指纹物质中毒品检测的研究进展

宋禧林，赵雅彬，3*，王利雪，吴 寅，田润之

（1．中国人民公安大学 侦查学院，北京 100038；2．安徽省公安教育研究院，安徽 合肥 230031；3．中国人民公安大学 公共安全行为科学实验室，北京 100038）

作为个体身份识别的重要物证之一［1］，指纹在实际案件中多是通过形态特征比对发挥其证据价值［2-4］。除了可用于人身识别的形态特征外，指纹中蕴含的化学信息对于反映遗留人人身特点也具有重要意义。随着研究的不断深入，指纹学界对指纹的研究已经突破了传统的身份识别与显现成像，开始致力于分析指纹中留存的物质信息。指纹物质主要由水、腺体（汗腺、皮脂腺）分泌物和粘附在皮肤表面的外源沾染物（如毒品、药物、化妆品等）组成［5］，其中指纹中毒品物质的来源主要分为两种，其一是吸食后内源性分泌的毒品，其二是外源性接触的毒品。对指纹中内源性分泌的毒品进行检测，可以反映指纹遗留者毒品的吸食情况；对指纹中外源性接触的毒品进行检测，可对涉案人员外源性接触的毒品情况进行分析，在指纹形态比较的基础上提供更多的信息，对遗留人的个人信息进行提取刻画，为案情提供线索［6］。同时，指纹样本收集快速、方便，具有样品制备简单，基质效应小等特点［7］。因此，利用指纹实现毒品检验成为法庭科学界主流的发展趋势，各研究组借助质谱分析与色谱-质谱联用分析、免疫分析、光谱分析等方法进行了广泛研究。本文对指纹物质中毒品检测的常用技术进行概览评述，并对未来主要研究方向及难点进行了总结与展望。

1 指纹毒品检测常用技术

本文对2004 ～ 2021年有关指纹物质中毒品分析的文献进行了整理，并利用Citespace软件进行文献可视化分析。根据关键词聚类（图1）、突现（图2）以及时间线图（图3）可以发现，早期的研究热点集中在光谱法、免疫标记法等，而近年来则逐渐转向多种基于解吸电离（Desorption ionization，DI）的质谱方法、特殊粒子研发等，同时聚焦于机理探讨、捺印标准化的研究，注重与其他学科或其他生物检材的比较，指纹毒品检测技术的广度与深度都得到了较大的突破与进展。

图1 关键词聚类Fig．1 Clusters of keywords

图2 关键词突现Fig．2 Keywords with the strongest citation bursts

图3 关键词时间线图Fig．3 Timeline view of keywords

1.1 质谱法与色谱-质谱联用法

色谱-质谱联用法是指纹物质中毒品检测最普遍的方法，能精确地得出样品中的元素组成信息，进行准确的定性、定量分析，适合对指纹中的未知毒物进行筛查。此外，通过将质谱与化学成像相结合，可以对化学物质的空间分布信息进行确认。

2008年，Jacob等［8］首次利用超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS∕MS）检测服用美沙酮的患者指纹中含有的美沙酮及其代谢物，在8名患者的指纹中均检测到美沙酮，两名患者的指纹中检测到美沙酮的代谢物。2013年，Kuwayama等［9］利用液相色谱-串联质谱（LC-MS∕MS）研究了咖啡因及其代谢物的检出限，并探讨了最佳检测时间，得到每枚指纹中咖啡因及其代谢物可可碱、副黄嘌呤、茶碱的检出限分别为0．05、0．5、0．05、0．5 ng；咖啡因与副黄嘌呤的含量均在摄入3 ～ 5 h后达到最高。随后，该研究组［10］利用同一方法，将研究推广到分析摄入感冒药后的指纹成分，得出布洛芬的检出限为10 pg，扑尔敏、双氢可待因、麻黄素碱、甲基麻黄碱的检出限均为0．1 pg。Zhang等［11］全面研究了不同提取方法对结果的影响，发现棉签提取时，粗糙硬塑料表面的提取率高于光滑复印纸上的提取率。这表明，在光滑复印纸上由于渗透可能造成的药物损失是影响提取率的一个重要因素。

相较于传统的液相色谱-质谱联用法（LC-MS）、液滴萃取表面分析（LESA）与纸喷雾质谱技术（PS-MS）是新兴的常压电离质谱方法，分别于2009年与2010年首次在文献中提出［12］。目前LESA已被用于测定组织切片上的可卡因及其两种代谢物，PS-MS也已用于血液中毒品的测定，均具有较好的灵敏度［13］。2016年，Bailey等［14］首次将LESA应用到指纹毒品分析领域，在单一指纹中检测到可卡因、甲基苯丙氨酸（EME）、苯甲酰爱康宁（BZE）、海洛因和6-乙酰吗啡（6-AM）等多种毒品。因LESA能够对生物样品进行快速定性分析，未来有望应用于快速医学诊断或代谢组学研究，并有助于医学、代谢组学与指纹毒品分析的结合。Costa等［15］于2017年首次利用PS-MS进行指纹内的毒品分析，得到指纹中可卡因、BZE、EME的检出限分别为1、2、31 ng∕mL，表明PS-MS可用于指纹中物质的准确定量。随后，该团队将PS-MS分别与LC-MS［16］、LC-MS∕MS［17］进行了比较研究。Costa提出，LC-MS、LCMS∕MS的灵敏度高于PS-MS，但PS-MS在样品制备与检测速度上具有优势，适合于快速、大量筛查。将PS-MS得到的阴性结果通过LC-MS进一步确证，可弥补PS-MS灵敏度不足的缺点。

基质辅助激光解吸质谱（MALDI-MS）、表面辅助激光解吸电离质谱（SALDI-MS）等仪器是当前的主流技术，具有优秀的检测能力，能够呈现多元、丰富的检测结果。2010年，Benton等［18］通过表面辅助激光解吸电离飞行时间质谱（SALDI-TOF MS）检测发现，在次微米级疏水性二氧化硅颗粒中加入炭黑后，该物质不仅能够作为SALDI-TOF MS的基质增强剂使用，同时还能用于指纹刷显，且不影响指纹物质的检测。Ferguson等［19］对MALDI中不同的基质沉积方法进行对比研究，提出了一种全新的MALDI基质沉积方法——干湿法，即将α-氰基-4-羟基肉桂酸粉末撒于指纹表面，而后使用溶剂喷洒。结果表明，与传统的MALDI基质沉积方法相比，使用干湿法进行处理能够增强信号强度与纹线清晰度。

质谱成像（MSI）通过结合质谱技术与成像技术，可以记录样品表面待测组分的空间分布信息。2008年，Ifa等［20］首次利用MSI成功对掺有可卡因和Δ9-四氢大麻酚（Δ9-THC）的指纹进行了成像。Bradshaw等［21］在组分成像的基础上，提出了排除假阳性的方法，发现在质谱成像中使用该方法有助于确认待测组分。2012年，Bradshaw等［22］利用基质辅助激光解吸电离质谱成像技术（MALDI-MSI）对含有脂质与咖啡因的重叠指纹进行分离（图4）。2020年，李文杰等［23］利用飞行时间二次离子质谱成像技术（TOF-SIMS），对长期流通过的人民币表面指纹中的外源性物质进行了检验。Costa等［24］将水分子团簇作为二次离子质谱（SIMS）的离子源，改进了SIMS对有机分子灵敏度不足的缺点。针对目前的研究现状，Longo等［25］指出待测物分布随时间的变化及其保留的最佳条件等问题还有待进行系统研究。

图4 通过内外源物质分离重叠指纹［22］Fig．4 Separation of overlapping fingermarks through an ingested and excreted compound［22］

1.2 免疫标记法

免疫标记法在指纹毒品检测领域也得到了广泛研究，通常通过加入特异性抗体颗粒和荧光染料，在实现检测的同时进行化学成像。2007年，Leggett等［26］率先利用蛋白质A包裹的金纳米颗粒与荧光染料染色的二级抗体检测指纹中的可替宁。结果表明，该方法对可替宁具有选择性。实验还获得了高清晰度指纹图像，为侦查人员进行指纹鉴定工作提供了便利。

2008年，Hazarika等［27］利用磁性抗体颗粒替换金纳米抗体颗粒（图5），成功检测到指纹中的四氢大麻酚（THC）、2-亚乙基-1，5-二甲基-3，3-二苯基吡咯烷高氯酸酯（EDDP）、BZE和美沙酮。随后该研究组［28］发现，使用抗体处理15 min后的图像质量最好，但该实验并未以非吸烟者的指纹进行对照试验。实际上，Boddis等［29］以同一方法对可替宁进行检测时，非吸烟者的指纹也出现反相荧光反应，这表明Hazarika等［28］的方法存在一定局限性。据此，Boddis等指出不能仅靠荧光反应判断指纹中毒品的存在。随后，Hazarika研究组［30］于2010年尝试利用该方法探索指纹中多种物质的检测技术，并在一枚指纹中检测到了吗啡和BZE。但该方法需要人工对指纹进行裁剪，一定程度上影响了检测效率。

图5 磁性抗体颗粒检测毒品及其代谢物的原理示意图［27］Fig．5 Schematic representation of the detection of drugs and metabolites in latent fingermark using antibody-magnetic-particle conjugates［27］

利用特异性抗体颗粒进行毒品检测，能够获得化学荧光图像，可直观判定毒品及其代谢物，无需昂贵仪器。特异性抗体颗粒与磁性粉的结合使用也使得后续的显现处理成为可能。但该方法在定量分析方面存在一定缺陷，并且针对不同待测物需要制备不同的抗体，难以用于已知物质定量与未知物质筛查。

值得注意的是，一些新兴的免疫生物分析方法也被引进刑事科学领域。侧向层析（LFA）是一种新型体外诊断技术，以层析材料为固相，使样品溶液通过层析作用流动，与层析材料上的受体发生特异性结合［31］。2019年，Hudson等［32］利用以侧向层析技术制作的毒品筛查盒检测指纹汗液中的THC、可卡因、吗啡和安非他命，获得了较好的准确度与灵敏度。侧向层析的优点是可以快速（＜ 10 min）检测多种毒品，而利用特异性抗体颗粒检测需对指纹进行裁剪。

1.3 光谱分析法

光谱分析法具有快速、无损的特点，在分析后能保持指纹的完整性，不影响后续的显现、鉴定等。与质谱分析相比，光谱分析的成本较低，但相较于质谱法精确的定量能力，光谱法在定量分析方面存在一定缺陷。目前使用较广泛的光谱方法为拉曼光谱、红外光谱、傅里叶变换红外光谱等。

2004年，Day等［33］首次将拉曼光谱引入指纹毒品分析领域，成功分析出指纹中咖啡因、磷酸可待因等10种外源性物质。2009年West等［34］将拉曼光谱应用到实际的物证提取环节，对证据袋内的指纹中沾染的可卡因、氯胺酮进行了快速、无损检测，降低了证据污染的可能。但上述研究只对谱图进行分析，无法识别待测物在指纹上的具体分布。Day等［33］也认为，该方法的缺点是难以直观地定位物质在指纹中的位置。Grant等［35］将显微镜用于确认待测指纹的细节区域，继而利用红外光谱成像成功识别了指纹中的布洛芬等物质。光谱成像为检测结果提供了直观的认知，显微镜的使用则提高了指纹分析区域的准确性。2009年，Ng等［36］将研究拓展到与光谱有关的算法上，认为光谱角制图与相关算法在指纹咖啡因分析中的结果最佳。2016年，Shen等［37］对可替宁分子结构进行研究，发现可替宁分子含有能导致负折射的开口谐振环（SRR）结构。该结构导致吸烟者与非吸烟者的指纹图像在紫外可见光下是反相的，随后对BZE、吗啡的研究也都得到了相似的结果。但该方法仅适用于具有SRR结构的毒品分子，存在较大的局限性；同时也无法对含有SRR结构的毒品物质进行具体区分。Bai等［38］则首次将萨格纳克紫外线傅里叶变换成像光谱（Sagnac-UV-FTIS）应用于指纹物质检测，发现Sagnac-UV-FTIS作为新的高光谱成像技术可以获得三维光谱数据并具有更快的扫描速度。表1中总结了指纹中毒品检测的常用技术。

表1 指纹毒品检测常用技术总结Table 1 Summary of common techniques for fingerprinting drug testing

2 未来研究方向及难点

2.1 常规手印显现方法与物质分析联用研究

显现是处理指纹物证的常规手段。在实际案件中，需要利用粉末刷显、502熏显、真空金属镀膜等技术先对潜在手印进行显现以确定指纹留存的位置，而后进行指纹物质的提取；但相关研究表明，常规的显现方法对后续指纹分析有一定影响［39］。因此，如何在保留形态信息的同时最大程度地提取指纹的化学信息，是目前亟待解决的问题。2004年，Day等［40］的研究表明，拉曼光谱可用于检测502熏显后指纹中的毒品。Groeneveld等［41］利用MALDI-MS比较了真空金属镀膜法与502熏显法显现的沾染毒品指纹，发现真空金属镀膜加强了MALDI的信号，而502熏显没有增强信号。Costa等［15］在利用PSMS对可卡因进行检测的研究中发现高浓度硝酸银显现的指纹纹线清晰度更高，但显现后指纹中可卡因及其代谢物的峰强度均低于未显现的指纹，表明硝酸银的加入对PS-MS的灵敏度有影响。

目前对于显现与物质分析联用的相关研究较少，显现效果可能受到待测物质种类、捺印基质、显现方法甚至指纹种类等方面的影响。后续除继续探究显现对分析的影响外，还可探究与免疫标记等对样品损耗较小、特异性强的方法结合使用。

2.2 指纹物质定量分析

生物样本（如血液和尿液）中的毒品和代谢物可通过体积进行定量，但指纹样本质量较小，也难以对采集过程进行控制，这使指纹样品分析与量化变得复杂。2008年，Jacob等［8］发现，同一志愿者不同手指的检测结果存在差异；Benton等［18］则发现，不同吸烟者指纹中尼古丁的峰强度各异；在Kuwayama等［9］的研究中，摄入咖啡因后指纹中咖啡因和副黄嘌呤的含量在不同个体之间差异很大。这些结果可能表明，毒品在不同人体内的代谢情况不同，存在个体差异。但由于上述实验并未定量分析指纹物质，不能排除捺印的力度、角度、持续时间［9］等对待测物含量的影响。

目前已经证明，利用稳定的内源性化合物可以对待测物含量标准化。肌酐是肌酸的分解产物，在人体的循环系统中浓度比较稳定。利用肌酐在汗液和血浆中的浓度基本呈正比［42］的性质，可以推算在毒品及其代谢物通过血液进入汗液的情况下，毒品和肌酐的质量比与捺印的质量无关。Goucher等［43］通过计算劳拉西泮与肌酐含量的比率，以每纳克肌酐中的劳拉西泮来表示其相对含量，发现处理后的含量随时间的变化曲线变得平整。利用肌酐进行标准化研究无需对捺印流程进行控制，但该实验采用的劳拉西泮∕肌酐比能否适用其他毒品还有待证实。

2.3 遗留人行为分析

仅对指纹中毒品的含量进行测定，无法区分毒品来源于摄入还是沾染；此外指尖与外部环境的接触，导致其极易受到污染。因此在指纹内毒品及其代谢物的检测中，待测物来源判断对检测结果可信度有重要影响，并关系到指纹证据能否被采纳。Kidwell等［44］的研究证明，即使持续6 d的手部日常清洁也不能从被环境污染的皮肤上清除所有的毒品。此外，Poupko等［45］指出，在一般流通领域收集的美国纸币中，有67% ～ 97%被可卡因污染。这表明指纹的环境污染问题在检测时应被特别关注。因此对于毒品检测，必须确保毒品的摄入与皮肤接触可以区分［46］。

Costa等［47］发现，实验前洗手程序的缺失可能导致因环境污染检测到指纹中的海洛因代谢物。Benton等［48］发现，手指与外部环境的接触会导致尼古丁转移，但含量显著低于吸烟者的含量。Ismail等［49］首次提出研究指纹检测的临界值问题，在Benton等的基础上将判断环境污染的标准量化为临界值。Costa等［24］则提出利用MSI对毒品来源进行区分，结果表明毒品的摄入和沾染会影响待测组分在指纹上的分布。

目前对沾染物的去除仍缺乏针对性研究，需要确定毒品如何通过洗手去除，不同洗手方式的效果及洗手后等待汗液分泌的时间等问题都有待进一步探讨。由于沾染物通常含量较少，还应注意仪器灵敏度，同时应扩大沾染物的研究范围。由于光谱和免疫分析法在定量方面的缺陷，分析时应尤其注意排除假阳性的样本。在无法确定沾染物是否去除的情况下，可以对代谢物进行检测。

3 结论与展望

相比于传统的毒品检测方法，指纹中毒品的检测具有采集速度快、非侵入性等特点，能够适应各类场所检测的需要。本文通过梳理指纹中毒品检测常用技术的发展，对该领域的研究现状与方向进行了分析与总结。现有研究大多基于质谱对指纹进行分析，研究热点主要在于新兴分析技术在指纹物质分析中的运用，基于快速分析识别指纹中成分的研究也显著增加。同时研究领域也从独立检验发展到多专业综合检验，如结合材料科学利用纳米颗粒等特殊物质，探索与质谱技术的联用与手印显现等。但目前仍存在指纹物质定量分析、遗留人行为分析等问题亟待解决。未来应结合生物学、药理学等学科研究成果，为指纹中毒品检测提供理论依据与实验设计指导；通过对可能影响指纹沾染的情况进行分析以及对捺印后指纹内化合物含量的定量分析，解决指纹物质定量、遗留人行为分析等问题。在实际工作中，结合指纹人各不同的特性，可以探索将毒品检测结果与指纹遗留人相关联，作为个人附加信息录入指纹库中。同时加大真实案例中指纹毒品检测的研究，并结合实际需求，开发特异性更强、检测速度更快的检测技术。