色谱分析技术在法医毒物领域的应用进展*

李珊，王潇逸，张雅楠，万梓莘，王元凤，3**

（1.西南政法大学，重庆 401120；2.中国政法大学证据科学研究院，北京 100191；3.公安部法庭毒物学重点实验室，北京 100191；4.国家毒品实验室北京分中心，北京 100101）

毒物毒品不仅会对人体产生严重危害，也会对社会造成极其不良的影响，是一个十分重要的社会不稳定因素。全球范围内，每年都会有大量的中毒案例报告[1-4]。根据我国药物管制部门相关报告数据显示，2020 年我国出现了大约64 000 起毒品案件，涉及427 000 名吸毒人员[5]。随着合成技术的不断发展，新型毒品更新速度极快。各国政府进行管控[6]。我国政府除了对传统毒品、合成毒品等进行管控外，近年来还逐步加强了对新精神活性物质的管控。

在增强管控的同时，毒物毒品实验室检测分析技术也随着毒品更新换代不断发展。与西方发达国家相比，我国毒物毒品检验技术研究起步较晚，但近年来发展迅速。20 世纪80 年代前，我国毒物毒品检验多采用薄层色谱检验（TCL）结晶法、红外光谱法（IR）、紫外线（UV）检验及化学显色法等。随着1980 年国际交流的日益加强GC/MS 引入我国，我国的毒物毒品检验工作进入了新阶段，此后，随着二级质谱、离子色谱的相继引入，我国毒物毒品检验工作进入了快速发展期[7]。色谱分析法作为一种重要的分析技术，具有简单、快速、灵敏度高等优点，当前已被广泛地应用在法庭科学毒物与毒品的检测过程。

1 色谱分析技术的原理方法与应用特点

1.1 发展过程

人类对色谱法的使用始于1903 年，俄国植物学家Mikhail S.Tswett 使用柱吸附色谱技术对植物色素进行了定性定量分离，并成功阐述了此方法的作用原理[8]。在此基础上，美国学者Palmer LS等[9]进行了应用并在其专题报告中涉及大量色谱实验结果。20 世纪30 年代，柱色谱分离技术开始被逐渐应用，将不同种类的有机化合物进行了有效的分离并纯化。自80 年代始，现代色谱分析开始进入崭新的发展阶段，能够对复杂体系中的各种组分、化学性质相近的元素及化合物进行分析，且科学家们提出了许多保留模型[10，11]。

1.2 主要原理

色谱法又称层析法，在分析化学、有机化学等多个领域都具有非常广泛的应用，其主要是利用样品与固定相和流动相之间分配、吸附或交换等作用力的差异。当两相发生相对移动时，各种待测物质在两相间经过多次平衡而实现相互分离的目的。

1.3 分类方法

色谱法的分类有很多种，按照不同的分类标准可得到不同原理的色谱方法。各种方法之间既存在差异也存在一定的交集。

1.3.1 按两相状态分类

按照固定相和流动相的状态可将色谱法分为四类：气固色谱法、气液色谱法、液固色谱法和液液色谱法。气相色谱法和液相色谱法的主要分析对象分别为挥发性有机物和可以溶于水或有机溶剂的各类物质。气固色谱指流动相是气体，固定相是固体物质的色谱分离方法。活性炭、硅胶等均可用作固定相。气液色谱指流动相是气体，固定相是液体的色谱分离方法。例如在惰性材料硅藻土涂上一层角鲨烷，可以分离及测定纯乙烯中的微量甲烷、乙炔、丙烷等杂质。在液固色谱法中，固定相是表面具有多孔特性的固体微粒吸附剂，如氧化铝、硅胶等，能够通过表面的吸附中心对溶质分子和流动相分子进行竞争吸附，达到吸附与解吸的动态平衡。液液色谱固定相包括惰性载体及涂渍在惰性载体的固定液。

1.3.2 按色谱分离机理分类

按照色谱法分离所依据的物化性质不同，可将其分为吸附色谱法、分配色谱法、离子交换色谱法、凝胶色谱法等。吸附色谱法以固定相为吸附剂，利用吸附剂对不同组分的吸附能力的差异进行色谱分离和分析。根据使用流动相的不同，可分为气固吸附色谱法和液固吸附色谱法。分配色谱法则是利用不同组分在流动相和固定相之间分配系数的不同而进行分离和分析的，可细分为液液分配色谱法和气液色谱法。离子交换色谱法是用一种能交换离子的材料作为固定相，从而实现分离离子性化合物的色谱方法。此类方法可以用于无机离子、各类核酸衍生物或氨基酸的分离。凝胶色谱法是利用凝胶对不同大小组分产生不同滞留作用而实现分离的一种方法，主要用于较大分子的分离。

1.3.3 按固定相性质分类

按固定相的几何形式可以把色谱方法分为柱色谱法、纸色谱法、薄层色谱法。柱色谱法主要有填充柱色谱法和毛细管柱色谱法。填充柱色谱法是将固定相装入色谱柱中，毛细管柱色谱法是将固定相涂在毛细管内壁上。纸色谱法是将纸作为载体、以纸纤维吸附的水分或其他物质为固定相，样品从纸的一端开始，用流动相将不同组分进行分离及分析的方法。薄层色谱法是将吸附剂均匀铺展在玻璃或塑料板上形成薄层，在薄层上进行分离的一种方法，可细分为吸附法、分配法及离子交换法等。

2 色谱分析技术在法医毒物分析中的应用

2.1 应用优势

法医毒物领域将色谱法用来定性或定量检测混合物中各种组分的性质及含量。案件中检材的数量及含量可能非常少，色谱技术的使用降低了对检材用量的要求，一次分析过程通常只需微升量级即可。在分析过程中，色谱分析技术具有较高的分离效率，色谱柱可用来同时分离并定量几十或上百种性质相近的化合物。通过将各类组分的分离和分析过程合二为一，提高了整个检测分析过程的效率，一般可在几分钟至几十分钟的时间内完成复杂样品的分析工作。色谱法具有较高的检测灵敏度。随着信号处理技术的不断发展和检测器的不断升级，色谱可以检测到10-9g 级的微量物质，如前期将检材进一步处理，则可达到更低的检测限。除此之外，色谱分析技术的选择性良好，根据研究目的选择合适的分离模式和检测方法，可以有效筛选出目标物质，将其他各类干扰物进行排除。

2.2 常用方法

目前应用较多的色谱分析技术有薄层色谱法、气相色谱法、液相色谱法。研究人员根据实验的目的或样品性质来选择合适的方法进行分析。

2.2.1 薄层色谱法

薄层色谱法是法医毒物领域中一种重要的实验技术。实验人员将待测样品在固定相薄层上，待其展开后，将其色谱图与对照物质的色谱图中的比移值对比，可以实现定性或定量分析，可用于有效分离脂肪酸、氨基酸及生物碱等多种物质。薄层色谱法具有操作方便、显色容易、展开速率快等优势，但不适用于定量分析，对生物高分子的分离效果不理想。王鸿飞等[12]利用薄层色谱扫描发对毒驾现场的常见毒品进行了分析，选用复方甘草片作为含吗啡、可待因的混合物进行检验，结果显示复方甘草片成分实现了有效分离且不会造成组间干扰，显色效果也不错。[13]。陈学国等[14]针对“浴盐”中的主要成分甲卡西酮类涉及药物MDPV 通过薄层色谱法进行了检测，采用铝-二氧化硅基质薄层色谱板，乙酸乙酯-甲醇-25%的氨水（85∶10∶5）为展开剂，在254 nm 的紫外光照射下，斑点呈现为亮黄色，通过茚三酮显色剂显色，斑点变为蓝色。表1 归纳整理了部分薄层色谱法在法医毒物分析中的应用。

表1 薄层色谱法在法医毒物分析中的应用

2.2.2 气相色谱法

气相色谱法是法医毒物领域中一项主要的实验技术，通过将氦气或者氩气作为载气，将混合物注入装有固定相的色谱柱中，从而实现不同组分分离的一种方法。近年来，气相色谱法快速发展，被国内外实验室广泛应用。气相色谱法的分离效率高，一根色谱柱可以分离多种性质类型的复杂样品，分析速度快。还具有高灵敏度和高选择性等多个优势。气相色谱法适用于挥发性、热稳定性好的物质，对于其他物质的分离分析能力一般。目前在法医毒物领域，用于气相色谱和气质联用色谱分离及检测的检材包括体外毒品和生物检材中的毒品及其代谢产物。表2 归纳整理了部分近年来气相色谱法在法医毒物分析中的应用。

表2 气相色谱法在法医毒物分析中的应用

2.2.3 液相色谱法

液相色谱法是法医毒物领域中一项实用的实验技术。与气相色谱法相比，高效液相色谱法可应用在热不稳定、高沸点、离子型物质中，具有分离效能高、灵敏度高、应用范围广、分析速度快等多项优势，但其采购成本及日常维护成本较高。随着毒物毒品种类的不断增多，气相色谱法已无法继续满足检材定量的需求。液相色谱法因具有更高的灵敏度，可以显著降低其最低检测限、更强的适用性而被研究人员们广泛使用，有效提高了检材中的毒品检出率。表3 归纳整理了部分近年来液相色谱法在法医毒物分析中的应用。

表3 液相色谱法在法医毒物分析中的应用

2.3 适用对象

2.3.1 体外疑似毒品

体外毒品主要是在公安侦查部门缴获后进行相应的研究。甲基苯丙胺（Methamaphetamine，MA）是目前国内外滥用程度最高的新型毒品之一，作为一种合成毒品，其主要成分是苯丙胺化合物，具有中枢神经兴奋和致幻等效果，属于联合国精神药品公约管制的一类物质[28]。夏久智[29]建立了一种快速分析疑似毒品中甲基苯丙胺含量的方法，将气相色谱仪与FID 检测器联合使用，结果显示此方法可用于疑似毒品中的甲基苯丙胺检测，在0.01～0.5 mg/ml 浓度范围内标准曲线线性良好。于雷等[30]使用GC/MS 对其中对“卡痛”检材中的O-去甲基曲马多、帽柱木碱、钩藤碱等主要成分进行检测，结果表明检材中O-去甲基曲马多浓度为24.5 mg/ml，其线性关系良好（r2=0.9993），检测限为0.1 μg/ml，回收率为99.6%～105.2%（n=5），日内和日间精密度均小于6.41%。除了传统毒品和合成类毒品外，近年来随着市场上新精神活性物质的大量出现，相应体外检测研究也日益增多。钱振华等[31]用GC-MS、超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF MS）和红外光谱法对中国首次缴获的未知芬太尼类物质进行定性检验，其将未知样品均匀研磨后，用甲醇配制成1 mg/ml 的溶液，超声离心后取上清液进行分析，结果显示当保留时间为13.5 min 时，未知组分的质谱碎片主要特征离子峰经NIST 谱库检索确定为卡芬太尼。何天宇等[32]通过建立氟胺酮的气相色谱质谱联用分析方法，利用GC/MS 成功地对氟胺酮进行了定性分析，结果显示该方法检测的氟胺酮最低检出限是10 μg/ml，且在0.2～1.0 mg/ml 范围内线性关系良好。

2.3.2 生物检材中的毒品及代谢物检测

法医毒物实验室中常见的生物检材包括血液、尿液及毛发。每种生物检材都具有其各自的优缺点。血液是毒物毒品检测中较常用的一种检材，血液中含有较高浓度的毒品及代谢物。但血液的抽取过程复杂，且容易对操作人员造成一定的安全隐患。血液的检测时限一般在3 天左右，如果检测不及时，血液中存在的乙醇等易挥发性物质含量容易发生较大程度的改变，导致错误结果。孟品佳等[33]建立了血液中吗啡类毒品的GC/MS检测方法，以V（CHCl3）∶V（异丙醇）∶V（正庚烷） =50∶17∶33 为萃取溶剂，并通过MSTFA衍生，结果显示吗啡、6-单乙酰吗啡、可待因的线性相关系数均大于0.99，血液检测的最低浓度可达到5 ng/ml，定量范围为10～1000 ng/ml。毒品在体内完成代谢后一般通过尿液排出，当吸毒嫌疑人吸食毒品短时间内可从其尿液中检测到相对含量较高的毒品原体及体内代谢产物。但是尿液检材中毒品的检出时限较短，一般在1 周内，容易导致假阴性结果。此外，因尿液检材的采集涉及隐私，需吸毒嫌疑人独自采集，就容易出现稀释、替换或者污染的风险。彭山珊等[34]建立了尿液中甲基苯丙胺、MDMA、氯胺酮等6 种常见毒品检测方法并对各种毒品的检测结果进行了对比分析，结果显示保留时间越长的毒品，保留时间和相对保留时间的偏差越小，浓度越大，离子比率偏差越趋于稳定。

与尿液和血液检材相比，毛发在稳定性、判断吸毒人员数月内的吸毒情况等方面更具有优势，且其生长周期有一定的规律。有关研究表明[36]，头发的生长周期为0.6～1.4 cm/月[35]。国际毛发检测协会建议，毛发的生长周期应为1 cm/月。但需要注意的是，染发、烫发等外部手段干预会影响检测结果。孟品佳等[37]通过实验对比了两类毒品滥用者毛发的特点，海洛因吸食人员的毛发使用甲醇超声的方式处理，调整pH 值后进行液相萃取，萃取物挥干后衍生化处理并GC/MS 分析；而甲基苯丙胺吸食者的毛发碱性消解后，采用小体积萃取，随后进行衍生化处理并GC/MS 分析，检测结果显示阿片类毒品的最低检出限均低于3 μg/g，4 种苯丙胺类毒品的最低检出限为0.05 μg/g。

3 色谱分析技术在法医毒物领域的趋势与展望

3.1 多技术联用

每种分析方法都具有各自的优势和局限。随着新型化合物种类的不断增多，结构种类的逐渐复杂，单一一种分析技术已不能达到准确分析的要求。此时，联用技术和仪器应运而生。色谱法与其他分析方法的联用，能够取长补短，有效提高物质分析的灵敏度、速度及鉴别能力，已逐渐发展成为现代分析化学的重要发展方向。目前，无论是在国外还是国内的实验室中，各种色谱技术与其他技术的联合使用已成为主流。常见的色谱联用技术包括色谱-色谱联用、色谱-质谱联用和色谱-光谱联用等。色谱-色谱联用又称为多维色谱，是多种不同类型的色谱共同使用，能够有效提高色谱的分辨能力，但难于分辨未知物。色谱-质谱和色谱-光谱则能弥补这一不足，可以分析多组分混合物中的未知组分，快速、精准地得到分析结果，判定目标物的分子结构和分子量。常用的色谱-质谱和色谱光谱包括GC-MS、GC-FTIR、LC-MS、LC-NMR 等。Gicquel T 等[38]研 究 中 使用LC-MS/MS 方法对生物检材中的氟胺酮进行了定性检验，另使用LC-HRMS 和NMR 对三种粉末样品进行定性定量检验，结果显示毛发检材中的氟胺酮检出限已能达到pg 级。

3.2 新技术发展

色谱技术是近现代仪器分析的一个重要研究领域，自首次使用至今，色谱分析技术的发展已日趋成熟，但技术层面和应用层面的研究及探索却从未止步。固定相和流动相作为色谱技术中的核心组成部分，对于它们的研究和创新不断扩充着色谱法的应用领域，如使用手性固定相可有效分离并检测手性化学物等。第四代色谱填料的整体柱技术近年来已成为液相色谱发展的热点，整体柱是将填料单体、引发剂、制孔剂等混合后原位聚合或固化在管中形成的多孔结构柱体，多孔结构使得整体柱有很好的通透性，有效降低了柱压，提高了柱效和重现性，能够实现待测物的快速分离分析。此外，检测器如何能更灵敏地捕捉有效信号也是研究人员探索的一个方向，半导体激光荧光检测器等新型检测器的逐渐普及有效提高了检测器的灵敏度。

3.3 检测方法及流程的完善

法医毒物领域的鉴定工作多按照司法鉴定标准或技术规范进行，标准中会对检材的前处理和分析方法进行大概描述，但多数标准中仅涉及了色谱-质谱联用技术，检测分析方法和流程的具体选用流程和使用条件尚无详细明确的规范性规定，需要根据实验室检测人员或同领域内其他相关经验进行选择。随着色谱分析技术的不断深入研究和广泛应用，越来越多的检测分析技术难关被突破。相信在今后的发展中，建立独立的色谱分析技术使用标准或技术规范，不断完善法医毒物检测分析方法和流程会是一个重要的发展趋势。