类毒品具有极强的隐蔽性。

当前检测大麻素类毒品的方法包括薄层色谱法［12］、气相色谱-质谱法［13］、液相色谱［14］和液相色谱-质谱联用法［15］，检测的基体对象多为食品［16］、毛发［17］、血液［18］、尿液［19］和疑似毒品［20］，对燃香烟气中大麻素的报道较少。当前对燃香烟气中各种成分的检测多采用热脱附法［21-25］，但该法不适用于对热不稳定的大麻素检测［26］。因此，本文使用烟气收集装置对燃香烟气进行提取收集，气相色谱-质谱联用进行测定，可对燃香烟气中大麻二酚（CBD）、Δ9-四氢大麻酚（Δ9-THC）、大麻酚（CBN）、顺式-5-（1，1-二甲基庚基）-2-［（1R，3S）-3-羟基环己基］苯酚（CP-47497）、N-（1-氨甲酰基-2，2-二甲基丙基）-1-戊基吲唑-3-甲酰胺（ADB-PINACA）、戊基-3-（4-甲氧基苯甲酰基）吲哚（RCS-4）、N-（1-氨甲酰基-2-甲基丙基）-1-（环己基甲基）吲唑-3-甲酰胺（ABCHMINACA）、1-（5-氟戊基）-3-（1-萘甲酰基）-1H-吲哚（AM-2201）、戊基-3-（4-乙基-1-萘甲酰基）吲哚（JWH-210）等9 种大麻素进行同时检测，从而提供了检测燃香烟气中大麻素类毒品的解决方法。

1 实验部分

1.1 仪器、材料与试剂

Trace1300/ISQ7000 型气相色谱-质谱联用仪（美国Thermo 公司）；自制燃香烟气收集装置（示意图见图1）；3-18K高速离心机（德国Sigma公司）。

图1 燃香烟气收集装置示意图Fig.1 Schematic diagram of burnable incense smoke collecting device

标准品：Δ9-THC、CBN、CBD、JWH-210、CP-47497、AM-2201、RCS-4、AB-CHMINACA、ADBPINACA和Δ9-THC-D3，均购自天津阿尔塔公司，质量浓度均为1 000 μg/mL；甲醇（色谱纯，美国Merck公司）；Oasis HLB 固相萃取小柱（60 mg/3 mL，美国Waters 公司）；实验室用水由Milli-Q 超纯水系统（美国Millipore公司）制备。样品：祭祀燃香、藏香、熏香和火麻叶均购自某网站。

1.2 实验条件

1.2.1 燃香烟气的收集与处理将燃香称重后插入燃香烟气收集装置托盘上的小孔中，点燃燃香，迅速关闭室门，打开真空泵，观察抽气情况并适当调节真空泵流量，确保产生的烟气全部上升进入收集管中。在收集支管上连接装有20 mL 甲醇的收集试管，收集试管置于水浴或冰浴中，防止烟气引起的温度影响。待燃香自然燃尽熄灭后再抽气5 min，关闭真空泵，取下收集试管，打开燃烧室门，收集香灰等残留物，称重。

将收集试管中的甲醇于40 ℃下氮吹至约1 mL，用少量甲醇多次转移至50 mL 离心管中，10 000 r/min 离心5 min，取上清液并补甲醇至5 mL，加入5 mL 水稀释后，过已经5 mL 甲醇和5 mL 水活化的HLB 固相萃取小柱，用5 mL 10%甲醇水溶液淋洗小柱，弃去全部淋洗液，过柱全程应控制流速小于1 mL/min。用6 mL甲醇洗脱小柱，收集全部洗脱液于氮吹管中，40 ℃下氮吹至近干，加入1 mL甲醇涡旋混合1 min，经有机系微孔滤膜后上机测定。

1.2.2 标准溶液的配制标准溶液：移取适量9 种大麻素标准品（1 000 μg/mL），用甲醇稀释至1.0 μg/mL 的混合标准工作液，于-20 ℃避光保存。内标标准溶液：将Δ9-THC-D3内标标准品（1 000 μg/mL）用甲醇稀释至1.0 μg/mL 的内标工作液，于-20 ℃避光保存。

空白基质标准溶液：取不含大麻素的燃香样品，按“1.2.1”方法操作后，获得空白基质溶液，用其将标准溶液配制成0.01、0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.0、2.0、4.0 μg/mL 的基质标准工作曲线溶液。

1.2.3 GC-MS 条件气相色谱条件：色谱柱为Agilent HP-5MS 毛细管柱（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm）；进样口温度290 ℃；进样量1.0 μL；进样方式：不分流进样；载气：氦气；流速：恒定流量1.5 mL/min；升温程序：初始70 ℃，保持2 min，以10 ℃/min 升至180 ℃，再以15 ℃/min 升至300 ℃，保持9 min。

质谱条件：离子源为EI 源；电离能量：70 eV；离子源温度：310 ℃；传输线温度：290 ℃；溶剂延迟时间：7.5 min；检测方式：选择离子监测（SIM），其余质谱条件见表1。

表1 9种大麻素和内标的保留时间及监测离子Table 1 Retention times and monitoring ions of 9 cannabinoids and Δ9-THC-D3

2 结果与讨论

2.1 燃香烟气收集方式的选择

常用收集和测定燃香烟气的方法包括吸附管收集后热脱附［22］、顶空收集法［25］等，但热脱附使用的温度多在250～300 ℃，易造成大麻素的分解和转换［24］。顶空法受顶空瓶体积的限制，收集的烟气量有限，无法用于烟气量大和含量不均匀的燃香样品。本实验使用燃香烟气收集装置，并根据大麻素易溶于甲醇［25］的特点，选择甲醇作为吸收液。实验结果表明，根据发烟量的不同，顶空收集法通常只能收集2 g以下燃香产生的烟气，而燃香烟气收集装置能收集15 g 以上燃香产生的烟气，满足吸收一支普通燃香全部烟气的要求，并适用于不同规格和种类的燃香，比顶空法具有更好的适用性。

2.2 色谱条件的优化

根据文献资料［25-27］，大麻素主要为非极性和弱极性化合物，本实验比较了中等极性的DB-17MS 色谱柱和非极性的HP-5MS 色谱柱测定9 种大麻素化合物的效果。结果表明，两种色谱柱均可实现9 种大麻素的全部分离，但除JWH-210外，使用HP-5MS 色谱柱测定的峰面积均高于DB-17MS，平均峰面积为后者的1.8 倍。这可能是由于HP-5MS 色谱柱固定相对分离的目标物选择宽泛，对非极性和弱极性化合物的分离效果更佳。因此，本实验使用HP-5MS色谱柱进行测定，选择离子流色谱图见图2。

图2 9种大麻素标准品的选择离子流色谱图Fig.2 SIM chromatogram of 9 cannabinoids CBD，Δ9-THC and CBN are 0.1 mg/L，the rest of the targets are 1 mg/L，peak numbers（1-9）were the same as those in Table 1

为避免部分大麻素在进样口发生脱羧反应［24］，本实验考察了进样口温度在250～310 ℃下9种大麻素化合物的峰面积情况（见图3）。从图中可以看出，随着进样口温度的升高，9种大麻素化合物的峰面积呈整体上升，且在290～300 ℃达到最高。为进一步明确最佳的进样口温度，在290 ℃和300 ℃的进样口温度下分别连续进样6次，比较进样精密度的影响。结果显示，290 ℃进样口温度下峰面积的相对标准偏差（RSD）为2.5%～5.8%，300 ℃进样口温度下峰面积的RSD为1.8%～11%。为此，本实验选择290 ℃的进样口温度作为实验条件。

图3 不同进样口温度下的峰面积Fig.3 Peak areas at different inlet temperatures

2.3 质谱条件的优化

比较了全扫描（SCAN）和选择离子监测（SIM）模式下同时分析9 种大麻素的GC-MS 谱图。先用单级质谱的SCAN 方式获得9 种目标物的总离子流色谱图，确定每种化合物的保留时间，再用SIM 方式建立5 组多通道时间段，每个时间段内扫描1～3 个化合物，每种化合物选择定量离子1 个，定性离子2～3个，得到9种大麻素化合物的离子信息（见表1）。

2.4 固相萃取法的优化

参考文献［12-19］，本实验分别考察了HLB、Carb/NH2和GCB/PSA 固相萃取小柱对提取烟气后溶剂的净化效果。在按“1.2.1”处理的空白燃香烟气吸收液中添加9种大麻素标准溶液，使各目标物的含量均为0.4 mg/L。将该溶液氮吹至近干后，用10 mL 50%甲醇和6 mL 甲醇-甲苯（3∶1，体积比）溶解，分别经Carb/NH2、GCB/PSA 和HLB 固相萃取小柱净化，采用回收率比较不同小柱的净化效果，结果见图4。从图中可看出，3种固相萃取小柱的加标回收率分别为39.4%～104%、12.5%～80.4%和86.7%～105%。结果表明HLB 小柱的回收率范围最接近100%，符合净化检测的要求，因此本实验使用HLB小柱对提取后的烟气溶液进行净化。

图4 不同固相萃取小柱对9种大麻素的净化回收率Fig.4 Extraction efficiencies of different solid phase extraction columns for 9 cannabinoids

2.5 基质效应情况

GC-MS 分析时，由于基质效应的影响，会导致目标化合物发生离子增强或抑制作用［28］，本实验使用甲醇配制的标准曲线斜率（Slope A）和用空白基质配制的相同浓度标准曲线斜率（SlopeB）进行比较，按基质效应（ME）=（Slope B-Slope A）/Slope A × 100%计算基质效应情况。当|ME| ＜20%时为弱基质效应，当20% ＜|ME| ＜50%时为中等强度基质效应，|ME| ＞50%时为强基质效应［26］，结果见图5。从图中可看出，外标法定量时，燃香烟气对各目标物均显示出很强的基质增强效应，ME 为59.8%～170%，而使用内标法定量时，基质效应大幅下降，ME 为-16.7%～75.0%。除AB-CHMINACA仍属于强基质增强效应外，其余各种大麻素均属于弱基质效应，甚至有的化合物还出现了基质抑制。为了进一步减小基质效应的影响，本实验根据校正基质效应的方法［26］使用基质曲线进行定量分析。结果表明，使用内标法基质曲线定量后，9 种大麻素的回收率（74.8%～114%）得到显著改善，可满足检测要求。

图5 燃香烟气中对9种大麻素的基质效应Fig.5 Matrix effects of 9 cannabinoids in burnable incense smoke

2.6 标准曲线、检出限与定量下限

准确吸取适量9 种大麻素混合标准工作液和内标工作溶液，用甲醇稀释成质量浓度分别为0.01、0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.0、2.0、4.0 mg/L 的系列混合标准溶液，其中内标Δ9-THC-D3的质量浓度均为100.0 μg/L。按质量浓度由低到高的顺序进样，以9 种大麻素与Δ9-THC-D3内标的浓度比值（x）为横坐标，以9 种大麻素与Δ9-THC-D3内标的峰面积比值（y）为纵坐标，绘制标准曲线，从而获得线性方程（见表2）。结果表明，9种大麻素在0.01～4.0 mg/L范围内呈良好的线性关系，线性系数（r2）均不小于0.999 5。以定量离子信噪比（S/N）为3和10时的响应定义方法的检出限（LOD）和定量下限（LOQ），各化合物的检出限和定量下限分别为0.003～0.06 mg/L 和0.01～0.2 mg/L，表明此方法可以满足燃香烟气基质中痕量物质的检测要求。

表2 9种大麻素的线性方程、相关系数、检出限及定量下限Table 2 Regression equations，correlation coefficients（r2），limits of detection（LODs）and limits of quantitation（LOQs）of 9 cannabinoids

2.7 回收率与相对标准偏差

在不含待测物的空白燃香烟气提取液中添加相当于1、2、10倍定量下限浓度的9种大麻素标准品，分别代表低、中、高3 种加标浓度水平，每个水平测定6 次，计算方法的回收率及RSD（见表3）。3 个加标水平的平均回收率为74.8%～114%，RSD为1.6%～9.1%，表明此方法定量准确，重复性好，能满足同时测定燃香烟气中9种大麻素化合物的定量分析要求。

表3 9种大麻素在低、中、高3个水平下的加标回收率及RSD（n=6）Table 3 Spiked recoveries and relative standard deviations（RSDs）of 9 cannabinoids at three levels（n=6）

2.8 实际样品分析

在本实验设定的检测步骤和仪器条件下，对实验室日常检测和市售5种品牌祭祀用燃香、3种藏香和2种熏香样品进行检测，均未检出疑似大麻素化合物，典型藏香烟气样品的选择离子流图见图6A。

图6 空白藏香烟气（A）、加标燃香烟气（B）及火麻叶烟气（C）的选择离子流色谱图Fig.6 SIM chromatograms of blank Xizang’s joss stick somke（A），burnable incense smoke of add standard（B），and hemp leaf smoke（C）peak No.1-9 were the same as those in Table 1

为进一步验证方法的实验效果，在2 g 空白燃香粉末中添加10 μL 1 000 μg/mL的9种大麻素标准品，自然晾干后按上述方法进行测试，结果表明，9 种大麻素在加标后的燃香烟气中均有检出，从燃香中转移到烟气中的平均迁移率为1.3% ～4.1%。称取2 g 干燥火麻叶样品，在酒精灯助力下燃烧后收集烟气，检出CBD、CBN 和Δ9-THC 3 种大麻素，结果见表4，图6B、C 分别为加标燃香烟气及火麻叶烟气的选择离子流色谱图。