色譜分析技術在法醫毒物領域的應用進展*

李珊，王瀟逸，張雅楠，萬梓莘，王元鳳，3**

（1.西南政法大學，重慶 401120；2.中國政法大學證據科學研究院，北京 100191；3.公安部法庭毒物學重點實驗室，北京 100191；4.國家毒品實驗室北京分中心，北京 100101）

毒物毒品不僅會對人體產生嚴重危害，也會對社會造成極其不良的影響，是一個十分重要的社會不穩定因素。全球范圍內，每年都會有大量的中毒案例報告[1-4]。根據我國藥物管制部門相關報告數據顯示，2020 年我國出現了大約64 000 起毒品案件，涉及427 000 名吸毒人員[5]。隨著合成技術的不斷發展，新型毒品更新速度極快。各國政府進行管控[6]。我國政府除了對傳統毒品、合成毒品等進行管控外，近年來還逐步加強了對新精神活性物質的管控。

在增強管控的同時，毒物毒品實驗室檢測分析技術也隨著毒品更新換代不斷發展。與西方發達國家相比，我國毒物毒品檢驗技術研究起步較晚，但近年來發展迅速。20 世紀80 年代前，我國毒物毒品檢驗多采用薄層色譜檢驗（TCL）結晶法、紅外光譜法（IR）、紫外線（UV）檢驗及化學顯色法等。隨著1980 年國際交流的日益加強GC/MS 引入我國，我國的毒物毒品檢驗工作進入了新階段，此后，隨著二級質譜、離子色譜的相繼引入，我國毒物毒品檢驗工作進入了快速發展期[7]。色譜分析法作為一種重要的分析技術，具有簡單、快速、靈敏度高等優點，當前已被廣泛地應用在法庭科學毒物與毒品的檢測過程。

1 色譜分析技術的原理方法與應用特點

1.1 發展過程

人類對色譜法的使用始于1903 年，俄國植物學家Mikhail S.Tswett 使用柱吸附色譜技術對植物色素進行了定性定量分離，并成功闡述了此方法的作用原理[8]。在此基礎上，美國學者Palmer LS等[9]進行了應用并在其專題報告中涉及大量色譜實驗結果。20 世紀30 年代，柱色譜分離技術開始被逐漸應用，將不同種類的有機化合物進行了有效的分離并純化。自80 年代始，現代色譜分析開始進入嶄新的發展階段，能夠對復雜體系中的各種組分、化學性質相近的元素及化合物進行分析，且科學家們提出了許多保留模型[10，11]。

1.2 主要原理

色譜法又稱層析法，在分析化學、有機化學等多個領域都具有非常廣泛的應用，其主要是利用樣品與固定相和流動相之間分配、吸附或交換等作用力的差異。當兩相發生相對移動時，各種待測物質在兩相間經過多次平衡而實現相互分離的目的。

1.3 分類方法

色譜法的分類有很多種，按照不同的分類標準可得到不同原理的色譜方法。各種方法之間既存在差異也存在一定的交集。

1.3.1 按兩相狀態分類

按照固定相和流動相的狀態可將色譜法分為四類：氣固色譜法、氣液色譜法、液固色譜法和液液色譜法。氣相色譜法和液相色譜法的主要分析對象分別為揮發性有機物和可以溶于水或有機溶劑的各類物質。氣固色譜指流動相是氣體，固定相是固體物質的色譜分離方法。活性炭、硅膠等均可用作固定相。氣液色譜指流動相是氣體，固定相是液體的色譜分離方法。例如在惰性材料硅藻土涂上一層角鯊烷，可以分離及測定純乙烯中的微量甲烷、乙炔、丙烷等雜質。在液固色譜法中，固定相是表面具有多孔特性的固體微粒吸附劑，如氧化鋁、硅膠等，能夠通過表面的吸附中心對溶質分子和流動相分子進行競爭吸附，達到吸附與解吸的動態平衡。液液色譜固定相包括惰性載體及涂漬在惰性載體的固定液。

1.3.2 按色譜分離機理分類

按照色譜法分離所依據的物化性質不同，可將其分為吸附色譜法、分配色譜法、離子交換色譜法、凝膠色譜法等。吸附色譜法以固定相為吸附劑，利用吸附劑對不同組分的吸附能力的差異進行色譜分離和分析。根據使用流動相的不同，可分為氣固吸附色譜法和液固吸附色譜法。分配色譜法則是利用不同組分在流動相和固定相之間分配系數的不同而進行分離和分析的，可細分為液液分配色譜法和氣液色譜法。離子交換色譜法是用一種能交換離子的材料作為固定相，從而實現分離離子性化合物的色譜方法。此類方法可以用于無機離子、各類核酸衍生物或氨基酸的分離。凝膠色譜法是利用凝膠對不同大小組分產生不同滯留作用而實現分離的一種方法，主要用于較大分子的分離。

1.3.3 按固定相性質分類

按固定相的幾何形式可以把色譜方法分為柱色譜法、紙色譜法、薄層色譜法。柱色譜法主要有填充柱色譜法和毛細管柱色譜法。填充柱色譜法是將固定相裝入色譜柱中，毛細管柱色譜法是將固定相涂在毛細管內壁上。紙色譜法是將紙作為載體、以紙纖維吸附的水分或其他物質為固定相，樣品從紙的一端開始，用流動相將不同組分進行分離及分析的方法。薄層色譜法是將吸附劑均勻鋪展在玻璃或塑料板上形成薄層，在薄層上進行分離的一種方法，可細分為吸附法、分配法及離子交換法等。

2 色譜分析技術在法醫毒物分析中的應用

2.1 應用優勢

法醫毒物領域將色譜法用來定性或定量檢測混合物中各種組分的性質及含量。案件中檢材的數量及含量可能非常少，色譜技術的使用降低了對檢材用量的要求，一次分析過程通常只需微升量級即可。在分析過程中，色譜分析技術具有較高的分離效率，色譜柱可用來同時分離并定量幾十或上百種性質相近的化合物。通過將各類組分的分離和分析過程合二為一，提高了整個檢測分析過程的效率，一般可在幾分鐘至幾十分鐘的時間內完成復雜樣品的分析工作。色譜法具有較高的檢測靈敏度。隨著信號處理技術的不斷發展和檢測器的不斷升級，色譜可以檢測到10-9g 級的微量物質，如前期將檢材進一步處理，則可達到更低的檢測限。除此之外，色譜分析技術的選擇性良好，根據研究目的選擇合適的分離模式和檢測方法，可以有效篩選出目標物質，將其他各類干擾物進行排除。

2.2 常用方法

目前應用較多的色譜分析技術有薄層色譜法、氣相色譜法、液相色譜法。研究人員根據實驗的目的或樣品性質來選擇合適的方法進行分析。

2.2.1 薄層色譜法

薄層色譜法是法醫毒物領域中一種重要的實驗技術。實驗人員將待測樣品在固定相薄層上，待其展開后，將其色譜圖與對照物質的色譜圖中的比移值對比，可以實現定性或定量分析，可用于有效分離脂肪酸、氨基酸及生物堿等多種物質。薄層色譜法具有操作方便、顯色容易、展開速率快等優勢，但不適用于定量分析，對生物高分子的分離效果不理想。王鴻飛等[12]利用薄層色譜掃描發對毒駕現場的常見毒品進行了分析，選用復方甘草片作為含嗎啡、可待因的混合物進行檢驗，結果顯示復方甘草片成分實現了有效分離且不會造成組間干擾，顯色效果也不錯。[13]。陳學國等[14]針對“浴鹽”中的主要成分甲卡西酮類涉及藥物MDPV 通過薄層色譜法進行了檢測，采用鋁-二氧化硅基質薄層色譜板，乙酸乙酯-甲醇-25%的氨水（85∶10∶5）為展開劑，在254 nm 的紫外光照射下，斑點呈現為亮黃色，通過茚三酮顯色劑顯色，斑點變為藍色。表1 歸納整理了部分薄層色譜法在法醫毒物分析中的應用。

表1 薄層色譜法在法醫毒物分析中的應用

2.2.2 氣相色譜法

氣相色譜法是法醫毒物領域中一項主要的實驗技術，通過將氦氣或者氬氣作為載氣，將混合物注入裝有固定相的色譜柱中，從而實現不同組分分離的一種方法。近年來，氣相色譜法快速發展，被國內外實驗室廣泛應用。氣相色譜法的分離效率高，一根色譜柱可以分離多種性質類型的復雜樣品，分析速度快。還具有高靈敏度和高選擇性等多個優勢。氣相色譜法適用于揮發性、熱穩定性好的物質，對于其他物質的分離分析能力一般。目前在法醫毒物領域，用于氣相色譜和氣質聯用色譜分離及檢測的檢材包括體外毒品和生物檢材中的毒品及其代謝產物。表2 歸納整理了部分近年來氣相色譜法在法醫毒物分析中的應用。

表2 氣相色譜法在法醫毒物分析中的應用

2.2.3 液相色譜法

液相色譜法是法醫毒物領域中一項實用的實驗技術。與氣相色譜法相比，高效液相色譜法可應用在熱不穩定、高沸點、離子型物質中，具有分離效能高、靈敏度高、應用范圍廣、分析速度快等多項優勢，但其采購成本及日常維護成本較高。隨著毒物毒品種類的不斷增多，氣相色譜法已無法繼續滿足檢材定量的需求。液相色譜法因具有更高的靈敏度，可以顯著降低其最低檢測限、更強的適用性而被研究人員們廣泛使用，有效提高了檢材中的毒品檢出率。表3 歸納整理了部分近年來液相色譜法在法醫毒物分析中的應用。

表3 液相色譜法在法醫毒物分析中的應用

2.3 適用對象

2.3.1 體外疑似毒品

體外毒品主要是在公安偵查部門繳獲后進行相應的研究。甲基苯丙胺（Methamaphetamine，MA）是目前國內外濫用程度最高的新型毒品之一，作為一種合成毒品，其主要成分是苯丙胺化合物，具有中樞神經興奮和致幻等效果，屬于聯合國精神藥品公約管制的一類物質[28]。夏久智[29]建立了一種快速分析疑似毒品中甲基苯丙胺含量的方法，將氣相色譜儀與FID 檢測器聯合使用，結果顯示此方法可用于疑似毒品中的甲基苯丙胺檢測，在0.01～0.5 mg/ml 濃度范圍內標準曲線線性良好。于雷等[30]使用GC/MS 對其中對“卡痛”檢材中的O-去甲基曲馬多、帽柱木堿、鉤藤堿等主要成分進行檢測，結果表明檢材中O-去甲基曲馬多濃度為24.5 mg/ml，其線性關系良好（r2=0.9993），檢測限為0.1 μg/ml，回收率為99.6%～105.2%（n=5），日內和日間精密度均小于6.41%。除了傳統毒品和合成類毒品外，近年來隨著市場上新精神活性物質的大量出現，相應體外檢測研究也日益增多。錢振華等[31]用GC-MS、超高效液相色譜-四極桿-飛行時間質譜（UPLC-Q-TOF MS）和紅外光譜法對中國首次繳獲的未知芬太尼類物質進行定性檢驗，其將未知樣品均勻研磨后，用甲醇配制成1 mg/ml 的溶液，超聲離心后取上清液進行分析，結果顯示當保留時間為13.5 min 時，未知組分的質譜碎片主要特征離子峰經NIST 譜庫檢索確定為卡芬太尼。何天宇等[32]通過建立氟胺酮的氣相色譜質譜聯用分析方法，利用GC/MS 成功地對氟胺酮進行了定性分析，結果顯示該方法檢測的氟胺酮最低檢出限是10 μg/ml，且在0.2～1.0 mg/ml 范圍內線性關系良好。

2.3.2 生物檢材中的毒品及代謝物檢測

法醫毒物實驗室中常見的生物檢材包括血液、尿液及毛發。每種生物檢材都具有其各自的優缺點。血液是毒物毒品檢測中較常用的一種檢材，血液中含有較高濃度的毒品及代謝物。但血液的抽取過程復雜，且容易對操作人員造成一定的安全隱患。血液的檢測時限一般在3 天左右，如果檢測不及時，血液中存在的乙醇等易揮發性物質含量容易發生較大程度的改變，導致錯誤結果。孟品佳等[33]建立了血液中嗎啡類毒品的GC/MS檢測方法，以V（CHCl3）∶V（異丙醇）∶V（正庚烷） =50∶17∶33 為萃取溶劑，并通過MSTFA衍生，結果顯示嗎啡、6-單乙酰嗎啡、可待因的線性相關系數均大于0.99，血液檢測的最低濃度可達到5 ng/ml，定量范圍為10～1000 ng/ml。毒品在體內完成代謝后一般通過尿液排出，當吸毒嫌疑人吸食毒品短時間內可從其尿液中檢測到相對含量較高的毒品原體及體內代謝產物。但是尿液檢材中毒品的檢出時限較短，一般在1 周內，容易導致假陰性結果。此外，因尿液檢材的采集涉及隱私，需吸毒嫌疑人獨自采集，就容易出現稀釋、替換或者污染的風險。彭山珊等[34]建立了尿液中甲基苯丙胺、MDMA、氯胺酮等6 種常見毒品檢測方法并對各種毒品的檢測結果進行了對比分析，結果顯示保留時間越長的毒品，保留時間和相對保留時間的偏差越小，濃度越大，離子比率偏差越趨于穩定。

與尿液和血液檢材相比，毛發在穩定性、判斷吸毒人員數月內的吸毒情況等方面更具有優勢，且其生長周期有一定的規律。有關研究表明[36]，頭發的生長周期為0.6～1.4 cm/月[35]。國際毛發檢測協會建議，毛發的生長周期應為1 cm/月。但需要注意的是，染發、燙發等外部手段干預會影響檢測結果。孟品佳等[37]通過實驗對比了兩類毒品濫用者毛發的特點，海洛因吸食人員的毛發使用甲醇超聲的方式處理，調整pH 值后進行液相萃取，萃取物揮干后衍生化處理并GC/MS 分析；而甲基苯丙胺吸食者的毛發堿性消解后，采用小體積萃取，隨后進行衍生化處理并GC/MS 分析，檢測結果顯示阿片類毒品的最低檢出限均低于3 μg/g，4 種苯丙胺類毒品的最低檢出限為0.05 μg/g。

3 色譜分析技術在法醫毒物領域的趨勢與展望

3.1 多技術聯用

每種分析方法都具有各自的優勢和局限。隨著新型化合物種類的不斷增多，結構種類的逐漸復雜，單一一種分析技術已不能達到準確分析的要求。此時，聯用技術和儀器應運而生。色譜法與其他分析方法的聯用，能夠取長補短，有效提高物質分析的靈敏度、速度及鑒別能力，已逐漸發展成為現代分析化學的重要發展方向。目前，無論是在國外還是國內的實驗室中，各種色譜技術與其他技術的聯合使用已成為主流。常見的色譜聯用技術包括色譜-色譜聯用、色譜-質譜聯用和色譜-光譜聯用等。色譜-色譜聯用又稱為多維色譜，是多種不同類型的色譜共同使用，能夠有效提高色譜的分辨能力，但難于分辨未知物。色譜-質譜和色譜-光譜則能彌補這一不足，可以分析多組分混合物中的未知組分，快速、精準地得到分析結果，判定目標物的分子結構和分子量。常用的色譜-質譜和色譜光譜包括GC-MS、GC-FTIR、LC-MS、LC-NMR 等。Gicquel T 等[38]研 究 中 使用LC-MS/MS 方法對生物檢材中的氟胺酮進行了定性檢驗，另使用LC-HRMS 和NMR 對三種粉末樣品進行定性定量檢驗，結果顯示毛發檢材中的氟胺酮檢出限已能達到pg 級。

3.2 新技術發展

色譜技術是近現代儀器分析的一個重要研究領域，自首次使用至今，色譜分析技術的發展已日趨成熟，但技術層面和應用層面的研究及探索卻從未止步。固定相和流動相作為色譜技術中的核心組成部分，對于它們的研究和創新不斷擴充著色譜法的應用領域，如使用手性固定相可有效分離并檢測手性化學物等。第四代色譜填料的整體柱技術近年來已成為液相色譜發展的熱點，整體柱是將填料單體、引發劑、制孔劑等混合后原位聚合或固化在管中形成的多孔結構柱體，多孔結構使得整體柱有很好的通透性，有效降低了柱壓，提高了柱效和重現性，能夠實現待測物的快速分離分析。此外，檢測器如何能更靈敏地捕捉有效信號也是研究人員探索的一個方向，半導體激光熒光檢測器等新型檢測器的逐漸普及有效提高了檢測器的靈敏度。

3.3 檢測方法及流程的完善

法醫毒物領域的鑒定工作多按照司法鑒定標準或技術規范進行，標準中會對檢材的前處理和分析方法進行大概描述，但多數標準中僅涉及了色譜-質譜聯用技術，檢測分析方法和流程的具體選用流程和使用條件尚無詳細明確的規范性規定，需要根據實驗室檢測人員或同領域內其他相關經驗進行選擇。隨著色譜分析技術的不斷深入研究和廣泛應用，越來越多的檢測分析技術難關被突破。相信在今后的發展中，建立獨立的色譜分析技術使用標準或技術規范，不斷完善法醫毒物檢測分析方法和流程會是一個重要的發展趨勢。