固相微萃取技術(shù)在司法鑒定中的應(yīng)用

田博博+劉學凡+戶稼祥+康明星+宋愛英

摘 要：樣品預(yù)處理是分離科學中必不可少的一部分，尤其在生物樣品的分離分析中，更占據(jù)著重要的地位。但是隨著科學研究的需要，傳統(tǒng)的樣品前處理技術(shù)已經(jīng)不能再滿足當前的萃取要求。因為傳統(tǒng)的樣品前處理技術(shù)存在許多局限性，如傳統(tǒng)的樣品前處理技術(shù)需要使用毒性較強或者沸點低的溶劑，其安全性難以保障；其次，在提取過程中會出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，提取率低，重現(xiàn)性差，操作過程復雜、耗時，不能同時進行批量樣品的預(yù)處理，可供使用的固相提取吸附劑種類局限，應(yīng)用范圍狹窄等一系列問題。而固相微萃取（Solid-phase micro-extraction， SPME）技術(shù)卻具有操作簡便、快速、綠色友好、易于自動化GC、GC/MS、LC/MS/MS等儀器聯(lián)用等諸多優(yōu)點，成為近些年來發(fā)展起來的一種備受關(guān)注的新型樣品處理技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于食品安全、藥物分析、環(huán)境監(jiān)測、法庭科學等領(lǐng)域。文章闡述了固相微萃取技術(shù)在法庭科學中的應(yīng)用與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：法庭科學；固相微萃取；毒物毒品；炸藥爆炸殘留物

中圖分類號：D918.9 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0024-02

1 概述

在法庭科學領(lǐng)域內(nèi)，由于案件偵查需要，經(jīng)常需要對犯罪現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的毒物、毒品和微量物證（炸藥殘留物、助燃劑殘留物、人體氣味）、生物檢材（血液、尿液、毛發(fā)、唾液、胃內(nèi)容物等中的藥物）檢驗分析[6-9]。在所有的現(xiàn)場都有可能存在著許多不同的干擾物質(zhì)，因此好的分離方法是確保鑒定結(jié)果正確的必要條件之一。相比以前在刑事化驗中應(yīng)用的分離技術(shù)液液萃取法、固相萃取法等，這些方法存在費人、費時、費力、且需要大量溶劑，污染環(huán)境，對操作人員健康造成一定傷害，并且提取液體進行濃縮時，會經(jīng)常造成目的物丟失，使鑒定結(jié)論的準確性受到嚴重的影響[2-9]。而SPME技術(shù)則能提高樣品的分離效率、目標分析物的純度、分析結(jié)果的準確度，從能為刑事案件的偵破提供正確的偵查方向。

2 SPME技術(shù)的發(fā)展

2.1 SPME技術(shù)的萃取模式

固相微萃取法是一種新型的無溶劑萃取法。在目前的研究進展中，它被分為直接SPME（Direct Extraction SPME）、頂空SPME（Headspace SPME）和膜保護萃取SPME（membrane-protected SPME）三種模式[6][7]。其以熔融石英玻璃或其他材料作為基體支持物對待測物進行提取、富集、解吸[3-9]。然后將富集了待測物的纖維直接轉(zhuǎn)移到儀器（GC或HPLC）中，通過一定方式解吸附，然后進行分離。SPME的原理與固相萃取的不同之處在于，固相微萃取不是將部分待測物萃取出來，使待測物在固定相和水相之間建立平衡分配。

2.1.1 直接萃取模式

直接萃取模式（Direct immersion， DI-SPME），指被涂有萃取固定相的石英纖維被直接插入到樣品基質(zhì)中，使目標組分直接從樣品基質(zhì)中轉(zhuǎn)移到萃取固定相中[7]。該模式適于分析難揮發(fā)的待測物和較潔凈的樣品基質(zhì)。

2.1.2 頂空萃取模式

頂空萃取模式（Headspace，HS-SPME），首先要求被分析組分要從液相穿透到氣相中，再將被分析組分從氣相轉(zhuǎn)移到萃取固定相中。具體HS-SPME將萃取纖維置于待測樣品上方，利用待測物的易揮發(fā)性，在頂空瓶上方將其吸附，該模式可以消除雜質(zhì)干擾和復雜基質(zhì)影響，適于分析易揮發(fā)性待測物和復雜基質(zhì)樣品。

2.1.3 膜保護萃取

楊瑞琴等在公安部課題的支助下，自行研制了一系列新型固相微萃取[9]。固相微萃取膜是一種全新的分離方法，該技術(shù)是將固相微萃取技術(shù)的吸附性和膜分離的選擇性，通過定向合成的方法有機地結(jié)合在一起，從而同時具備了這兩種方法的優(yōu)點[9-11]。該方法主要是針對分析對象的復雜性、多樣性、微量性和未知性來進行分離的一種方法[9]。

2.2 萃取涂層的發(fā)展

目前商品萃取頭的品種很少，很難滿足需要，特別是對一些選擇性要求比較高的萃取，常規(guī)萃取頭則不能適用。目前，萃取頭主要存在熱穩(wěn)定性和機械性能差、選擇性不好、對急性機制中的極性化合物萃取效率低等一系列問題。目前主要有：分子印跡聚合物、離子液體、各類碳納米材料、無機納米材料、金屬有機框架化合物等[12]。

2.3 SPME的聯(lián)用技術(shù)

目前主要除了SPME與GC、HPLC聯(lián)用，近些年來也有其他聯(lián)用技術(shù)相繼出現(xiàn)。主要有：In-tube-SPME-GC、SPME-分光光度法、SPME-紅外光譜法（IR）SPME-電解分析、SPME-毛細管電泳（CE）、SPME-ICP-MS、SPME-微波輔助萃取（MAE）-GC等。

3 固相微萃取技術(shù)在近年來在司法鑒定中的應(yīng)用

3.1 SPME技術(shù)在毒物、毒品、藥物濫用分析鑒定中的應(yīng)用

在國內(nèi)外研究者的不斷探索與研究中，SPME技術(shù)在刑事化驗、司法鑒定域中毒化方面定性、定量檢測等的應(yīng)用取得了很大進展。目前，SPME已被廣泛應(yīng)用到生物檢材中毒品成分的檢驗；尼古、大麻芬、杜冷丁和美沙酮等的藥物濫用；以及農(nóng)藥分析的應(yīng)用等方面，有很大的發(fā)展?jié)摿Γ⑶艺谥鸩阶呦虺墒臁?/p>

3.1.1 SPME技術(shù)在毒品分析中的應(yīng)用

楊崇俊[16]采用頂空固相微萃取（HS-SPME），GC/MS分析方法，對生物樣品苯丙胺類毒品進行定性定量分析。Sporkert[17]在檢驗毛發(fā)大麻成分時發(fā)現(xiàn)，在尿中檢測藥物采用頂空固相微萃取法（HS-SPME）與一般的頂空方法相比，靈敏度可提高20倍。

3.1.2 SPME技術(shù)在藥物濫用中的應(yīng)用

賀江南等[21]以固相微萃取（SPEM）——氣相色譜法為提取檢驗鹽酸氯胺酮提供了最優(yōu)條件。國內(nèi)許多學者對于該技術(shù)的發(fā)展方面做了許多總結(jié)，例如在對于國外SPME聯(lián)用在毒品及其衍生物分析、藥物濫用以及食品安全檢測和農(nóng)藥濫用等方面的應(yīng)用，充分展現(xiàn)了SPME技術(shù)在實際案例中的分析能力。endprint

3.2 SPME技術(shù)在微量物證分析鑒定中的應(yīng)用

3.2.1 在火災(zāi)現(xiàn)場中對助燃劑的分析中應(yīng)用

火場助燃劑是火災(zāi)現(xiàn)場中不可缺少的成分，主要包括汽油、柴油、煤油等，這些助燃劑大多是沸點低、易揮發(fā)的化合物。由于SPME技術(shù)尤其是頂空固相微萃取（HS-SPME）技術(shù)，能夠消除靜態(tài)水層對萃取的干擾、避免水蒸氣的干擾，所以更適于氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)樣品中微量及痕量揮發(fā)性組分分析[26]，除此之外SPME不僅可與GC聯(lián)用，而且還能與HPLC相聯(lián)用分析水中炸藥的組成。

在國內(nèi)已有研究人員通過現(xiàn)場沒有充分燃燒的殘留物、炭灰等物質(zhì)，通過運用SPME/GC-MC技術(shù)將火場中的助燃劑成分檢出的成功案例。梁克偉等人利用SPME技術(shù)從受害人血液中提取出揮發(fā)性碳氫化合物，簡化了樣品的前處理步驟，取得了理想的結(jié)果。

3.2.2 在爆炸現(xiàn)場對于現(xiàn)場炸藥成分檢測的應(yīng)用

爆炸現(xiàn)場主要存在的便是由于爆炸發(fā)生化學反應(yīng)而產(chǎn)生的一種生成物，即炸藥的分解產(chǎn)物。在實際爆炸現(xiàn)場中最容易收集到的爆炸分解物是現(xiàn)場的爆炸塵土。到目前為止，在國內(nèi)外對于相關(guān)爆炸現(xiàn)場中爆炸物成分的檢驗中，均有運用SPME技術(shù)對現(xiàn)場爆炸塵土或者爆炸殘留物成分檢測，并且在該過程中取得了十分理想的實驗結(jié)果。

3.3 SPME技術(shù)在人體氣味鑒別中的應(yīng)用

通過SPME技術(shù)對人體氣味的測定，可以有效避免利用警犬在復雜現(xiàn)場中不能準確判定現(xiàn)場氣味成分的弊端，而且通過該種測定能對警犬對人體氣味的判斷結(jié)果相互驗證，提高信息的可靠性。現(xiàn)如今已有實踐部門成功對現(xiàn)場氣味進行測定，得出不同人體對于相同氣體含量的差異和不同人體之間對于氣體種類的差異。通過這些依據(jù)可以對人體進行個人識別。

考慮到案發(fā)現(xiàn)場氣味的收集，會因氣味的載體和氣味的保存方法不同，產(chǎn)生不同的影響，所以選擇合適的吸附材料和存儲條件顯得尤為重要。龍成生等[28]為了研究嗅源氣味在不同介質(zhì)上的存留特性，采用GC/MS分析技術(shù)，研究遺留在大理石、木制品、棉織品、土塊等四種不同材質(zhì)表面的氣味濃度變化，該實驗證明，在相同時間條件下，選擇棉制品、木制品、土塊等作為嗅源的提取物時，其嗅源氣味的量要大于附著于大理石等硬質(zhì)材料的量。

4 結(jié)束語

固相微萃取技術(shù)，其集采樣、濃縮、萃取于一體，操作簡單，速度快，并且不需要任何溶劑處理。在法庭科學中對微量物證的樣品前處理工作有很大的改進，該技術(shù)明顯縮短了萃取時間，提高了萃取效率，在法庭科學領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。但該技術(shù)也存在一定的局限性，如萃取頭壽命短不耐用、萃取涂層類型局限、選擇性不高、熱穩(wěn)定性差、SPME自動化技術(shù)還不夠完善等。

因此，在以后的科學研究方面應(yīng)著力于以下幾方面，來彌補和改進在固相微萃取上所存在的問題。（1）研制新型萃取

頭，盡可能降低其成本或延長其使用壽命；（2）增加萃取上涂層類型的品種，使其能廣泛的萃取各類檢材樣品，同時提高涂層的熱穩(wěn)定性和使用壽命；（3）探索與加強其與其他技術(shù)的聯(lián)用，實現(xiàn)對目標物的高選擇性，高靈敏度的分析；（4）設(shè)計新型實驗儀器，改進與完善自動化技術(shù)，使其能更容易，更廣泛的被應(yīng)用于各個基層。

參考文獻：

[1]Belard R，Paiwlszyn J.Water Pollut Res J Can，1989，24：179.

[2]陳學國.色譜分析技術(shù)原理與應(yīng)用[M].中國人民公安大學出版社，2014.

[3]傅若農(nóng).固相微萃取（SPME）近幾年的發(fā)展[J].分析實驗室.2015（5）：602-620.

[4]吳清華，張振宇.固型微萃取技術(shù)在法庭科學領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].化學分析計量.2016（4）：111-114.

[5]（美）密特拉.分析化學中的樣品制備技術(shù)[M].孟品佳，廉潔譯.中國人民公安大學出版社，2015.

[6]吳彩櫻.固相微萃取[M].化學工業(yè)出版社，2012.

[7]劉曉茜，沈敏.固相微萃取在司法化學鑒定中應(yīng)用的進展[J].鑒定科學，2003（4）：15-17.

[8]楊瑞琴.固相微萃取技術(shù)及其在刑事化驗中的應(yīng)用[J].中國人民公安大學學報（自然科學版），2004（2）：13.

[9]楊瑞琴，文平波.新型固相微萃取膜及其應(yīng)用[J].中國人民公安大學，2003（1）：9.

[10]楊瑞琴，謝文林.新型固相微萃取膜及其在分析尿液中嗎啡的應(yīng)用[J].分析實驗室，2002（21）：211.

[11]沈敏，吳何堅.固相微萃取及其在法庭毒物分析中的應(yīng)用[J].Journal of Forensic Medicine，1999（3）：186-188.

[12]孫英英，沈敏.固相微萃取技術(shù)及其在毛發(fā)分析中的應(yīng)用[J].中國司法鑒定，2010，50（3）：29-30.

[13]賀江南，劉冬嫻，黃娟娟.固相微萃取-氣相色譜法檢驗鹽酸氯胺酮[J].中國人民公安大學學報（自然科學版），2003，（4）：13-15.

[14]孫英英，沈敏.固相微萃取技術(shù)在毛發(fā)藥物分析中的應(yīng)用[J].中國司法鑒定，2010（3）：27-51.

[15]姜紅，徐建新.爆炸案件中爆炸殘留物的檢驗及應(yīng)用[J].中國人民公安大學學報，2007，13（1）：10-14.

[16]趙幼鳴，林艷平.刑事科學技術(shù)總論[D].中國人民公安大學，2016：122-123.

[17]吳清華，張振宇.無機炸藥爆炸殘留物檢測方法的研究進展[J].化學研究，2016（5）.

[18]Guerra P，Lai H，Almirall J R.Analysis of the volatile chemical makers of explosive using novel solid phase microextraction coupled to ion mobility spectrometry[J].Journal of Separation Science，2008，31：2891-2898.

[19]楊瑞琴.固相微萃取技術(shù)在炸藥檢測中的應(yīng)用[J].分析科學報，2003，19（5）：443-444.

[20]張麗敏，常夕平，劉金輝，等.固相微萃取技術(shù)在炸藥殘留物檢測中的應(yīng)用[J].警察技術(shù)，2006（5）：42-43.

[21]張振宇，王冠，王欣欣，等.火場潤滑油燃燒殘留物的SPME-GC/MS檢驗方法研究[J].刑事技術(shù)，2016，41（5）：396-397.

[22]張成功，王長富，凌友青，等.應(yīng)用SPME-GL/MS檢測放火現(xiàn)場中助燃劑的研究[J].中國司法鑒定，2004（1）：18-20.

[23]查正根，宗若雯，李松陽，等.SPME/GC-MS在對火場殘留物分析的應(yīng)用及數(shù)據(jù)分析[J].火災(zāi)科學，2007，16（2）：115-121.

[24]林瑾琿，郭建，宣瑜，等.固相微萃取氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在助燃劑殘留物中的應(yīng)用研究[J].刑事技術(shù)，2014，11（95）：9-11.

[25]王淳浩，王彥吉，孟品佳，等.犯罪現(xiàn)場人體氣味鑒別的研究進展[J].中國人民公安大學學報：自然科學版，2007，13（3）：1-6.

[26]王辛，龍成生，吳德華，等.嗅源氣味量對警犬鑒別作業(yè)的影響研究[J].刑事技術(shù)，2015（10）：24-26.

[27]王淳浩，王彥吉，孟品佳，等.HS-SPME-GC/MS法鑒別人體氣味研究C//中國化學會學術(shù)年會，2006.

[28]龍生成，王辛，吳德華，等.現(xiàn)場嗅源氣味在不同材質(zhì)上存留特性研究[J].刑事技術(shù)，2016，49（3）：189-191.endprint