崔婉瑩，于忠山,常 靖，趙 鵬，王愛華，吳小軍，李佳宜，張?jiān)品?

(1.中國人民公安大學(xué) 偵查學(xué)院，北京 100038；2.公安部物證鑒定中心，北京 100038)

法醫(yī)毒物分析中，不同案件性質(zhì)和作案方式導(dǎo)致作為證據(jù)的檢材樣本高度多樣化，其中可能包括血液、尿液、唾液、洗胃液、毛發(fā)、藥物和潛指紋等。常見的儀器分析方法包括光譜分析法[1]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)[2-3]和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(LC-MS)[4]等。光譜分析法利用物質(zhì)對(duì)電磁輻射的吸收和發(fā)射來確定其結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，常需要標(biāo)準(zhǔn)樣品作為基準(zhǔn)，因此實(shí)際應(yīng)用具有一定的困難。色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的樣品前處理需經(jīng)過分離、分析兩個(gè)步驟，操作繁瑣耗時(shí)，且對(duì)于難揮發(fā)、熱穩(wěn)定性差、極性大的物質(zhì)，GC-MS技術(shù)也難以分析。

近年來基于直接離子化的敞開式電離質(zhì)譜(Ambient ionization mass spectrometry，AIMS)技術(shù)發(fā)展迅速。該技術(shù)在大氣壓條件下只需進(jìn)行簡單的樣品前處理或無需前處理就可對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行快速分析，在食品安全[5]、藥物分析[6-7]、環(huán)境檢測[8-10]、生活用品分析[11]、法庭科學(xué)[12-15]等領(lǐng)域已取得廣泛應(yīng)用。本文對(duì)敞開式電離(Ambient ionization，AI)技術(shù)進(jìn)行簡單概述后，著重綜述了AIMS技術(shù)在不同類型檢材分析中的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)該技術(shù)在法醫(yī)毒物分析領(lǐng)域中的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 AI技術(shù)概述

2004年，Cooks等[16]提出了一種有別于傳統(tǒng)電離的新電離方式——解吸電噴霧電離(DESI)，并將其用于檢測金屬、聚合物和礦物表面的多肽和蛋白質(zhì)。其譜圖與常規(guī)電噴霧電離(ESI)譜圖相似，相比之下解吸電噴霧電離質(zhì)譜(DESI-MS)技術(shù)可在非真空條件下完成樣品分析。隨后包括實(shí)時(shí)直接分析(DART)[17]、解吸大氣壓化學(xué)電離(DAPCI)[18]、敞開式超聲噴霧電離(EASI)[19]、基質(zhì)輔助激光解吸電噴霧電離(MALDESI)[20]、解吸大氣壓光電離(DAPPI)[21]、探針電噴霧電離(PESI)[22]等在內(nèi)的幾十種AI技術(shù)相繼被提出。與傳統(tǒng)的儀器分析技術(shù)相比，AI技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如無需或只需簡單的樣品處理、電離條件溫和、分析速度快和非真空條件下操作簡單等。實(shí)際分析中，通常根據(jù)被測樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)等因素選擇合適的電離源。

按照解吸方式不同，AI技術(shù)可分為三大類[23]：液體萃取、等離子體解吸和激光剝蝕。3類AI技術(shù)代表性的AI源如圖1所示。液體萃取電離技術(shù)利用溶劑從樣品表面提取或解吸分子，通常用于分析基于ESI機(jī)制電離的極性分子，主要包括EASI、PESI、DESI、紙噴霧電離(PSI)、接觸噴霧電離(TS)和萃取電噴霧電離(EESI)等。等離子體解吸電離技術(shù)與大氣壓化學(xué)電離(APCI)具有相同的化學(xué)原理，放電電極產(chǎn)生的等離子體與氣化的樣品分析物相互作用而發(fā)生電離，主要包括DART、DAPPI、DAPCI、低溫等離子體探針(LTP)和微波等離子炬(MPT)等。由于分析物需在電離前處于氣相，快速檢測僅限于低分子量的揮發(fā)性化合物。激光剝蝕技術(shù)利用激光源使目標(biāo)分析物從被測樣品中解吸下來，電離效率低，因此大多數(shù)基于激光的AIMS技術(shù)均與二次電離源耦合以提高電離效率和靈敏度，如MALDESI、電噴霧輔助激光解吸電離(ELDI)、激光輔助解吸電噴霧電離(LADESI)、激光解吸電噴霧電離(LDESI)和激光剝蝕電噴霧電離(LAESI)等。激光剝蝕AIMS技術(shù)的最新發(fā)展，一是利用紅外激光源來促進(jìn)解吸和電離，二是與除電噴霧外的各種后電離方法集成。激光剝蝕與激光后電離相結(jié)合，具有高橫向分辨率，在最大限度減少差異檢測的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高靈敏度和深度剖析等優(yōu)勢[24]。

圖1 DESI源的原理圖(A)[16]、DART源的剖面圖(B)[17]與MALDESI源的原理圖(C)[20]Fig.1 The schematic diagram of DESI(A)[16],clipped view of DART source(B)[17] and the schematic diagram of MALDESI(C)[20]

2 AIMS技術(shù)在法醫(yī)毒物分析中的應(yīng)用

法醫(yī)毒物分析中，法醫(yī)工作者通過對(duì)檢材中有關(guān)毒物的鑒定分析，判斷案件性質(zhì)，為案件提供偵查線索和證據(jù)，為當(dāng)事人是否承擔(dān)法律責(zé)任提供依據(jù)。分析中涉及的檢材類型多種多樣，按照檢材類型不同可分為體內(nèi)檢材和體外檢材。體內(nèi)檢材也稱為生物檢材，包括血液、尿液、唾液等體液及毛發(fā)等組織。體外檢材指未經(jīng)人體代謝、吸收和分布的檢材，包括案件現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的各種藥片、潛指紋、洗胃液和植物材料等。AIMS技術(shù)因無需樣品制備和色譜分離，操作簡單、耗時(shí)短等優(yōu)勢，在法醫(yī)毒物分析領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

2.1 體內(nèi)檢材

2.1.1 血 液血液是法醫(yī)毒物分析中常用的體內(nèi)檢材，分析血液中的藥物毒物濃度有利于解釋中毒或死亡的原因。為釋放與蛋白結(jié)合的藥物毒物并防止測定干擾，傳統(tǒng)上需要對(duì)血液檢材進(jìn)行去蛋白預(yù)處理，過程繁瑣、耗時(shí)。AIMS技術(shù)可省去這一步驟進(jìn)行直接分析，快速、簡單、無需樣品制備的優(yōu)勢使該技術(shù)成為毒物篩查的一種可行性方法。Minakata等[25]采用基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF MS)對(duì)血液中4種苯丙胺進(jìn)行快速定量分析，通過其在血液中的濃度估算死亡原因。Teunissen等[26]成功建立并驗(yàn)證了一種基于紙噴霧質(zhì)譜(PS-MS)對(duì)全血中8種苯丙胺類化合物免分離的定量方法。該方法快速、靈敏、選擇性高，1.3 min內(nèi)即可完成定性定量分析，方法檢出限為15～50 ng·mL-1，定量下限低于苯丙胺典型的生理和毒理學(xué)水平。Jett等[27]通過PSI技術(shù)與三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用對(duì)血液中常見的134種藥物及其代謝物進(jìn)行快速篩查。Usui等[28]使用探針電噴霧電離串聯(lián)質(zhì)譜(PESI-MS/MS)快速定量分析血清中的百草枯。該方法直接電離和測定百草枯，可在18 s內(nèi)獲得檢測結(jié)果，檢出限為0.004 μg·L-1，定量下限為0.015 μg·L-1。實(shí)際血清樣品分析中，與液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)的結(jié)果相比無顯著性差異。PESI-MS/MS技術(shù)無需使用連續(xù)的氣體/液體流，且探針和樣品板是一次性使用，可將污染風(fēng)險(xiǎn)降至最低。但由于此方法不涉及色譜柱分離，很難同時(shí)確定多個(gè)目標(biāo)，且僅在9個(gè)中毒樣本中得到驗(yàn)證，使得該技術(shù)具有一定局限性。

2.1.2 尿 液尿液中往往包含濃度較高的母體藥物及其代謝物，其濃度可作為藥物毒物濫用的判斷依據(jù)。Kauppila等[29]應(yīng)用DESI-MS對(duì)吸毒者的尿樣進(jìn)行藥物及其代謝物的篩選，檢出苯丙胺、鴉片類、大麻素和苯二氮卓類藥物，研究表明DESI-MS技術(shù)是從吸毒者尿樣中快速篩選濫用藥物及其代謝物的有效工具。Kennedy等[30]使用紙噴霧串聯(lián)質(zhì)譜法(PS-MS/MS)和高分辨質(zhì)譜法對(duì)藥物濫用患者尿樣中的芬太尼類似物及其它濫用藥物進(jìn)行定性定量分析，將10 μL尿樣置于裝有內(nèi)標(biāo)物的紙制噴霧筒上，干燥后進(jìn)行直接分析。8種芬太尼類似物在0.5～50 ng·mL-1質(zhì)量濃度范圍內(nèi)呈線性，與LC-MS相比表現(xiàn)出更好的定量結(jié)果。

由于尿液中鹽濃度高、內(nèi)源性有機(jī)物含量高等因素影響，可能會(huì)存在基質(zhì)效應(yīng)，從而影響被分析物的信號(hào)強(qiáng)度。采用微萃取技術(shù)對(duì)尿樣進(jìn)行簡單樣品前處理，不僅可以濃縮分析物，還可去除部分雜質(zhì)減弱基質(zhì)效應(yīng)。Jagerdeo等[31]使用填充吸附劑微萃取對(duì)尿液進(jìn)行預(yù)處理以濃縮分析物，而后采用實(shí)時(shí)直接分析飛行時(shí)間質(zhì)譜(DART-TOF MS)分析尿樣中的可卡因及其代謝物。信噪比為3∶1時(shí)芽子堿甲酯、苯甲?；孔訅A、可卡因和古柯乙烯的檢出限分別為22.9、23.7、4.0、9.8 ng·mL-1，與之前研究相比具有更高的靈敏度。該研究還表明若使用合適的內(nèi)標(biāo)物，有可能實(shí)現(xiàn)被檢物的定量分析。Rodriguez-Lafuente等[32]將薄膜固相微萃取作為樣品前處理步驟用于尿液中可卡因和美沙酮的快速篩選和定量，定量下限為1 μg·L-1。固相微萃取前處理過程可以預(yù)濃縮分析物，提高靈敏度，同時(shí)避免尿樣中殘留的鹽分污染離子源。

2.1.3 唾 液近年來，唾液因操作簡便、非入侵性、摻假或感染風(fēng)險(xiǎn)低等優(yōu)勢成為一種新興的檢測標(biāo)本，唾液中的藥物濃度與血液中的藥物濃度密切相關(guān)[33]。AIMS技術(shù)可對(duì)唾液樣本進(jìn)行直接分析，快速得到檢測結(jié)果。Jhang等[34]建立了一種新型的藥物篩選系統(tǒng)，用于快速篩選和測定唾液樣本中的4-氯苯丙胺。該系統(tǒng)可在PS-MS和毛細(xì)管電泳質(zhì)譜(CE-ESI-MS)之間進(jìn)行切換，具有簡單、靈敏、經(jīng)濟(jì)互補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)，兩種方式的檢出限分別為0.1 ppm和0.25 ppm。Pirro等[35]使用接觸噴霧質(zhì)譜(TS-MS)直接從醫(yī)用拭子中鑒定出14種常見的濫用藥物，對(duì)拭子的直接分析極大簡化了唾液的采樣和測試流程，為藥物檢測提供了一種簡便快速的方法。Wang等[36]將低溫等離子體探針質(zhì)譜(LTP-MS)用于唾液中11種新精神活性物質(zhì)的篩選和定量，采用熱輔助解吸方法提高信號(hào)強(qiáng)度，進(jìn)行串聯(lián)質(zhì)譜以排除假陽性信號(hào)并降低噪聲。所有分析物均表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，檢出限與免疫測定法相當(dāng)。Morato等[37]使用新一代體積吸收微取樣(VAMS)拭子進(jìn)行采樣，建立TS-MS法同時(shí)對(duì)唾液中30種常見的濫用藥物(包括阿片類藥物、苯二氮卓類藥物、芬太尼衍生物、甲基苯丙胺、可卡因、取代亞甲基二氧基苯乙胺、卡西酮、抗抑郁藥和抗精神病藥物)進(jìn)行定量分析。該方法僅需10 μL樣品，生物基質(zhì)中復(fù)雜藥物混合物的檢出限大多在5 ng·mL-1以下。

2.1.4 毛 發(fā)法醫(yī)毛發(fā)分析被認(rèn)為是識(shí)別慢性吸毒者的標(biāo)準(zhǔn)方法，可以顯示藥物的使用模式和持續(xù)時(shí)間。與血液、尿液等檢材相比，毛發(fā)具有易獲取、穩(wěn)定、檢出時(shí)限長等優(yōu)勢，常作為法醫(yī)工作者的分析對(duì)象。Miki等[38]采用MALDI-TOF MS對(duì)人發(fā)中的甲基苯丙胺進(jìn)行質(zhì)譜成像。研究表明，頭發(fā)中斷續(xù)的不同強(qiáng)度的甲基苯丙胺陽性點(diǎn)，可能指示出被檢測者的吸毒史和每次給藥后的不同血藥濃度。Deimler等[39]使用激光剝蝕電噴霧電離串聯(lián)質(zhì)譜(LAESI-MS/MS)對(duì)溶液、頭發(fā)和植物中的預(yù)定藥物進(jìn)行分析。研究中用雙面透明膠帶將頭發(fā)樣本粘到顯微鏡載玻片上，水潤濕后進(jìn)行直接分析，成功識(shí)別出毛發(fā)樣本中10 ng·mg-1的嗎啡、可待因和可卡因。Cuypers等[40]采用基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像(MALDI-MSI)研究過氧化氫處理對(duì)頭發(fā)中摻入可卡因的影響。研究表明過氧化氫漂白會(huì)降低頭發(fā)中可卡因的可檢測性，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對(duì)含有可卡因的法醫(yī)毛發(fā)檢驗(yàn)具有非常重要的作用。在檢測中應(yīng)注意被檢毛發(fā)是否經(jīng)過氧化處理，以免得出錯(cuò)誤的鑒定結(jié)果。

2.2 體外檢材

2.2.1 藥 物AIMS技術(shù)可對(duì)完整樣品進(jìn)行快速直接分析，被證明適用于濫用藥物的篩選和定性，為現(xiàn)場查獲的一些非法藥物毒物提供了一種快速可靠的分析方法。Kauppila等[41]證明了解吸大氣壓光離子化質(zhì)譜(DAPPI-MS)用于片劑非法藥物直接分析的可行性，從片劑藥物中成功鑒定出3，4-亞甲基二氧甲基苯丙胺、苯丙胺、芬納西泮和丁丙諾啡。Steiner等[42]使用精確質(zhì)量飛行時(shí)間實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜新技術(shù)快速篩查法醫(yī)分析中的常見濫用藥物。通過分析553個(gè)病例樣本，驗(yàn)證了該方法作為篩選工具的用途。與GC-MS分析相比，該技術(shù)不受儀器溫度和時(shí)間的限制，可以同時(shí)檢測更多樣本，光譜信息也更加詳細(xì)。Fedick等[43]將紙張表面增強(qiáng)拉曼光譜與PS-MS聯(lián)用，現(xiàn)場快速識(shí)別和確認(rèn)芬太尼及其類似物，幫助實(shí)時(shí)指導(dǎo)案件調(diào)查。Burr等[44]將表面增強(qiáng)拉曼散射與PS-MS集成到一個(gè)現(xiàn)場分析儀器操作平臺(tái)用于毒品鑒定，并開發(fā)了一種兩用等離子體紙。該研究構(gòu)建的表面增強(qiáng)拉曼散射紙噴霧電離質(zhì)譜(SERS-PS-MS)一體化系統(tǒng)對(duì)500種樣品盲測達(dá)到99.8%的化學(xué)鑒定準(zhǔn)確率，通過對(duì)合成大麻異構(gòu)體JWH-018的成功鑒別，證明了SERS的分析識(shí)別能力，而PS-MS/MS無法區(qū)分合成的大麻異構(gòu)體。

AIMS技術(shù)可直接從片狀藥物表面取樣，通過是否含有藥物活性成分來鑒別藥物真?zhèn)?。Nyadong等[45]將二維擴(kuò)散有序1H核磁共振譜與實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜(DART-MS)、DESI-MS相結(jié)合用于檢測假冒抗瘧藥的化學(xué)成分。16個(gè)樣品僅在6種制劑中檢出預(yù)期的活性藥物成分，此外還檢測到蔗糖、乳糖、硬脂酸酯、糊精和淀粉等常見的有機(jī)賦形劑。Culzoni等[46]使用DART-TOF MS技術(shù)分析常規(guī)藥品鑒別和真?zhèn)嗡幤疯b別案中的阿普唑侖，多種樣品在規(guī)定的質(zhì)量范圍內(nèi)準(zhǔn)確檢測到阿普唑侖的假分子離子和部分片段。

2.2.2 潛指紋潛指紋是內(nèi)源和外源化學(xué)物質(zhì)在特定形式下的分布，包含豐富、重要的法醫(yī)信息，例如可能含有曾接觸過的爆炸物、濫用藥物及其代謝物。潛指紋分析為安全、高通量和無創(chuàng)檢測濫用藥物毒物提供了一條潛在途徑。不同個(gè)體留下的重疊指紋很難用光學(xué)方法進(jìn)行區(qū)分，而質(zhì)譜成像根據(jù)每個(gè)人獨(dú)特的化學(xué)品接觸史可很容易區(qū)分所形成的印跡[47-48]。對(duì)指紋中生活特征成分的分析，有利于進(jìn)行嫌疑人特征刻畫，為案件偵查提供線索[49]。Ifa等[50]應(yīng)用DESI-MS技術(shù)進(jìn)行潛指紋成像，清楚識(shí)別到指紋的細(xì)節(jié)特征。在玻璃、紙張和塑料等普通平面上形成的潛指紋中成功識(shí)別出可卡因、D9-四氫大麻酚和高能炸藥黑索金等外源性物質(zhì)。Rowell等[51]首次使用表面輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(SALDI-TOF MS)在提取的潛指紋中檢測到美沙酮及其代謝產(chǎn)物。Bailey等[52]采用MALDI、DESI和二次離子質(zhì)譜(SIMS)3種敞開式電離表面質(zhì)譜法對(duì)指紋中的可卡因及其代謝物進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果顯示MALDI和DESI對(duì)潛指紋中可卡因、苯甲酰芽子堿和愛岡寧甲基酯的檢測結(jié)果與口腔液檢測結(jié)果具有良好的相關(guān)性。此外，AIMS技術(shù)的低破壞性使其可對(duì)同一指紋進(jìn)行多次重復(fù)分析。

2.2.3 其它體外檢材除藥物、潛指紋外，洗胃液、植物材料也是案件中常見的體外檢材，實(shí)時(shí)、原位的檢測優(yōu)勢可使AIMS技術(shù)在很短時(shí)間內(nèi)獲得檢測結(jié)果。Su等[53]應(yīng)用電噴霧輔助激光解吸電離質(zhì)譜(ELDI-MS)實(shí)現(xiàn)了胃液中7種非揮發(fā)性家用農(nóng)藥的快速檢測。研究中使用金屬探針對(duì)胃液進(jìn)行直接采樣，在探針上進(jìn)行激光解吸，高能量激光照射下胃液中的主要蛋白質(zhì)和肽被分解，排除檢測干擾后農(nóng)藥的檢測靈敏度更高。取樣、解吸、電離和檢測整個(gè)過程所需時(shí)間不足30 s。Talaty等[54]采用DESI-MS技術(shù)，對(duì)毒參屬(毒堇)、茄科曼陀羅屬(曼陀羅)和顛茄屬(顛茄)組織中的生物堿進(jìn)行了原位檢測，通過電噴霧將微小的溶劑液滴噴到植物組織表面后進(jìn)行直接分析，與串聯(lián)質(zhì)譜檢測結(jié)果具有一致性。Longo等[55]采用實(shí)時(shí)直接分析高分辨質(zhì)譜(DART-HRMS-MS)快速檢測和定量植物材料中的酶斯卡靈。為顯示出與分析物相似的電離效率，研究中選用酶斯卡靈-D9作為定量分析的內(nèi)標(biāo)物，使用分析物與內(nèi)標(biāo)物的峰面積比來減輕環(huán)境因素的影響。建立的方法可有效定量1 100 ppm范圍內(nèi)的酶斯卡靈，幾秒鐘內(nèi)可以確認(rèn)其存在。

3 展 望

隨著AI技術(shù)的不斷成熟，AIMS技術(shù)已成為法庭毒物檢測鑒定中一種強(qiáng)有力的工具，其中DART和DESI技術(shù)作為早期的AI技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。雖然目前AI技術(shù)由最初的幾種發(fā)展到了幾十種，但其靈敏度、再現(xiàn)性和數(shù)據(jù)復(fù)雜性等方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)[56]。許多研究致力于提高該技術(shù)的分析性能，主要包括提高其在定性和定量分析中的靈敏度和可靠性，降低檢出限并實(shí)現(xiàn)痕量或復(fù)雜樣品基質(zhì)中化合物的定量分析。近年來，AIMS技術(shù)已被應(yīng)用于非極性分子和復(fù)雜樣品中大型生物聚合物的分析中。

天然樣品中存在的多種分析物通常會(huì)導(dǎo)致AIMS質(zhì)譜圖成圖復(fù)雜，分析物的離子識(shí)別和背景離子去除的自動(dòng)化將是未來的一個(gè)研究方向。隨著化學(xué)合成等技術(shù)水平的提高，法醫(yī)毒物分析中毒物的種類也不斷增加，新的毒物不斷涌出，探索每種技術(shù)最適用的對(duì)象是一項(xiàng)需要長期進(jìn)行的工作。AIMS技術(shù)與傳統(tǒng)的GC-MS和LC-MS相比具有直接、快速的分析優(yōu)勢，可在法醫(yī)藥物毒物的快速篩查中建立合適的方法，不斷擴(kuò)充藥物毒物庫范圍?；谛⌒捅銛y式敞開式電離質(zhì)譜的現(xiàn)場快速檢測技術(shù)目前已在多個(gè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用[57-58]，簡單、快速、實(shí)時(shí)的分析優(yōu)勢極大提高了分析效率。毒物案件現(xiàn)場中，應(yīng)用小型便攜式敞開式電離質(zhì)譜儀進(jìn)行現(xiàn)場快速分析，將為案件贏得時(shí)間和指明偵查方向。