合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)檢測方法的應(yīng)用進展

殷勤紅,楊黎華,陳 瑾,楊 成,朱艷琴

(1.云南警官學(xué)院，昆明 650223; 2.毒品分析及禁毒技術(shù)公安部重點實驗室，昆明 650223;3.昆明理工大學(xué) 分析測試研究中心，昆明 650093)

合成卡西酮類毒品是新精神活性物質(zhì)中的一類，不法分子常以“浴鹽”“植物肥料”或“清洗劑”等名義售賣[1]。該類毒品通常以卡西酮為原藥進行設(shè)計，其衍生物眾多且更新速率極快，嚴重影響社會穩(wěn)定和人類健康[2]。根據(jù)聯(lián)合國毒品與犯罪問題辦公室(UNODC)2020 年度世界毒品報告，截至2019年底，新精神活性物質(zhì)的種類已從166 種(2005年)增加到950種，其中已發(fā)現(xiàn)的合成卡西酮類毒品種類已達上百種，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常類似，其中不乏異構(gòu)體、同系物和類似物等，快速準確的檢測方法對于毒品的鑒別和定量十分重要。隨著科技的發(fā)展，毒品及相關(guān)檢測技術(shù)更新速率很快，但是近年來國內(nèi)綜述這類毒品檢測方法的報道比較缺乏。鑒于此，本工作查閱了2010年以來的文獻，在簡要介紹合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的分類和藥理作用的基礎(chǔ)上，探討了化學(xué)分析法、免疫學(xué)檢測法、光譜分析法、核磁共振波譜法、毛細管電泳法、液相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法、液相色譜-質(zhì)譜法和實時直接分析質(zhì)譜法等在該類毒品檢測中的應(yīng)用，最后對相關(guān)檢測方法的發(fā)展進行了展望。

1 合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的介紹

1.1 分類

合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)也被稱為策劃藥，是以卡西酮為基礎(chǔ)，通過化學(xué)修飾等手段合成各類具有相似或更強藥效且未被法律列管的類似物和衍生物。這類物質(zhì)結(jié)構(gòu)骨架與苯丙胺類毒品類似，只是其結(jié)構(gòu)式中的R1、R2、R3、R4、R5有多種變化(圖1)。R1、R2可能是甲基、甲氧基、二氧亞甲基、苯基、氯、氟等;R3可能是甲基、乙基、丙基等;R4、R5可能是甲基、乙基、二甲基、吡啶基等[3]。每一種變化或組合都可能合成新的卡西酮類策劃藥。常見的合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)有4大類，第Ⅰ類為N-烷基化卡西酮類衍生物，第Ⅱ類為3，4-亞甲二氧基-N-烷基化卡西酮類衍生物，第Ⅲ類為N-吡咯烷卡西酮類衍生物，第Ⅳ類為3，4-亞甲二氧基-N-吡咯烷卡西酮類衍生物[4-5]，其中以甲卡西酮、4-甲基甲卡西酮和3，4-亞甲二氧基吡咯戊酮最為常見[6]。

圖1 合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of synthetic cathinones new psychoactive substance

1.2 藥理作用

1.2.1 濫用方式和劑量

合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)最常見的濫用方式為鼻吸和口服，如4-甲基甲卡西酮水溶性良好，常通過直腸給藥、口服甚至靜脈注射等方式濫用。合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的單次常見吸食劑量為25～75 mg，低吸食劑量為5～15 mg，高吸食劑量為不小于90 mg。吸食后，合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)會在幾分鐘內(nèi)起效，并且濃度水平在30 min內(nèi)達到峰值，然后迅速下降[7]。

1.2.2 臨床癥狀

合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)在濫用初期會使人產(chǎn)生欣快感、精力旺盛、狂躁等癥狀，后期會產(chǎn)生嗜睡、流鼻血等癥狀，伴有妄想、焦慮、致幻、失眠、發(fā)汗、惡心、嘔吐、全身疼痛等副作用，長期濫用會依賴成癮，導(dǎo)致一系列生理、心理損傷，甚至死亡[8]。

1.2.3 作用機理

合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)是一種中樞神經(jīng)興奮劑，主要作用于中樞單胺類轉(zhuǎn)運體，產(chǎn)生與苯丙胺類毒品類似的臨床癥狀。合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)中通常含有一個親脂性的吡咯烷環(huán)，可顯著增加血腦屏障的滲透性，從而增加其藥效和濫用潛力。SIMMLER 等[9]開展的體外研究結(jié)果表明，4大類卡西酮類新精神活性物質(zhì)均能穿過血腦屏障，其中亞甲二氧基吡咯戊酮的血腦屏障滲透性最強。該類毒品在與單胺類轉(zhuǎn)運體(如多巴胺、去甲腎上腺素和5-羥色胺轉(zhuǎn)運體等)相互作用時，各類生物胺突觸間隙內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)含量增高，持續(xù)刺激下游神經(jīng)元[8，10]。

1.2.4 體內(nèi)代謝

合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的體內(nèi)代謝過程復(fù)雜，主要代謝途徑有伯胺氮去甲基化、酮基還原成羥基、苯環(huán)上甲基氧化成醇或羧酸等，如亞甲二氧基吡咯戊酮在細胞色素酶(CYP 酶)作用下的代謝途徑主要有二羥基代謝物的去甲基化和甲基化、丙基側(cè)鏈的羥基化/羥基化后氧化成酮，羥基化的吡咯烷環(huán)會脫氫生成內(nèi)酰胺和苯基環(huán)羥基，再進一步氧化成羧酸，最后降解為胺類[11-13]。研究毒品代謝物，有助于鑒別涉毒人員濫用毒品的種類和涉毒時間。

2 合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的檢測方法

2.1 化學(xué)分析法

化學(xué)分析法是一種利用特定的化學(xué)反應(yīng)對目標物進行鑒別的經(jīng)典方法，具有操作較簡單、耗時短、無需特殊設(shè)備等優(yōu)點，易于一線緝毒民警現(xiàn)場快速查驗。TOOLE 等[14]利用馬奎斯試劑和利伯曼試劑快速鑒定了甲卡西酮及其類似物，其中馬奎斯試劑能與亞甲二氧基吡咯戊酮生成黃色溶液，利伯曼試劑能與卡西酮、甲卡西酮、4-甲基甲卡西酮和N，N-二甲基甲卡西酮等反應(yīng)生成橙色溶液。PHILP等[15]開發(fā)了一種可視化快速識別合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的方法，即依次在樣品中滴加少量硝酸銅試液、2，9-二甲基-1，10-菲羅啉試液和乙酸鈉試液，于80 ℃加熱10 min，如果溶液由淺藍色變?yōu)槌赛S色，則表明樣品中可能含有目標物，該方法的陽性反應(yīng)率為89%，應(yīng)用前景良好。化學(xué)分析法雖然應(yīng)用比較成熟，但是專屬性較差，需進一步采用儀器分析法進行方法驗證或確認。

2.2 免疫學(xué)檢測法

免疫學(xué)檢測法在毒品現(xiàn)場快速檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。生物樣品(如尿液)的快速檢測方法主要有膠體金免疫分析法(GICA)和酶聯(lián)免疫分析法(ELISA)，其中GICA 多為商業(yè)化的亞甲基二氧吡咯戊酮(MDPV)尿檢板采用。ELLEFSEN 等[16]利用Randox生物芯片陣列技術(shù)ELISA 檢測尿液中的合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)，并利用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對陽性樣品進行確認，結(jié)果表明，該方法的陽性檢出率略微偏低。SWORTWOOD等[17]利用16種不同類型的ELISA 試劑盒對30種新型毒品(含8種卡西酮類衍生物)進行交叉反應(yīng)測試，發(fā)現(xiàn)卡西酮類衍生物在質(zhì)量濃度為150μg·L－1時方可進行交叉反應(yīng)。免疫學(xué)檢測法能夠快速定性，但檢測結(jié)果易受樣品用量、存放時間和其他環(huán)境因素的影響。

2.3 光譜分析法

光譜分析法是利用可疑物中毒品的特征光譜來識別和鑒定毒品的組成、種類及其相對含量的方法，具有易于攜帶、方便快捷、檢測快速且無損等優(yōu)點，其中拉曼光譜儀和近紅外光譜儀在禁毒工作中應(yīng)用廣泛。CAMILLERI[18]和MAHEUX[19]研究團隊分別利用傅里葉變換衰減全反射紅外光譜法(ATR-FTIR)、傅里葉變換拉曼光譜法(FTRaman)快速識別了查獲的毒品可疑物中的合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)。PEDERSON 等[20]利用手持式近紅外光譜儀建立了含有合成卡西酮類和合成大麻素類等140多種新精神活性物質(zhì)的近紅外光譜數(shù)據(jù)庫，并利用該數(shù)據(jù)庫對25個毒品可疑物進行檢測，所得結(jié)果失誤率極低。光譜分析法在卡西酮類毒品檢測領(lǐng)域備受青睞，但也存在檢測混合物時譜峰容易重疊、識別率偏低、定量準確度不高等問題，亟待科研人員解決。

2.4 核磁共振波譜法

核磁共振波譜法能直接解析未知毒物的結(jié)構(gòu)，可用于鑒定更新快速、種類繁多的卡西酮類衍生物。黃星等[21]采用該方法對毒品案件中白色晶體樣品(疑為3，4-亞甲二氧基甲卡西酮)進行確證，發(fā)現(xiàn)該樣品為具有亞甲二氧基結(jié)構(gòu)的仲胺物質(zhì)的鹽酸鹽，系3，4-亞甲二氧基甲基苯丙胺的類似物。WESTPHAL等[22]和MAJCHRZAK 等[23]利用核磁共振波譜法結(jié)合質(zhì)譜法、紅外光譜法等對4′-甲基-α-吡咯烷己酰苯、4′-甲基-α-吡咯烷丁酰苯、1-(4-氟苯基)-2-(吡咯烷-1-基)辛-1-酮和1-苯基-2-(1-吡咯烷基)-1-戊酮進行了鑒定并確定其結(jié)構(gòu)。核磁共振波譜法能有效推斷出新型毒品的結(jié)構(gòu)，可為依法管控和打擊毒品犯罪提供更加科學(xué)的理論依據(jù)，而提高識別毒物的分辨率和靈敏度并由此獲取更為全面的結(jié)構(gòu)信息將是該方法的發(fā)展焦點之一。

2.5 毛細管電泳法

毛細管電泳法以高壓電場為驅(qū)動力，以毛細管為分離通道，在各類毒品類似物的分離方面具有巨大的應(yīng)用潛力，該方法專屬性強、靈敏度高，可用于拆分卡西酮異構(gòu)體。MEROLA 等[24]利用毛細管電泳-紫外檢測法和飛行時間質(zhì)譜法手性分離并檢測了12種卡西酮類似物。該方法以10 mmol·L－1β-環(huán)糊精緩沖液作毛細管電泳-紫外檢測法的流動相，以含0.6%(體積分數(shù))硫酸的γ-環(huán)糊精緩沖液作飛行時間質(zhì)譜法的流動相，12 種目標物可在18 min內(nèi)實現(xiàn)有效分離，其中10種卡西酮類似物被紫外檢測法手性分離，另外2種被飛行時間質(zhì)譜法識別，檢出限低至1.0μg·L－1。NOWAK 等[25]以2-羥乙基-β-環(huán)糊精作手性試劑，成功實現(xiàn)對甲卡西酮、4-甲基卡西酮、3-甲基甲卡西酮及其對映異構(gòu)體的有效分離，檢出限低至100μg·L－1，該方法專屬性強、分離效果好。H?GELE等[26]以β-環(huán)糊精、乙?；?β-環(huán)糊精、2-羥丙基-β-環(huán)糊精和羧甲基-β-環(huán)糊精作衍生化試劑，采用毛細管電泳法對61種卡西酮、鄰戊酮類似物進行手性拆分和定量檢測。結(jié)果表明，58 種卡西酮、鄰戊酮類似物可在含10 mmol·L－1β-環(huán)糊精的磷酸鹽緩沖液中實現(xiàn)基線分離，同時實現(xiàn)了對卡西酮對映體的分離、純度檢查和鑒別。

2.6 液相色譜法

高效液相色譜法已被廣泛用于各類合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的定性和定量檢測。MAYER等[27]以高效液相色譜法快速檢測人尿中3種甲卡西酮衍生物。該方法以鹽酸普魯卡因為內(nèi)標物，采用固相萃取法凈化樣品，以乙腈-三氟乙酸銨緩沖液為流動相，以Kinetex PFP色譜柱為固定相，在檢測波長262 nm 處以二極管陣列檢測器檢測，所得方法檢出限為40μg·L－1，回收率為71%～82%，相對標準偏差小于2.35%。配置小粒徑色譜柱的超高效液色譜儀具有更好的分離效果和更快的分析速率。ROWE等[28]采用附二極管陣列檢測器的超高效液相色譜儀分離與鑒定35種卡西酮類毒品，可識別氣相色譜-質(zhì)譜法無法區(qū)分的10 種卡西酮異構(gòu)體，儀器性能和應(yīng)用前景均較好。

2.7 氣相色譜-質(zhì)譜法

氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)是公安機關(guān)內(nèi)部實驗室鑒定合成卡西酮類毒品最常用的方法之一，GC-MS檢測合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的典型應(yīng)用見表1。

表1 GC-MS檢測合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的典型應(yīng)用Tab.1 Typical application of GC-MSin detection of synthetic cathinones new psychoactive substances

表1 (續(xù))

其中，代勇等[31]采用乙烯二醇-二乙烯基苯共聚物萃取頭頂空萃取尿液樣品，檢出限低至0.01 mg·L－1。王平等[32]以固相萃取法提取樣品，以七氟丁酸酐衍生化，所得目標物標準曲線的線性范圍為25～200μg·L－1，方法具有操作簡便、檢測靈敏度高等優(yōu)點，可用于司法鑒定和涉毒案件尿液樣品中合成卡西酮類毒品代謝物的定量檢測。GERACE等[33]以甲基叔丁基醚液液萃取樣品，以三氟乙酸酐衍生化，并應(yīng)用于人尿中18種合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)和1種苯丙胺類似物的檢測。結(jié)果顯示，19 種毒品可在8 min 內(nèi)實現(xiàn)分離與檢測，檢出限為10～30μg·L－1，該方法可用于尸檢、毒品濫用、臨床研究、現(xiàn)場控制時尿液樣本的定量檢測。ALREMEITHI等[34]先用固相萃取柱凈化尿液和血漿樣品，再用手性衍生化試劑L-TPC 衍生化，實現(xiàn)了12種合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的有效分離和測定，尿液和血液中目標物的檢出限分別為0.1～0.7 mg·L－1和0.17～1.33 mg·L－1，方法的靈敏度高、專屬性強。該團隊又以L-TPC為衍生化試劑，將卡西酮對映異構(gòu)體轉(zhuǎn)化為非對映異構(gòu)體，以氣相色譜-附負化學(xué)離子源的質(zhì)譜法測定尿液和血漿中14種合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)，靈敏度較電子轟擊離子源的更低[35]。

2.8 液相色譜-質(zhì)譜法

液相色譜-質(zhì)譜法已廣泛應(yīng)用于血液、尿液、頭發(fā)、唾液等生物檢材中目標物的分離與鑒定，液相色譜-質(zhì)譜法檢測合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的典型應(yīng)用見表2。

表2 液相色譜-質(zhì)譜法檢測合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的典型應(yīng)用Tab.2 Typical application of liquid chromatography-mass spectrometry in detection of synthetic cathinones new psychoactive substances

表2 (續(xù))

其中，NIEBEL 等[43]采用液液萃取法處理樣品，目標物可在12 min內(nèi)有效分離，并應(yīng)用于40例法醫(yī)案件毛發(fā)樣品中35種合成卡西酮類和哌嗪類新精神活性物質(zhì)的司法鑒定。新生兒胎糞是一種可揭示毒品濫用情況的生物檢材，NEME?KALOVá等[44]利用鹽析輔助液液萃取法提取胎糞中10種新精神活性物質(zhì)，方法基質(zhì)干擾小，應(yīng)用于26例法醫(yī)案件胎糞樣品分析，發(fā)現(xiàn)1例樣品呈現(xiàn)合成卡西酮類毒品陽性。MURAKAMI等[45]采用商業(yè)化AFFINILUTE分子印跡聚合物(MIPs)提取和凈化生物樣品，萃取回收率高、基質(zhì)效應(yīng)小。SORRIBESSORIANO 等[46]以甲基苯丙胺為模板，采用本體聚合法制備MIPs，用于提取樣品中的目標物，同時聯(lián)合離子遷移譜法和超高效液相色譜-質(zhì)譜法檢測32種新精神活性物質(zhì)(含20種合成卡西酮類新精神活性物質(zhì))，該方法的抗干擾能力強、準確度較高。陳學(xué)國等[47]采用液相色譜-質(zhì)譜法檢測大鼠肝微粒體中甲卡西酮和3，4-亞甲二氧基甲卡西酮及其代謝物，可為涉毒案件物證鑒定、偵破與訴訟提供科學(xué)依據(jù)與證據(jù)支持。PETERS等[48]采用液相色譜-離子阱飛行時間質(zhì)譜法研究了含3種合成卡西酮類毒品的新精神活性物質(zhì)在大鼠腹腔注射后的藥代動力學(xué)。結(jié)果顯示，鼠腦內(nèi)這3種目標物的濃度水平在15 min內(nèi)達到峰值，該結(jié)果可為合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的藥理學(xué)和毒理學(xué)研究提供技術(shù)支持。隨著分離技術(shù)的進步與發(fā)展，還可將液相色譜-質(zhì)譜法與綠色樣品前處理技術(shù)、功能性納米材料、高分辨質(zhì)譜等技術(shù)等結(jié)合并深度融合，建立基于精確質(zhì)量數(shù)的合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的數(shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)目標毒物的快速、精準檢測。

2.9 實時直接分析質(zhì)譜法

實時直接分析質(zhì)譜法改變了質(zhì)譜的進樣方式，是一種敞開式離子化質(zhì)譜技術(shù)，可在大氣壓環(huán)境下直接分析樣品，具有無損、快速、高通量等優(yōu)勢，在法醫(yī)物證、毒物分析等相關(guān)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。DHABBAH 等[55]利用該方法分析阿拉伯茶的莖和葉，并確認質(zhì)荷比(m/z)150～152內(nèi)檢出的物質(zhì)為卡西酮和去甲麻黃堿。FOWBLE 等[56]利用實時直接分析-高分辨質(zhì)譜法實現(xiàn)了卡西酮可疑物的直接無損分析，并通過主成分分析法和聚類分析法確定了可疑物的結(jié)構(gòu)。GWAK 等[57]利用實時直接分析-四極桿飛行時間質(zhì)譜法和離子遷移譜法快速鑒別35種合成卡西酮類和合成大麻素類毒品，兩種方法的鑒別結(jié)果基本吻合。

3 結(jié)語

本工作綜述了合成卡西酮類新精神活性物質(zhì)的幾種常見檢測方法，后續(xù)發(fā)展中，應(yīng)重點關(guān)注更便捷、特異性更強、靈敏度更高、更快速、智能化、高通量的新型毒品檢測方法的開發(fā)，同時聯(lián)合多種樣品前處理方法，以滿足禁毒一線實戰(zhàn)需要，為全面打擊毒品犯罪提供技術(shù)支撐和智力支持。