水環(huán)境中精神活性物質(zhì)檢測技術(shù)研究進(jìn)展

蔣力維，霍雨萌，師博遠(yuǎn)，吳一荻，余 磊

(北京市禁毒科技中心，中國 北京 100000)

精神活性物質(zhì)是一類對人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有強(qiáng)烈的精神藥理作用與成癮性的化合物，其濫用可導(dǎo)致多種神經(jīng)行為障礙。毒品是典型的精神活性物質(zhì)，按其來源和出現(xiàn)的時(shí)間，可分為3代：第一代毒品，即直接從植物中提取加工的傳統(tǒng)毒品，如海洛因、大麻、鴉片、可卡因等；第二代毒品為人工合成毒品，如氯胺酮、安非他明類興奮劑等；第三代毒品是新精神活性物質(zhì)，指沒有被聯(lián)合國《1961年麻醉品單一公約》和《1971年精神藥品公約》所列管，但具有濫用潛力，可以引起公共健康風(fēng)險(xiǎn)的精神活性物質(zhì)，如合成大麻素、合成卡西酮等。與其他藥物一樣，精神活性物質(zhì)也是通過其生產(chǎn)、銷售和消費(fèi)等人類活動(dòng)進(jìn)入環(huán)境的，表1列出了常見的精神活性物質(zhì)及其代謝物[1-11]。精神活性物質(zhì)進(jìn)入生物體后不能被完全代謝，未被代謝的母體化合物或代謝產(chǎn)物可經(jīng)尿液或糞便等排泄物進(jìn)入污水系統(tǒng)[12]。目前，我國污水處理廠的工藝還無法完全除去精神活性物質(zhì)及其代謝物，部分未被去除的物質(zhì)則會(huì)隨污水進(jìn)入自然水體，對水生生態(tài)系統(tǒng)和公眾健康造成潛在風(fēng)險(xiǎn)，因而可將精神活性物質(zhì)視為一類新型環(huán)境污染物[13]。

表1 常見精神活性物質(zhì)及其代謝物Table 1 Commonly detected psychoactive substances and their metabolites

1 精神活性物質(zhì)的水生生態(tài)毒性

隨著國際毒品形勢日趨嚴(yán)峻，大量的毒品及其代謝物不斷進(jìn)入水環(huán)境中。表2列出了歐洲、亞洲多個(gè)國家和澳大利亞對水環(huán)境中精神活性物質(zhì)的研究[14-20]。精神活性物質(zhì)可調(diào)節(jié)生物體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其會(huì)導(dǎo)致暴露于水環(huán)境中的生物體的行為如社會(huì)特征、進(jìn)食速度、晝夜節(jié)律等的改變，進(jìn)而可能引起水生物種整個(gè)種群重要的生態(tài)變化。LIAO等[21]將青鳉魚胚胎暴露在0.004 μmol·L-1氯胺酮和甲基苯丙胺環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)青鳉魚胚胎的血液循環(huán)和孵化時(shí)間有顯著延遲，幼蟲的游泳行為有明顯改變。WANG等[22]將成年青鳉魚暴露在不同濃度的甲基苯丙胺環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)青鳉魚的運(yùn)動(dòng)活性和最大速度在低濃度(0.2～0.5 μg·L-1)時(shí)顯著增加，而高濃度時(shí)(25～100 μg·L-1)時(shí)則明顯降低，這種影響可能會(huì)增加魚類被捕食的風(fēng)險(xiǎn)。此外，甲基苯丙胺還可能會(huì)誘導(dǎo)F1代幼蟲發(fā)育缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致魚類繁殖能力顯著下降。CAPALDO等[23,24]將歐洲鰻魚暴露于20 ng·L-1的可卡因溶液中50天，期間歐洲鰻魚不僅表現(xiàn)過度活躍，而且腮和骨骼肌也出現(xiàn)嚴(yán)重的損傷。在結(jié)束暴露實(shí)驗(yàn)10天后，歐洲鰻魚的這些損傷仍然無法恢復(fù)。

表2 不同地區(qū)對水環(huán)境中精神活性物質(zhì)的研究Table 2 The study on psychoactive substances in environmental waters in different regions

與傳統(tǒng)毒品對水環(huán)境生態(tài)影響的報(bào)道相比，關(guān)于第三代新精神活性物質(zhì)水生生態(tài)毒理方面的系統(tǒng)研究較少。一方面可能是由于水中新精神活性物質(zhì)濃度極低，僅為ng·L-1級別，一般不會(huì)引起水生生物的急性中毒；另一方面則可能是由于它們不受大眾歡迎或被列入管制物質(zhì)的清單，無法再合法銷售而在市場上消失，導(dǎo)致此類物質(zhì)更新太快，從而缺乏其在水生生物體內(nèi)的研究。若使水生生物體長期處于含低濃度的精神活性物質(zhì)環(huán)境中，生物體可能會(huì)逐漸表現(xiàn)出慢性中毒現(xiàn)象。此外，水環(huán)境中還存在多環(huán)芳烴、農(nóng)藥殘留、工業(yè)中間體、治療藥物等多種有機(jī)污染物及重金屬等，這些物質(zhì)可能會(huì)進(jìn)一步引發(fā)協(xié)同作用或相加作用，對水生生物產(chǎn)生更大的毒性。人類和生物的生存都離不開水環(huán)境，可能會(huì)直接或間接受到水中精神活性物質(zhì)的影響，因此精神活性物質(zhì)的生態(tài)毒性分析應(yīng)該受到重視。

2 水環(huán)境中精神活性物質(zhì)檢測現(xiàn)狀

水生態(tài)環(huán)境較為復(fù)雜，污染物會(huì)隨著時(shí)間、位點(diǎn)的變化而不同，故而水環(huán)境中污染物的監(jiān)測難度較大。由于水中精神活性物質(zhì)含量極低，故需將水樣經(jīng)前處理萃取富集后再進(jìn)行檢測。有文獻(xiàn)已證明將水質(zhì)酸化到pH 為2時(shí)，可提高水環(huán)境中苯乙胺、阿片類衍生物和安非他明類興奮劑穩(wěn)定性到14天[25]。如果樣品不能酸化，建議在樣品處理前將其冷藏(4 ℃)或冷凍(-20 ℃)，并在一周內(nèi)完成相關(guān)前處理。

2.1 水環(huán)境樣品前處理過程

固相萃取具有操作簡單快速、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)，是水環(huán)境樣品前處理的主流技術(shù)。根據(jù)目標(biāo)物的極性、分子量、pKa等性質(zhì)的差異，不同類型的萃取柱如HLB，MAX，WAX，MCX及WCX等被廣泛應(yīng)用于從水樣品中富集和凈化毒品、藥品等物質(zhì)[26,27]。Oasis HLB和Oasis MCX萃取小柱由于具有較高的回收率，是精神活性物質(zhì)前處理中最常采用的SPE柱。DAMIEN等[28]在中性條件下，采用Oasis HLB柱，以甲醇為洗脫溶劑，實(shí)現(xiàn)了水中包括可卡因、嗎啡、苯丙胺、四氫大麻酸等17種毒品及代謝物的檢測。YUAN等[29]采用Oasis MCX柱，在pH為2、洗脫溶劑為5%氨甲醇溶液的條件下，對污水中的嗎啡、甲基苯丙胺、可待因、苯甲酰愛康寧等多種精神活性物質(zhì)進(jìn)行吸附除雜，各物質(zhì)的加標(biāo)回收率均為94%～105%。高婷婷等[30]采用Oasis HLB和Oasis MCX柱對廢水中苯丙胺、甲基苯丙胺、美沙酮、氯胺酮等11種精神活性物質(zhì)進(jìn)行了富集檢測，通過考察pH、SPE前處理步驟與條件對回收率的影響，發(fā)現(xiàn)Oasis MCX柱的回收率更高。陳培培等[31]比較了Oasis HLB和Oasis MCX柱對廢水中氯胺酮、4-甲氧基甲基苯丙胺、2-甲基氨基-1-( 3，4-亞甲二氧苯基)-1-丙酮、卡西酮、甲氧麻黃酮、甲卡西酮及2，5-二甲氧基-4-苯乙胺等11種目標(biāo)物的富集效果，證實(shí)Oasis MCX柱更適合于水環(huán)境中常見精神活性物質(zhì)的前處理。這可能是由于Oasis HLB柱是親水親脂反相萃取柱，填料為多聚相二乙烯苯結(jié)合極性基團(tuán)，如N-乙烯吡咯烷酮，它對極性物質(zhì)有一定的保留效果；Oasis MCX是強(qiáng)陽離子交換固相萃取小柱，吸附劑采用的是水可浸潤性聚合物，其對堿性化合物具有較高的選擇性和靈敏度。一般而言，大部分精神活性物質(zhì)均具有含N的堿性基團(tuán)，故而更適合用Oasis MCX柱對其進(jìn)行離線SPE前處理，但Oasis HLB柱可以保留更寬范圍的極性分析物，其在對不同種類的精神活性物質(zhì)(如樣品中含四氫大麻酸、四氫大麻酚)同時(shí)富集方面更具優(yōu)勢。

2.2 水環(huán)境樣品分析方法

精神活性物質(zhì)的分析方法主要包括液相色譜-質(zhì)譜串聯(lián)技術(shù)和氣相色譜-質(zhì)譜串聯(lián)技術(shù)。其中，由于大部分精神活性物質(zhì)不易揮發(fā)且溶于水，又以液相色譜-質(zhì)譜串聯(lián)技術(shù)在水環(huán)境中的檢測應(yīng)用最為廣泛。

2.2.1 液相色譜-質(zhì)譜串聯(lián)技術(shù) 液相色譜(LC)-質(zhì)譜(MS)串聯(lián)系統(tǒng)不僅具有較高的靈敏度和選擇性等優(yōu)點(diǎn)，而且操作簡便、無需衍生化處理，能用于高極性、低揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性的化合物的測定，對于高濃度水樣甚至可以直接進(jìn)樣分析，因而是精神活性物質(zhì)首選的分析技術(shù)。

1)色譜儀與色譜柱的類型 隨著色譜柱內(nèi)徑與流速的逐漸變小，高效液相色譜(HPLC)擴(kuò)展出了流動(dòng)相消耗更少、靈敏度與分離度更高的超高效液相色譜(UPLC)和微升液相色譜(μLC)。這些類型的色譜儀均可與質(zhì)譜儀串聯(lián)使用，在微量分析中具有廣闊的應(yīng)用前景。CASTILIONI等[32]采用Atlantis?T3反相C18色譜柱，在pH值為2的條件下使用Oasis MCX 固相萃取柱進(jìn)行離線前處理，建立了水中30種精神活性物質(zhì)的HPLC-MS/MS分析方法，所有分析物的定量限處于0.06～15 ng·L-1濃度范圍內(nèi)，回收率為75%～116%，變異性均低于14%。同時(shí)，CASTILIONI等采用此方法對2016年至2017年收集的來自歐洲14個(gè)國家22個(gè)城市未經(jīng)處理的廢水樣本進(jìn)行了測定，可卡因、苯甲酰愛康寧、苯丙胺、甲基苯丙胺及合成卡西酮類物質(zhì)均有發(fā)現(xiàn)，其中甲卡西酮檢出率最高(在65%的廢水樣品中檢出)。CELMA等[33]采用BEH反相C18色譜柱，比較了μLC-MS/MS與UPLC-MS/MS在水中精神活性物質(zhì)方面的應(yīng)用：盡管μLC-MS/MS方法靈敏度更高，有機(jī)溶劑的消耗更少，更符合綠色分析化學(xué)的發(fā)展要求，但是將μLC-MS/MS方法應(yīng)用于廢水分析時(shí)，某些精神活性物質(zhì)的保留時(shí)間偏差可高達(dá)0.4 min，即方法的重現(xiàn)性和再現(xiàn)性受到了嚴(yán)重影響，其并不適宜于廢水中精神活性物質(zhì)的檢測；UPLC-MS/MS方法則成功應(yīng)用于周末廢水樣品分析，不僅證實(shí)了可卡因、苯丙胺、3,4-亞甲基二氧基甲基苯丙胺是當(dāng)?shù)厥褂昧枯^大的毒品，還在廢水中發(fā)現(xiàn)了6種新精神活性物質(zhì)，提示新型毒品的使用也在增加。

反相色譜柱在分離低極性到非極性范圍內(nèi)化合物，特別是在對大量的精神活性物質(zhì)監(jiān)測時(shí)有良好的分離效果，但是安非他明類、合成卡西酮類等強(qiáng)極性精神活性物質(zhì)在C18色譜柱上的色譜行為卻并不理想，而采用親水作用色譜柱(HILIC)則可以明顯改善保留效果。KINYUA等[34]選用Phenomenex Luna HILIC色譜柱，利用梯度洗脫于19 min內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)了3種合成卡西酮和3種安非他明類興奮劑的分析。6種精神活性物質(zhì)的定量下限處在0.5～5 ng·L-1，日內(nèi)和日間精密度小于5%，其結(jié)果符合歐洲藥品管理局(EMEA)提供的生物分析方法驗(yàn)證指南的要求。VAN NUIJS[35]等基于HILIC-MS/MS技術(shù)，建立了苯丙胺、6-單乙酰嗎啡、可卡因及其代謝物苯甲酰愛康寧、強(qiáng)極性的愛康寧甲酯等9種精神活性物質(zhì)的定量分析方法，除6-單乙酰嗎啡、愛康寧甲酯和苯丙胺的定量限為2 ng·L-1外，其余分析物的定量限均為1 ng·L-1。此外，該方法首次在廢水中確證了愛康寧甲酯的存在。

2)流動(dòng)相的選擇 用液相色譜分析精神活性物質(zhì)時(shí)，通常選用不同比例的水與甲醇或乙腈為流動(dòng)相。精神活性物質(zhì)多為堿性物質(zhì)，當(dāng)僅使用純水、甲醇、乙醇為流動(dòng)相時(shí)，部分物質(zhì)的峰型并不理想；而在流動(dòng)相中加入甲酸、甲酸銨、乙酸銨等改性劑后，峰型可顯著改善。這可能是由于加入改性劑后流動(dòng)相的pH值發(fā)生了改變，使各類物質(zhì)的質(zhì)子化分子形式增多引起的。此外，當(dāng)加入甲酸、乙酸等酸性改性劑時(shí)，各物質(zhì)的響應(yīng)也會(huì)明顯增強(qiáng)，這可能是由于當(dāng)ESI源處于正模式工作時(shí)，酸性添加劑更支持基本分子的質(zhì)子化，能有效提高目標(biāo)分子的質(zhì)譜離子化效率[36]。SENTA等[37]采用醚聯(lián)苯基為固定相的反相色譜柱，考察了0.1%甲酸、0.1%乙酸、10 mmol·L-1甲酸銨/0.1%甲酸及10 mmol·L-1乙酸銨/0.1%乙酸等不同添加劑的影響，發(fā)現(xiàn)使用甲醇為有機(jī)相，0.1%甲酸為改性劑時(shí)，精神活性物質(zhì)的分離效果最佳。高婷婷等[30]在使用親水性色譜柱HILIC時(shí)，以含一定量甲酸的乙腈和水為流動(dòng)相時(shí)的峰有拖尾現(xiàn)象，而加入甲酸銨后峰型有明顯改善，其最終選擇流動(dòng)相為10 mmol·L-1甲酸銨-0.2%甲酸水溶液(A相)和90%乙腈+10 mmol·L-1甲酸銨-0.2%甲酸水溶液( B相)。實(shí)際上，當(dāng)與質(zhì)譜儀串聯(lián)時(shí)，液相色譜分離并不是關(guān)鍵，因?yàn)椴煌衔锞哂邢嗤谋Ａ魰r(shí)間、母離子與子離子的概率是相當(dāng)?shù)偷?。然而，高效的液相色譜分離是避免或消除基質(zhì)效應(yīng)的關(guān)鍵，故而流動(dòng)相的選擇十分重要。

3)質(zhì)量分析器的選擇 盡管三重四極桿(QqQ)的分辨率不高，但由于其具有良好的選擇性和高靈敏度，而且在選擇反應(yīng)監(jiān)測(SRM)模式下能消除背景噪音，因而它是最常用的質(zhì)量分析器。GONZLEZ-MARIO等[38]基于以三重四級桿為質(zhì)量分析器的UPLC與MS/MS串聯(lián)技術(shù)，完成了對廢水中38種精神活性藥物的同時(shí)測定，該方法的回收率為65%～137%，除苯丙胺、甲氧麻黃酮與1-(3-氯苯基)哌嗪等3種物質(zhì)外，其他物質(zhì)在廢水中的定量限為0.3～30 ng·L-1。張艷等[39]采用三重四級桿分析器，檢測了北京市地表水和地下水中甲基苯丙胺、苯丙胺、氯胺酮、麻黃堿、甲卡西酮和羥亞胺等6種典型精神活性物質(zhì)分布情況。結(jié)果表明，精神活性物質(zhì)在地表水中的含量明顯高于地下水，某個(gè)位點(diǎn)的麻黃堿甚至高達(dá)70.9 ng·L-1。

隨著第三代毒品新精神活性物質(zhì)種類的不斷增多，僅限于有限物質(zhì)分析的三重四級桿已難滿足新出現(xiàn)的精神活性物質(zhì)及其代謝物的分析檢測。HRMS具有高質(zhì)量分辨率和質(zhì)量精度，能以良好的靈敏度獲得準(zhǔn)確的質(zhì)量全譜數(shù)據(jù)，故而其在物質(zhì)監(jiān)測方面具有強(qiáng)大的優(yōu)勢。飛行時(shí)間(TOF)和Orbitrap是最常用的HRMS分析儀。CAUSANILLES等[40]使用LC-QTOF-MS和LC-LTQ-Orbitrap對荷蘭節(jié)日期間收集的廢水樣本進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)了多種新精神活性物質(zhì)，并在廢水中首次檢驗(yàn)出了1-(3-氯苯基)哌嗪(mCPP)、2,5-二甲氧基-4-溴苯乙胺(2C-B)和4-氟苯丙胺(FA)。SALGUEIRO-GONZALEZ等[41]將Q Exactive Orbitrap LC-MS/MS用于評估歐洲不同國家廢水中精神活性物質(zhì)情況，通過對200種物質(zhì)進(jìn)行篩選，在廢水中發(fā)現(xiàn)了13種新精神活性物質(zhì)，而其中屬于新精神活性物質(zhì)的苯乙胺類占一大半。

HRMS能在沒有預(yù)定目標(biāo)列表的情況下完成對精神活性物質(zhì)的定性篩選，但其對低濃度的分析物檢測能力有限。將高靈敏度的三重四級桿與高分辨的HRMS聯(lián)合使用可大大提高對精神活性物質(zhì)的定性與定量分析能力。BADE等[42]先采用LC-QTOF-MS對澳大利亞廢水中潛在的346種化合物進(jìn)行了定性篩選，證實(shí)了100種化合物的存在；隨后采用LC-QqQ-MS對其中的61種化合物進(jìn)行追蹤分析，數(shù)據(jù)顯示甲基苯丙胺的使用量呈明顯減少的趨勢，嗎啡和美沙酮等阿片類藥物的使用量則保持相對平穩(wěn)，而亞甲基二氧基吡咯烷酮和1-苯基-2-(吡咯烷基)-1-己酮等新精神活性物質(zhì)的使用變化沒有明顯趨勢。

2.2.2 氣相色譜-質(zhì)譜串聯(lián)技術(shù) 氣相色譜(GC)-質(zhì)譜串聯(lián)技術(shù)(MS)是以氣相色譜儀作為進(jìn)樣和分離載體，質(zhì)譜儀為檢測器的一種分析工具。它既具有GC方法的高分離效果，又具有MS方法的高分辨能力，且通常都配有龐大的數(shù)據(jù)庫，即使在沒有標(biāo)準(zhǔn)樣品的情況下也能快速定性，因此其在精神活性物質(zhì)的鑒定方面有廣泛應(yīng)用。

衍生化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)GC-MS/MS分析的關(guān)鍵步驟，它是一種將目標(biāo)分析物與具有特定官能團(tuán)的衍生化試劑通過醇化、硅烷化、乙?；然瘜W(xué)反應(yīng)衍生成其他物質(zhì)，然后通過GC-MS/MS手段檢測衍生物的含量而間接測定目標(biāo)物的方法。通過衍生技術(shù)，不僅可改變目標(biāo)物的極性和揮發(fā)性以使其更適用于氣相色譜進(jìn)樣，而且由于引入了易電離的基團(tuán)，也能顯著提高質(zhì)譜部分的選擇性和靈敏度。鑒于大部分精神活性物質(zhì)均可能含有羥基、羧基或胺基等極性官能團(tuán)，已有多種衍生化試劑被用于GC的柱前衍生過程：GONZLEZ-MARIO等[43]在乙酸乙酯的有機(jī)介質(zhì)中使用N-甲基三甲基硅基三氟乙酰胺(MSTFA)對水中的可卡因、四氫大麻酸、嗎啡、可待因、苯丙胺等14種物質(zhì)進(jìn)行了衍生化處理，首次建立了用GC-MS/MS測定水樣中精神活性物質(zhì)的方法。該方法成本較低，但由于空間位阻效應(yīng)的存在，其并不適用于季胺類物質(zhì)如EDDP的衍生。曹禹等[44]將50 mL污水樣品經(jīng)MCX固相萃取柱預(yù)處理后，對收集的洗脫液采用了不同方式的衍生化處理：針對樣本中可能存在的嗎啡和苯甲酰愛康寧，采用雙三甲基硅烷基三氟乙酰胺(BSTFA)來進(jìn)行衍生化反應(yīng)，兩種物質(zhì)的檢出限分別為0.11和0.15 ng·L-1，回收率77%～89%；針對甲基苯丙胺、3，4-亞甲二氧基甲基苯丙胺和氯胺酮，則采用三氟乙酸酐(TFA)進(jìn)行衍生化，3種物質(zhì)的回收率可達(dá)93%以上，而氯胺酮的檢出限最低，可至0.08 ng·L-1。孫鵬[45]分別選擇七氟丁酸酐(HFBA)和三氟乙酸酐(TFA)對生活污水中苯丙胺和甲基苯丙胺進(jìn)行衍生處理，并對衍生化反應(yīng)的時(shí)間、溫度等條件進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)TFA的衍生化效率更快，更適合于這兩種物質(zhì)的衍生化，結(jié)合GC-MS/MS技術(shù)，該方法的檢出限可低至3 ng·L-1左右。

3 精神活性物質(zhì)分析檢測中存在的問題

隨著精神活性物質(zhì)檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)問題逐漸暴露，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，抽取水樣的代表性不強(qiáng)。水樣的抽取是檢測過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，是保證分析結(jié)果準(zhǔn)確、有效的前提。國內(nèi)外關(guān)于水環(huán)境中精神活性物質(zhì)的研究多采用主動(dòng)采樣監(jiān)測方法進(jìn)行。由于主動(dòng)采樣方式的隨機(jī)性強(qiáng)，并且采取的水樣體積有限(通常<5 L)，因此其分析結(jié)果只能表示水環(huán)境中分析物的瞬時(shí)情況。盡管可以通過增加采樣頻率以實(shí)現(xiàn)一定周期內(nèi)的連續(xù)監(jiān)測，但是這會(huì)增加分析成本，不利于大規(guī)模水環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

其次，某些樣品的前處理方法繁瑣。在常見的精神活性物質(zhì)固相萃取前處理過程中，為去除可能影響萃取柱效果的固體顆?；蚣?xì)菌，通常需先對樣品進(jìn)行過濾。但由于某些精神活性物質(zhì)(如合成大麻素)是親脂性的，它們可能以固體顆粒的形式分布在水中，過濾則會(huì)極大地影響整體回收率，造成檢測的濃度偏低。此外，由于某些合成大麻素在pH值為2的廢水中并不穩(wěn)定，因而當(dāng)分析含有這些物質(zhì)的樣品時(shí)，需要對水樣分別進(jìn)行前處理，增加了方法的復(fù)雜性。

再次，盡管現(xiàn)有的LC-MS/MS與GC-MS/MS在檢測上各有優(yōu)勢，但都存在不足之處。采用LC-MS/MS檢測時(shí)，由于水基質(zhì)的內(nèi)源性成分復(fù)雜，因而某些干擾成分也會(huì)與分析物一起被富集。若干擾物與分析物共流出則可能會(huì)影響電噴霧效率，從而導(dǎo)致強(qiáng)烈的基質(zhì)效應(yīng)。雖然可采用相應(yīng)的同位素內(nèi)標(biāo)物來克服基質(zhì)效應(yīng)，然而同位素內(nèi)標(biāo)物不僅價(jià)格昂貴，而且商業(yè)化的種類有限，故而僅有少量的精神活性物質(zhì)可采用同位素內(nèi)標(biāo)物進(jìn)行校正。當(dāng)沒有合適的內(nèi)標(biāo)物時(shí)，應(yīng)考慮采用其他措施來減少基質(zhì)效應(yīng)，如降低某些物質(zhì)的預(yù)富集因子以減少電離抑制、改進(jìn)分析方法提高檢測限等，但不同來源的水樣可能需要采取不同的措施，其結(jié)果不可控。與LC-MS/MS技術(shù)相比，GC-MS/MS使用的電離源為電子轟擊源(EI)或化學(xué)電離源(CI)，樣品的電離基質(zhì)效應(yīng)會(huì)更小，但由于水樣中大多數(shù)分析物的揮發(fā)性較差或極性太強(qiáng)，故必須對目標(biāo)物進(jìn)行衍生處理后才能進(jìn)入GC-MS/MS系統(tǒng)，而衍生過程需耗費(fèi)大量時(shí)間，并且可能會(huì)引入一系列干擾物。

最后，已有的分析方法跟不上社會(huì)變化的需要。第三代毒品新精神活性物質(zhì)是一類對列管毒品的化學(xué)結(jié)構(gòu)稍作修飾所得到的毒品類似物，它們在藥物市場上是動(dòng)態(tài)變化的。新物質(zhì)的不斷出現(xiàn)，加上參考標(biāo)準(zhǔn)的有限性和購買相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)品的困難性，使得在監(jiān)測數(shù)百個(gè)不斷變化的新精神活性物質(zhì)時(shí)，已有的分析方法不再適用。此外，大部分新精神活性物質(zhì)代謝途徑的研究信息有限，潛在生物標(biāo)記物的確定過程困難。即使從文獻(xiàn)中查到主要代謝物的信息，由于缺乏參考標(biāo)準(zhǔn)，它們的分析與監(jiān)測可能相當(dāng)復(fù)雜。因此，僅是識(shí)別新精神活性物質(zhì)就需要花費(fèi)大量的時(shí)間與精力，后續(xù)的定量則仍需要開展大量的工作。

4 精神活性物質(zhì)檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著時(shí)代的發(fā)展，可以預(yù)見，對水樣中精神活性物質(zhì)的監(jiān)測不僅有利于環(huán)境保護(hù)和公民的身體健康，而且也能揭露出特定人群的毒品濫用情況，從而可將其用于區(qū)域內(nèi)毒品的溯源。基于近年精神活性物質(zhì)檢測技術(shù)的研究進(jìn)展，未來精神活性物質(zhì)檢測技術(shù)的發(fā)展包括以下4個(gè)方面。

4.1 前處理過程中新材料、新方法的研究

一般而言，分析方法的檢出限在很大程度上取決于樣品前處理技術(shù)，所以探索建立復(fù)雜基質(zhì)中痕量精神活性物質(zhì)的分離富集新材料、新方法將是研究的重點(diǎn)。

傳統(tǒng)固相萃取中的吸附劑缺乏選擇性，高選擇性的新型吸附材料必將成為新趨勢：分子印跡聚合物(MIPs)是一種高度交聯(lián)的合成聚合物，其對與模板分子結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)具有預(yù)定的選擇性。BUJAK等[46]選用阿托品和東莨菪堿作為模板分子，2-(三氟甲基)丙烯酸與甲基丙烯酸為單體，合成了多種能用于從水和生物樣品中選擇性萃取可卡因和苯甲酰愛康寧的分子印跡材料。鑒于磁性固相萃取技術(shù)在外加磁場的作用下可以與料液相實(shí)現(xiàn)快速分離的優(yōu)點(diǎn)，張婷等[47]采用化學(xué)共沉淀法自制了碳納米管磁性復(fù)合材料(Fe3O4?c-MCWNT)，通過超聲提取-磁性分離-超聲洗脫-氮吹復(fù)溶等過程，建立了水中甲基苯丙胺、3,4-亞甲二氧基苯丙胺和甲卡西酮等3種常見精神活性物質(zhì)的分析方法，3種苯丙胺類毒品的回收率處于96.7%～104%。該方法操作簡單快速、精密度高、重現(xiàn)性好，適用于水環(huán)境中微量苯丙胺類毒品的分離富集。

極性有機(jī)物一體化采樣器(Polar Oganic Chemical Integrative Sampler，POCIS)是為富集環(huán)境中極性有機(jī)物而開發(fā)的一種新型采樣技術(shù)，它可以真實(shí)準(zhǔn)確地反映出目標(biāo)物質(zhì)在被測水體中的時(shí)間權(quán)重濃度，在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用十分廣泛。POCIS的結(jié)構(gòu)類似三明治：以接收相的固相吸附劑為中心層，兩側(cè)分別用微孔膜夾封，再由兩個(gè)不銹鋼圓形環(huán)將微孔膜與吸附劑固定。目標(biāo)物依次穿過水相、生物膜，而后在充滿水的微孔膜上擴(kuò)散轉(zhuǎn)移至接收相，整個(gè)多相傳質(zhì)過程符合一級動(dòng)力學(xué)模型[48]。目前，POCIS 被動(dòng)采樣已經(jīng)成功應(yīng)用于地表水、污水等各種水系統(tǒng)中的精神活性物質(zhì)的監(jiān)測：HARMAN等[49]以聚醚砜為微孔膜、Oasis HLB為吸附劑的POCIS 被動(dòng)采樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了污水中可卡因、嗎啡、二亞甲基雙氧苯丙胺及其代謝產(chǎn)物等多種物質(zhì)的萃取富集，有效證明了POCIS 被動(dòng)采樣技術(shù)可應(yīng)用于水中違禁藥物的分析。VYSTAVNA等[50]用聚四氟乙烯包夾Oasis HLB的POCIS為采樣方式，結(jié)合HPLC-MS/MS技術(shù)，研究了諸如阿普唑侖、溴西泮、地西泮等精神活性物質(zhì)與咖啡因、茶堿等興奮劑類藥物對不同河流的污染情況。

薄膜擴(kuò)散梯度(Diffusive Gradients in Thin-films，DGT)技術(shù)以自由擴(kuò)散原理為基礎(chǔ)來研究目標(biāo)物在環(huán)境介質(zhì)中的有效態(tài)含量與空間分布及緩沖動(dòng)力學(xué)的信息。DGT裝置主要由濾膜、擴(kuò)散膜和吸附膜以及起固定作用的塑料外殼組成：不同孔徑的濾膜可阻隔本體環(huán)境中大顆粒物進(jìn)入裝置，保護(hù)結(jié)合相不受環(huán)境干擾；離子的傳輸由擴(kuò)散膜控制，其能夠讓離子自由擴(kuò)散并形成擴(kuò)散梯度；吸附膜則起選擇作用，用于快速穩(wěn)定地結(jié)合目標(biāo)物[51]。自1994年DAVISON提出此項(xiàng)技術(shù)以來，該技術(shù)就得到了水環(huán)境領(lǐng)域的關(guān)注，廣泛應(yīng)用于各種金屬離子的測定、生物可利用性評估、風(fēng)險(xiǎn)或毒性預(yù)測等[52-54]。GUO等[55]使用基于XAD-18為固定相的DGT技術(shù)成功檢測了水中氯胺酮、甲基苯丙胺和苯丙胺的含量，發(fā)現(xiàn)這些藥物的DGT測量過程不受pH值(4～9)、離子濃度(0.001～0.1 mol·L-1)及水流的影響，首次系統(tǒng)地證明DGT能準(zhǔn)確有效地實(shí)現(xiàn)對污水和地表水中31種非法藥物的監(jiān)測，并為研究這些藥物在水生態(tài)系統(tǒng)中的存在、遷移和環(huán)境行為提供了有力的工具。張艷[56]研究了XAD-18，HLB，MCX和活性炭膜等4種不同類型的吸附膜對水環(huán)境中甲基苯丙胺、苯丙胺、氯胺酮、麻黃堿及甲卡西酮等5種精神活性物質(zhì)的吸附效果，并將建立的DGT方法與傳統(tǒng)SPE固相萃取主動(dòng)采樣方法比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了DGT檢測精神活性物質(zhì)方法的可行性和準(zhǔn)確性。LIU等[57]在DGT取樣器中分別使用HLB，XAD 18和XDA-1等三種類型的樹脂凝膠，研究了甲基苯丙胺和海洛因等15種違禁藥物與磺胺類及四環(huán)素類等18種抗生素的積累效果，并對每種樹脂積累目標(biāo)化合物的能力和準(zhǔn)確性進(jìn)行綜合評價(jià)，得到了HLB樹脂的性能優(yōu)于XAD 18和XDA-1樹脂的結(jié)論。

盡管上述新材料和新方法仍有一些問題需要克服或優(yōu)化，如適用分子印跡材料的目標(biāo)物有限、POCIS的采樣速率(Rs)數(shù)據(jù)不全面、效能參考化合物(PRCs)選擇困難等，但探索選擇性高、分離速度快的新材料和開發(fā)簡單、快速、準(zhǔn)確、低能耗的樣品前處理方法是精神活性物質(zhì)檢測技術(shù)的必然發(fā)展趨勢。

4.2 在線SPE-LC-MS/MS技術(shù)研究

離線SPE與色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)不僅需要消耗大量的樣品，而且浪費(fèi)時(shí)間、步驟繁瑣，因而在線固相萃取-液相色譜-質(zhì)譜串聯(lián)技術(shù)是精神活性物質(zhì)分析研究的又一個(gè)方向。LPEZ-GARCA等[58]開發(fā)了一種基于可浸潤性的聚合物吸附劑PLRPs萃取柱(交聯(lián)苯乙烯-二乙烯基苯聚合物)的在線SPE-LC-MS/MS全自動(dòng)分析方法，并將其用于廢水中可能存在的37種精神活性物質(zhì)的同時(shí)分析。其在線前處理過程如下：提取時(shí)，將5 mL廢水樣品以1 mL·min-1的流速加載至SPE小柱，而后通過閥切換以5 mL·min-1含5%甲醇的水淋洗SPE小柱，之后將系統(tǒng)切換到二元泵，用含有5 mmol·L-1甲酸/甲酸銨水溶液與ACN的流動(dòng)相將目標(biāo)物從SPE柱中反沖至LC系統(tǒng)進(jìn)行分離并采集。該方法基于在線SPE-LCMS/MS，可以快速、簡單地測定低ng·L-1范圍內(nèi)的所有目標(biāo)化合物。殷行行等[59]基于以O(shè)asis HLB在線固相萃取柱的SPE-UPLC-MS/MS系統(tǒng)，建立了水體中苯丙胺、甲基苯丙胺、氯胺酮、可卡因、可替寧等11種精神活性物質(zhì)的快速分析方法，并將其與經(jīng)傳統(tǒng)Oasis MCX萃取柱離線處理-UPLC-MS得到的回收率進(jìn)行比較，表明新方法也可以滿足實(shí)際水樣的分析。將此方法應(yīng)用于北京市污水處理廠采集的進(jìn)水樣和出水樣中，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水中濃度最高的毒品是甲基苯丙胺、可待因，此結(jié)果與我國毒情符合；經(jīng)過污水廠處理的出水樣中，苯丙胺、甲基苯丙胺、可替寧等5種物質(zhì)的濃度明顯降低，但氯胺酮、去甲氯胺酮、可卡因等6種精神活性物質(zhì)的濃度基本不變，證實(shí)了污水廠對部分精神活性物質(zhì)不具備去除效果。

由于在線固相萃取-液相色譜-質(zhì)譜串聯(lián)技術(shù)既可以減少樣品用量，提高樣品利用率，又能夠簡化實(shí)驗(yàn)室分析工作，節(jié)約分析成本，其在精神活性物質(zhì)商業(yè)化檢測方面具有重大潛力。鑒于在線固相萃取過程中使用的溶劑必須與LC系統(tǒng)的流動(dòng)相兼容，且目前能匹配的固相萃取柱類型有限，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注在線固相萃取柱的選擇與開發(fā)。

4.3 新的檢測方法研究

開發(fā)低成本的新分析方法，如電化學(xué)方法，也是水中精神活性物質(zhì)分析研究的發(fā)展方向。YANG等[60]首次提出了一種先將巰基修飾的單鏈DNA探針與適配體進(jìn)行雜交，再將其與6-巰基己烷一起固定到金電極上的適配傳感器新方法。與基于具有適配體構(gòu)象變化的信號傳感器相比，此傳感器對可卡因的檢出限可至10 nmol·L-1。MAO等[61,62]開發(fā)了一種基于核酸適體和貴金屬納米顆粒的快速雙比色法檢測廢水中違禁藥物，合成的Au/Ag納米顆粒分別用甲基苯丙胺和可卡因的DNA探針進(jìn)行功能化修飾，設(shè)計(jì)的生物傳感器能夠在較大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)分析痕量水平的甲基苯丙胺和可卡因。到目前為止，采用電化學(xué)生物傳感器僅能實(shí)現(xiàn)單一目標(biāo)物的檢測分析，其在水中精神活性物質(zhì)方面的研究還沒有商業(yè)化，但仍具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4.4 開發(fā)新精神活性物質(zhì)數(shù)據(jù)庫

由于大多數(shù)新精神活性物質(zhì)的理化性質(zhì)相似且化學(xué)主干的差異微小，故而對其定性是一個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。鑒于此，開發(fā)或共建公共新精神活性物質(zhì)數(shù)據(jù)庫十分有必要。URBAS等[63]結(jié)合HRMS、核磁共振(NMR)和紅外(FT-IR)技術(shù)，開發(fā)了一套新精神活性物質(zhì)的網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫，旨在從全球法醫(yī)界獲取數(shù)據(jù)，以促進(jìn)對未知物質(zhì)的鑒定，為司法鑒定應(yīng)用中新精神活性物質(zhì)的識(shí)別提供有力的工具。在未來幾年里，HRMS儀器的質(zhì)量分辨率與掃描速度都有望提高，其不僅有助于母體化合物的分離，而且有助于發(fā)現(xiàn)特征片段離子，從而使開發(fā)和更新新精神活性物質(zhì)數(shù)據(jù)庫更加順利，鑒定結(jié)果更可信。

綜上，精神活性物質(zhì)的濫用已遍及全球，水環(huán)境樣品中精神活性物質(zhì)的研究不僅有利于環(huán)境監(jiān)測，而且可為禁毒工作提供精準(zhǔn)線索，在打擊毒品犯罪與防治等方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)密切關(guān)注精神活性物質(zhì)濫用形勢的變化，開發(fā)更加簡單方便、高效快速的樣品前處理方法以及高靈敏的檢測方法，提高對水中精神活性物質(zhì)的篩查和分析能力。