芬太尼类新精神活性物质检测技术研究进展

郭项雨，马 麟,2，尚宇瀚，白 桦，马 强*

(1.中国检验检疫科学研究院，北京 100176；2.北京中医药大学 东方学院，河北 廊坊 065001)

当前，全球毒品问题不断蔓延，毒品滥用持续泛滥。《国际禁毒蓝皮书：国际禁毒研究报告(2019)》显示：全球吸毒者数量持续增多，吸毒致死者的平均年龄为37岁；毒品问题对中美两国均构成越来越多元的威胁；国内制毒活动仍比较活跃；“毒驾”肇事呈爆发式增长；新精神活性物质有取代传统毒品的趋势。新精神活性物质(New psychoactive substance,NPS)是指不法分子为规避现有毒品管制措施，对已经纳入管制的毒品分子结构进行修饰或者结构变化所合成的毒品类似物或者衍生物，也被称为“策划药”或“实验室毒品”。新精神活性物质具有与毒品相似或更强的效果，已成为继传统毒品、合成毒品后全球流行的第三代毒品，一般包括合成大麻素、兴奋剂(苯乙胺、卡西酮、哌嗪等)、致幻剂(氯胺酮、苯环利定等)、镇定剂、色胺、氨基茚及芬太尼类合成阿片等，其中芬太尼类新精神活性物质因毒性强、易成瘾、危害大而备受国际社会关注。

芬太尼(Fentanyl)是比利时科学家Paul Janssen于1960年合成的一种阿片受体激动剂，其化学名称为N-[1-(2-苯乙基)-4-哌啶基]-N-苯基丙酰胺，镇痛效果是吗啡的80倍[1]，具有起效快、作用强、不良反应少等特点，在临床镇痛和麻醉方面有着广泛应用[2-3]。以芬太尼为先导化合物，通过修饰或取代[4]，可得到一系列芬太尼类衍生物，镇痛效果比芬太尼更强。例如卡芬太尼(Carfentanil)的药效大致是芬太尼的100倍、海洛因的5 000倍、吗啡的10 000倍[5]。由于具有毒品相似或更强的兴奋、致幻等效果，近年来芬太尼及其类似物被混入海洛因或其它非法毒品后出售[6]，已在北美及其他国家造成大量滥用致死事件[7-9]。据美国疾病预防控制中心报告，在2018年美国发生的67 367例药物过量死亡案例中，有46 802例涉及阿片类药物，其中涉及合成阿片类药物的死亡人数比2017年增加了10%，其主要原因是芬太尼及其类似物的非法供应[10]。芬太尼类新精神活性物质药效强、致死率高、滥用严重，各国纷纷制定了相应的法律法规进行管控。我国于2019年5月1日发布了《关于将芬太尼类物质列入〈非药用类麻醉药品和精神药品管制品种增补目录〉的公告》，对芬太尼类物质实施整列管制。

由于芬太尼类新精神活性物质具有毒性强、变化快、品种多、缉查难等特点，对检测稽查工作提出了巨大的挑战。为保障正常公共秩序及国家安全，科研人员研究开发了一系列实验室检测技术和现场快速检测技术。本文重点论述了近年来芬太尼类新精神活性物质检测技术的研究进展，并对其面临的问题和挑战进行了展望。

1 传统实验室检测技术

实验室检测技术需要将样品运回实验室进行前处理，而后依托分析仪器进行测定，具有稳定、准确、可靠等诸多优势。实验室检测技术通常由样品前处理和仪器分析检测两部分组成。

1.1 样品前处理

在毒品稽查或案件侦查中，由于毒品在血液、尿液、唾液、毛发等生物样品中的含量通常较低，需对样品中的目标物质进行提取富集。选择适宜的样品前处理方法是法医毒物鉴定的重要环节，直接关系到分析结果的准确性。在芬太尼类新精神活性物质检测过程中，常见的样品前处理方法主要有固相萃取法、液-液萃取法、蛋白质沉淀法和固相微萃取法。

固相萃取法(Solid-phase extraction，SPE)的原理是利用固体吸附剂吸附液体样品中的待测物，使被测物质与样品基质和干扰物质分离，然后用合适的溶剂洗脱被测物质，从而达到快速分离富集的目的，是一种物理萃取过程。固相萃取法可同时完成样品净化与富集，提高了检测灵敏度，具有样品消耗量少、选择性高、操作简便、重现性好等优势，现已广泛应用于诸多种类样品的前处理。Strayer等[11]采用固相萃取法净化富集了血液中24种芬太尼类物质。将1 mL全血样品和100 μL内标溶液混合并离心后采用CLEAN SCREEN DAU固相萃取柱净化富集，再用3 mL二氯甲烷/异丙醇/氢氧化铵混合溶液(78∶20∶2，体积比)洗脱，洗脱液蒸干后用100 μL甲醇复溶，上机分析。固相萃取过程中24种芬太尼类物质的回收率为60.0%～95.0%。固相萃取法是生物样品中芬太尼类物质提取和富集最常用的前处理方法。

液-液萃取法(Liquid-liquid extraction，LLE)是一种根据分配系数将目标化合物从样品溶液萃取到另一相液体中的方法，通常在水相和有机相之间进行萃取。芬太尼类物质大多属于脂溶性化合物，在水相中溶解度较低，多采用乙酸乙酯、正己烷等有机溶剂进行液-液萃取。施妍等[12]采用液-液萃取法提取血液中的20种芬太尼类物质，在0.1 mL全血样品中加入0.9 mL乙腈沉淀样品中的蛋白质，上清液吹干后用0.1 mL流动相复溶进行液-液萃取。结果表明，乙酸乙酯对20种芬太尼类物质的提取率均大于80.0%。液-液萃取法也是用于生物样品中芬太尼类物质检测的常见前处理方法，但萃取过程容易发生乳化现象，因此提取效果通常低于固相萃取法。

除上述两种最常用的前处理方法外，生物样品中芬太尼类物质的提取净化还可采用蛋白质沉淀法(Protein precipitation)和固相微萃取法(Solid-phase microextraction，SPME)。生物样品含有的大量蛋白质可能对样品分析造成极大干扰，通常加入沉淀剂进行蛋白质沉淀。蛋白质可与沉淀剂形成疏松的絮状沉淀物，经离心分离后，目标物留在上清液中，即可实现芬太尼类物质的提取富集。曾晓晖等[13]采用乙腈沉淀血浆中的蛋白质，有效消除了基质效应，血浆中舒芬太尼的提取回收率在83.7%～88.1%之间。固相微萃取法作为一种新型样品前处理方法，也被用于芬太尼类物质的前处理过程[14]。Bagheri等[15]建立了顶空固相微萃取/气相色谱-质谱测定血液中芬太尼的方法。将1 mL血浆样品用盐酸酸化破坏芬太尼与蛋白质的结合，然后加入三氯乙酸使蛋白质变性并沉淀，离心后上清液转移至顶空瓶中，通过加热使样品中的芬太尼挥发进行固相微萃取，检出限为0.03 ng/mL。固相微萃取技术集采样、萃取、浓缩、进样于一体，具有样品用量少、操作简单、稳定性强、回收率高等优势，在芬太尼类化合物的检测分析中具有巨大的应用潜力。

1.2 仪器分析检测

目前，芬太尼类物质的仪器分析检测技术主要为色谱-质谱联用技术，如高效液相色谱-串联质谱法(High performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry，HPLC-MS/MS)、气相色谱-质谱法(Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)等。这些方法能够实现精确定性定量分析，具有分析速度快、分离效果好、检测灵敏度高、分析结果稳定等优势，在芬太尼类物质的实验室分析检测中占据主导地位。Busardò等[16]采用液-液萃取和固相萃取结合超高效液相色谱-串联质谱法，建立了血液、尿液和毛发样品中芬太尼类物质的检测方法，血液和尿液样品中23种芬太尼类似物的检出限为0.7～2 ng/L，定量下限为2～6 ng/L；毛发样品中芬太尼类似物的检出限为3～7 pg/g，定量下限为11～21 pg/g。Gilbert等[17]建立了可疑粉末中18种芬太尼类物质的气相色谱-质谱检测方法，检出限为 0.007～0.822 μg/mL，定量下限在0.023～2.742 μg/mL之间。Fakhari等[18]将沉浸式单滴微萃取与气相色谱法联用，对尿液和废水中的舒芬太尼和阿芬太尼进行了测定分析，检出限为5～6 ng/mL。此外，光谱技术也是芬太尼类物质检测中较为常用的手段，如Salemmilani等[19]采用表面增强拉曼光谱法(Surface enhanced Raman spectroscopy，SERS)测定了海洛因中的芬太尼。除这些常规方法外，科研人员还开发了一些简单、灵敏的芬太尼类物质检测技术。Kammer等[20]采用自由溶液测定法(Free solution assay，FSA)结合高亲和力DNA适配体探针和补偿型干涉仪(Compensated interferometric reader，CIR)测定了血液中的芬太尼和去甲芬太尼，样品量仅需10 μL，定量下限分别为60、90 pg/mL。Krauss等[21]开发了梯度洗脱移动边界电泳法(Gradient elution moving boundary electrophoresis，GEMBE)用于分析复杂基质中的痕量芬太尼，检出限可达2.5 μmol/L。尽管上述方法较为灵敏，但普适性和可推广性相对较低。色谱-质谱联用技术和光谱技术具有出色的定性定量能力，稳定性强，仍是实验室分析检测芬太尼类物质的首选。芬太尼类新精神活性物质的实验室检测技术如表1所示。

表1 芬太尼类物质实验室检测技术Table 1 Laboratory analytical techniques for fentanyl compounds

(续表1)

2 现场快速检测技术

常规实验室检测技术虽然在定性定量方面具有优势，但通常样品前处理繁琐、分析过程周期长，不能在第一时间对可疑人员或可疑样品进行现场处置。为此，科研人员开发了一系列现场快速检测技术，以应对海关、口岸、机场等人流密集场所的芬太尼类物质稽查与检测。

2.1 原位电离质谱快速检测技术

原位电离质谱技术(Ambient ionization mass spectrometry，AIMS)是指能够在大气压敞开式环境下，无需或者只需极少样品预处理，即可使样品中的目标分析物快速离子化的质谱分析技术，具有前处理简单、溶剂消耗少、分析速度快等优势。自2004年Cooks教授提出解吸电喷雾电离(Desorption electrospray ionization，DESI)[60]以来，国内外学者已开发了数十种原位电离技术。在芬太尼类新精神活性物质快速检测中，已开发了基于纸喷雾(Paper spray，PS)、实时直接分析(Direct analysis in real time，DART)、介质阻挡放电电离(Dielectric barrier discharge ionization，DBDI)等多种原位电离方法的快速检测技术。如Sisco等[61]建立了热解吸-实时直接分析质谱快速筛查可疑粉末中17种芬太尼类物质的方法，在混有海洛因的情况下，芬太尼的检出限低至1%。Kennedy等[62]采用纸喷雾质谱法检测病人尿液中的7种芬太尼类物质，检出限为0.5 ng/mL。Morato等[63]采用棉签取样的方式，实现了口腔唾液中芬太尼、瑞芬太尼、舒芬太尼、去甲芬太尼和呋喃芬太尼的直接质谱分析，检出限为0.08 ng/mL。芬太尼类化合物原位电离质谱快速检测技术的相关报道如表2所示。这些技术避免了复杂的样品前处理过程和色谱分离过程，能够快速检测分析样品中的芬太尼，分析速度大大提高。随着原位电离质谱技术的发展，将会有更多、更简易的方法应用于芬太尼类物质的快速检测。但上述原位电离质谱方法多与大型分析仪器设备联用，在一定程度上限制了现场快速检测的应用。因此，便携式设备的开发应用成为科研人员研究的重点。

表2 芬太尼类化合物原位电离质谱检测技术Table 2 AIMS analytical techniques for fentanyl compounds

2.2 现场检测技术

随着现场检测需求的日益迫切，小型化分析仪器设备不断被设计开发并应用于现场检测工作，如小型台式红外光谱仪、手持式拉曼光谱仪、小型便携式质谱仪、离子迁移谱仪、便携式电化学传感器等。相比于实验室大型仪器设备，便携式设备具有质量轻、机动性强、分析速度快等优势，适用于芬太尼类新精神活性物质的现场快速检测。小型便携式光谱仪器起步早、发展快，现已成为海关、口岸等场所芬太尼类物质快速查验的主要设备，其中以手持式拉曼光谱仪最具代表性，其具有无需取样、穿过透明薄膜即可检测、无需耗材、操作简单等优势，应用也更广泛。Shende等[71]开发了适用于生物样本中芬太尼检测的快速分离试纸条，采用手持式拉曼光谱仪进行检测，唾液、血浆和全血中芬太尼的检出限分别为13、22和152 ng/mL，分析时间仅需5 min。Green等[72]采用手持式拉曼光谱仪测定了缉获固体样品中的芬太尼，检出限为40 pg。便携式光谱设备具有出色的快速定性分析能力，但检测毒品含量低的混合物的效果较差，存在误报的可能。相比之下，便携式质谱设备灵敏度高、准确度高、不会误报，在定量分析方面更具优势。近年来，小型便携式质谱仪的发展和应用越来越成熟，其与原位电离技术联用能够实现目标物的快速定性定量分析[73]，并已在芬太尼类物质检测中逐渐开发应用。Kang等[74]将纸喷雾与小型便携式质谱仪联用，测定了尿液中的16种芬太尼类物质，检出限为10～100 μg/L，定量下限为30～300 μg/L，并采用毛细管弹状流微萃取结合小型便携式质谱测定了啤酒中的奥芬太尼类物质，实现了芬太尼类物质的现场快速定量分析。此外，离子迁移谱仪和电化学传感器也是现场快速筛查芬太尼类物质的重要设备。Grimes等[75]开发了5种芬太尼类物质的场不对称离子迁移谱(Field asymmetric ion mobility spectrometry，FAIMS)分离检测方法，分析时间仅需2 min。Goodchild等[76]开发了基于离子液体修饰的一次性电化学传感器，可在1 min之内筛查非法药物中的芬太尼。Barfidokht等[77]开发了可穿戴式电化学传感器，将其直接穿戴在手上即可快速分析可疑粉末或液体样品中的芬太尼，检出限可达10 μmol/L。芬太尼类化合物的现场快速检测技术如表3所示。

表3 芬太尼类化合物现场快速检测技术Table 3 On-site rapid analytical techniques for fentanyl compounds

3 展 望

针对芬太尼类新精神活性物质，科研人员目前已开发了大量实验室检测技术和现场快速检测技术，这些检测技术各具优势，但也存在不足，可概括为：(1)实验室检测技术的样品前处理过程繁琐耗时，溶剂消耗量大。随着检测技术的不断发展，基质固相分散萃取、分散液-液微萃取等绿色高效的前处理技术不断涌现，这些前处理技术所需时间短、溶剂消耗少，可大幅提高工作效率，在芬太尼及其类似物的检测中具有一定的应用潜力；(2)现场快速检测技术所采用的原位电离方法以纸喷雾、实时进样分析等为主，这些方法能够实现芬太尼类物质的快速离子化，但也存在取样量不恒定、易受时空及样品所处微环境条件影响、样品基质干扰等问题，从而在一定程度上影响了分析结果的稳定性，因此还需进一步深入研究；(3)现场检测设备(如小型台式红外光谱仪、手持式拉曼光谱仪、离子迁移谱仪等)具有出色的定性能力，但也存在一定的假阳性检出率，准确的定性定量分析还需依靠实验室检测技术，现场快速检测技术分析的精准度有待进一步提高；(4)现有检测技术需要依靠标准物质进行分析，而芬太尼类物质具有品种多、演变快等特点，很难在第一时间获取标准物质，这对新增未知芬太尼类物质的筛查带来极大困难。因此，根据现有的标准物质获取质谱数据，归纳整理特征碎片离子信息，构建专用质谱数据库，开发新增未知芬太尼类物质的筛查方法将是未来科研人员需要重点关注突破的研究方向。此外，芬太尼类新精神活性物质的滥用日益增多，除开发科学精准的稽查检测技术外，各国政府进一步加强合作、执法和管控同样重要；同时，政府机构有责任加强宣传，呼吁人民增强守法意识，洁身自好、远离毒品。