污水毒品監測技術：進展、挑戰與展望

向平

（司法鑒定科學研究院 上海市法醫學重點實驗室 上海市司法鑒定專業技術服務平臺司法部司法鑒定重點實驗室，上海 200063）

1 進展

污水監測又稱為污水流行病學（Wastewater-Based Epidemiology，WBE），是通過對生活污水采樣后分析其中人類使用的藥品、化學品、外源性污染物和營養物質的含量，以掌握采樣區域內該物質的使用情況。污水監測雖然起源于環境學科，但是進入21世紀后在毒品、精神活性物質等禁毒領域得到飛速發展。2019冠狀病毒病（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）暴發后，因發現污水監測可實時掌握COVID-19的時間、空間變化趨勢而備受矚目，并由此幫助決策者采取相應的應對措施。因此，污水監測仍是一個不斷發展的研究領域，并已顯示出在公共衛生健康監測方面的巨大應用潛力。

經過近二十年的發展，污水毒品監測已成為當前禁毒領域的“黑科技”。該項技術能夠提供更加準確、持續、真實的毒品消耗量信息，以及更加經濟、快速地實時監測毒情，通過早期預警來彌補傳統方法的時間滯后性、數據局限性等缺陷。歐洲藥物和藥物成癮監測中心（European Monitoring Centre for Drugs and Drug Addiction，EMCDDA）高度評價了該項技術，并自2016年起在年報中公布了污水毒品監測數據。芬蘭家庭事務和社會服務部在發布關于污水毒品監測的通知時稱：通過污水監測獲得的新數據將立即提交給所有相關部門，國家毒品政策協調小組負責保證不同部門之間的有效合作，并跟蹤毒品的變化情況。由此可見，污水監測已成為政府禁毒部門制定政策的重要依據。目前，瑞士、挪威、意大利、英國、澳大利亞等國家均在推廣與應用該項技術。

我國的污水毒品監測技術研究始于國際間學者的合作。2014年，北京大學環境學院首次在Science of the Total Environment雜志上報道了我國北京、上海、廣州和深圳四大城市的毒品消耗情況。隨后，公安部國家禁毒情報技術中心、中國藥科大學、大連海事大學和司法鑒定科學研究院等單位均加入了此項研究。2019年，公安部積極推廣城市污水監測在毒情監測評估中的應用。自2020年起，國家禁毒委員會辦公室（以下簡稱“國家禁毒辦”）已將城市生活污水毒品監測結果全面應用于對“全國禁毒示范城市”創建工作成效的重要評估內容之一。

污水毒品監測主要包括樣品采集、樣品前處理、儀器分析和毒品消耗量推算等過程，除了樣品采集外，其他過程均在實驗室內完成，相關研究成果也已在國內專業雜志上有較多綜述。筆者結合WBE技術的研發與實踐經驗，探討目前該項技術在我國推廣與應用中面臨的挑戰，并對未來的研究方向進行展望，以期促進國內同行更多地關注與WBE技術相關的科學問題。

2 挑戰

2.1 污水監測實驗室的專業性

污水監測技術是環境、藥學、毒物、數據分析和緝毒等多學科交叉的成果，哪些實驗室適合該項工作呢？文獻資料顯示，污水中毒品監測除了與環境相關的實驗室外，許多大學的法庭科學或犯罪學實驗室、獨立的司法鑒定機構中均有開展此項研究。自2010年起，Forensic Science International雜志上陸續發表了污水中毒品監測的研究。2018年，芬蘭國家衛生和福利研究所（National Institute for Health and Welfare）的法醫毒物室甘納（Gunnar）博士在國際法醫毒物學家協會（TIAFT）年會上作了《Wastewater-based epidemiology complements traditional information on illicit drug use》的報告。2019年，Forensic Sciences Research雜志亦刊登了來自澳洲悉尼科技大學法庭科學中心、瑞士洛桑大學法庭科學中心、比利時安特衛普大學毒物中心、美國紐約城市大學約翰杰刑事司法學院等學者的污水監測研究。

有著毒品相關檢測經歷的實驗室在承擔污水監測項目時具有明顯優勢，主要表現在以下幾個方面：（1）該技術是針對毒品的，這類實驗室對于毒品相關標準品的獲取、保存與使用有著嚴格的規范程序。（2）該項技術時效性非常強，需要隨著當前市場上吸毒人員不斷變化的流行性特點來監測目標物。（3）毒品檢測實驗室更能夠發現實驗中的異常情況。比如，曾有很多禁毒同行詢問為何收到的本地污水監測報告中顯示甲卡西酮陽性，而在偵查過程中并未發現任何線索？對此，了解當前流行性特點的實驗室可能會思考出現異常的原因，以及是否存在其他來源產生的可能性。事實上，國外已有研究表明，常見的次氯酸和過氧化氫（俗稱“雙氧水”）等家用氧化劑均可使污水中的偽麻黃堿氧化成甲卡西酮。（4）由于該項技術的數據結果可能成為禁毒成效的考核指標，因此其分析結果的嚴謹性、可靠性等同于法醫毒物鑒定的定性、定量要求。實驗室開展此項目時需要進行完善的方法驗證，以保證定性、定量結果的準確性，特別是要謹防假陽性結果。（5）該項技術不僅限于對污水中毒品及其代謝物進行測定，還需要基于藥代動力學進行研究與建模，并結合當地查獲毒品的方式、毒品的吸食方式等內容不斷修正推算模型。（6）由于污水樣品可反映人群生存狀況而備受關注，需要注意樣品的生物安全性、隱私性等特征，雖然歐美國家、澳大利亞等開展此項技術研究較為普遍，但是也有像日本等國家持有謹慎態度。筆者認為，開展該項技術的實驗室應嚴格控制數量、規模，并保證污水樣品及其檢測結果的保密性。

2.2 實驗室結果的準確性與可比性

當前，污水監測已在全國普遍開展，許多禁毒部門直接將結果作為緝毒成效的考核指標，故實驗室結果的準確性尤為重要。國家禁毒情報中心雖然通過在全國范圍內的檢測機構實驗室間進行比對，篩選出較為合格的檢測機構。但在實施過程中，無論是采樣環節還是實驗室檢測環節均存在層次、水平參差不齊的現狀，如何規范整個流程，以保證實驗室間數據結果的可靠性、可比性是需要關注的重要問題。筆者所在實驗室在上海市禁毒委員會辦公室、上海市司法鑒定協會的支持下，于2021年推出團體標準《生活污水采樣及常見毒品監測技術規范》（T/SHSFJD 0001—2021），可在一定程度上保障檢測質量，但在實施過程中僅據此技術規范仍然是不夠的。

污水監測可獲得監測區域內各采樣點在地理、時間上的變化規律，即可進行同一時間、不同采樣點間毒品消耗量的高低比較；針對同一采樣點，觀察不同時間點（年、季度、月、周、節假日、重要活動等）毒品消耗量的變化。但這些變化規律的準確度受許多因素的影響，除了采樣點的選擇、樣品的代表性、可靠性以及推算模型的準確度外，污水中毒品的準確測定是關鍵環節，對實驗室技術能力要求非常高。通常污水中毒品的質量濃度在ng/L水平，而目前實驗室的極限能力也與該水平相當。因此，不同實驗室即使在完全合規的操作下，該痕量污水的檢測在實驗室間依然存在較大誤差，這種誤差甚至可能超過污水中毒品本身的質量濃度，可能導致采樣點間毒品消耗量的高低顛倒。應對這一難題的有效策略是將污水樣品集中送檢，一個省/市、區域內的樣品集中由同一實驗室完成，經過同一實驗室的批處理測定，即使獲得的樣品質量濃度不是真實值，但不同樣品之間仍可進行比較，其高低變化趨勢不受影響，這樣才可基于此項技術進行禁毒成效的考核。

2.3 監測目標物

近年來，新精神活性物質（New Psychoactive Substances，NPS）以驚人的速度在全球蔓延擴散。我國政府也高度重視NPS的管制工作，于2021年7月1日起將整類合成大麻素類物質和氟胺酮等18類物質列管。NPS種類多、變化快，針對目前禁毒新形勢、新任務下存在的現實需求，亟須研發易于推廣、涵蓋目標物范圍廣、快速簡便、高通量與評估精細污水中包括新列管毒品的分析監測技術，以及時掌握毒情。疫情過后，不法分子可能會制造毒品以追求巨額利潤，為了更有效地發揮污水監測效能，易制毒類物質也應納入監測目標物范圍。

目前，污水中NPS分析研究甚少，在生活污水環境中的穩定性尚未可知。生活污水環境被認為是一個生物和化學反應器，下水道內的氧濃度、pH值、溫度、流速和沉積物等均可能對NPS穩定性造成影響。同時，各種新列管毒品的毒理學數據未知、其進入體內的生物轉化以及排出率不明確，缺乏用于生活污水分析的目標物以及進行反推毒品消耗量的校正因子，無法實現毒情的準確評估。

3 展望

污水毒品監測以其便捷、客觀和實時監測等優勢已在禁毒領域顯現出較大潛力，不斷涌現的新技術為污水監測發展提供了新方向。比如，新型固相萃取材料、中空纖維液相微萃取（Hollow-Fibers Liquid Phase Microextraction，HF-LPME）等新技術可在基質復雜、含量甚微的污水監測中發揮作用。目前，污水監測多采用固相萃取（Solid Phase Ex-traction，SPE）等前處理方法，這些方法雖然可有效去除污水中雜質干擾，但是過程繁瑣、費時。近年來，新型固相萃取材料被廣泛應用于污水中藥物和個人護理用品檢測的前處理，其具有較大的表面積和優異的吸附性能，可用于生物體液樣品和廢水中酸性、堿性、兩性藥物的共萃取，且耗時短，加快了樣品的制備過程。污水中雜質干擾多，且目標分析物的含量低，研發新型固相萃取材料等技術可有效簡化樣品前處理步驟、去除污水中雜質干擾，并對目標毒品分子進行富集使其滿足儀器的檢出限。如WANG等研制不同的磁性納米材料分別吸附污水中的抗生素、農藥等，使得樣品前處理、萃取時間明顯減少。HF-LPME具有操作簡單、快速、高富集倍數等優點，可與復雜的污水基質分離。華中科技大學同濟醫學院的黃垂秀教授研究團隊開發的HF-LPME方法可同時檢測污水中甲基苯丙胺、氯胺酮和芬太尼等6種毒品，最低檢出限為0.3~8.7 ng/L。

為提高污水監測的能力，不僅需要不斷擴大已知目標物的篩選范圍，而且還需借助高分辨質譜技術（High Resolution Mass Spectrometry，HRMS）來增強未知物的鑒別能力。近年來，物質濫用呈現種類繁多、不斷變換的特征，已建立的定性、定量分析方法難以俘獲不斷變化以及新出現的濫用物質。HRMS可在全掃描范圍內高速、循環地對每個窗口中的所有離子進行選擇、碎裂及檢測，從而無遺漏、無差異地獲得樣本中所有離子的全部碎片信息，并且HRMS不僅能提供目標物可能的結構信息，還可對預測代謝物的生物轉化類型、區分同質量數代謝產物等發揮一定的作用。如JES等利用HRMS進行未知物篩查，發現1 207個疑似工業來源化合物，最后確認54個。筆者團隊利用SPE對污水樣品進行前處理，采用超高液相色譜-高分辨質譜法從實際污水樣品中發現嗎啡、可待因、哌替啶、曲馬多、甲基苯丙胺、地西泮、去甲西泮、艾司唑侖、阿普唑侖等多種濫用物質。

如何實現污水監測的“快、精、準”，除了污水中毒品測定的準確性，毒品消耗量推算的科學性、準確性同等重要。近年來，人工智能技術的發展給大數據的處理帶來了契機，為識別、處理大量數據信息提供了有效解決方案。其中，人工神經網絡（Artificial Neural Network，ANN）是對人腦神經元信息處理活動的模擬，是一種具有分布式并行信息處理的特征抽象數學模型，是大量簡單神經元廣泛相連而成的一個自適應動力系統。ANN能夠通過對已知數據的訓練，避免某些中間過程對結果帶來影響，目前已廣泛應用于判別分類、復雜非線性預測評價、數據處理等方面。在與禁毒部門的通力合作下，綜合分析毒品種類及其分布特點，使用不斷開展的污水監測、緝毒、吸毒人員等數據，構建ANN預測模型并不斷修正。

污水毒品監測技術是一項客觀、實時、有效的毒情研判新技術。針對目前禁毒新形勢、新任務下存在的現實需求和技術難題，亟須研發易于推廣、快速檢測、預警準確與評估精細的污水中包括新列管毒品的分析監測技術，本期將報道“污水中毒品監測”的專題研討，希望通過大家的分享、交流，推進污水毒品監測在我國的發展。