贾滨1，徐国宾1，吕小宝2，张玉荣2*，杨芃原
1*
摘要 分析是办理涉毒犯罪案件的重要环节之一，为案件侦破和证据收集提供重要依据。质谱分析法具有灵敏度 高、分析速度快、所需样品量少等特点，因其出的分析性能越来越受到分析人员的重视。本文综述了谱质谱联用 技术和新兴原位直接电离质谱技术在分析领域的应用情况，并展望了质谱新技术在分析领域的发展前景。 关
键词 分析；质谱；气相谱质谱联用；液相谱质谱联用；原位直接电离
Abstract: The analysis of illicit drugs is one of the important link of handling the drug-related crimes, providing the important basis for the criminal investigation and evidence collection. Mass spectrometry has the advantages of high sensitivity, fast analysis speed and needing little sample quantity. Due to its excellent performance, mass spectrometry analysis has attracted more and more attention. This paper reviews the applications of GC/MS, LC/MS and ambient ionization (AI) mass spectrometry in the analysis of illicit drugs. What ’s more, the prospects and development of new mass spectrometry techniques in the field of drug analysis are also discussed.
Key W ords: Illicit drugs ；mass spectrom etry ；GC /M S ；LC /M S ；am bient ionization
犯罪是社会危害性最严重的犯罪之一，及其它 违禁药物的滥用也是目前被广泛关注的社会问题[1,2]。与毒 品相关的犯罪行为，因其涉及的交易金额巨大，极易引发各 种犯罪行为，严重威胁公众的安全。此外，的成瘾性， 也使得者戒断困难，给者带来身心伤害的同时，也 进一步刺激了涉毒案件的发生。分析是涉毒犯罪案件的 重要环节之一，其主要目的是为涉毒案件的侦破提供证据， 在禁毒工作中发挥着重要的作用。作为分析的研究对 象，种类繁多。传统通常指：、、大 麻、、等，其主要来源于天然植物及其提取物。 而、等属于致幻剂、兴奋剂的精神类药物，则主 要来源于化学合成，即是所谓的新型[3]。与其它分析化 学的应用领域（如食品安全、临床检测等）不同，分析 带有鲜明的“公安特”[1]。我国法律对犯罪有着严厉 而明确的刑罚标准：如走私、贩卖、运输、制造一千克 以上、或者甲基50克以上或者其他数量大
的，可判处十五年有期徒刑、无期徒刑或者死刑。同时，刑 法中还有规定，的量是以查证属实的数量计算，不 以纯度折算。尽管“不以纯度折算”的条款的合理性在有着 一定的争论[4,5]，但是这一规定在为分析的方法标准提 供明确的要求的同时，也降低了我们进行过程中的定量 分析的需求。这也为相关的研究人员在开发分析新方法 和新技术的研究中提供了较为充足的发挥空间。但事实上， 刑法对涉毒犯罪的规定，也无形中提高了分析方法的定性分 析的确证标准。分析所得到的定性分析结果必须极为准 确，不能产生假阳性或假阴性的分析结果，否则将产生严重 后果。
目前，用于分析的方法有很多，例如：用于现场快 速检测、筛查使用的化学显法[6]和薄层谱法[7]，以及在实 验室内对涉案样品进行精确分析的紫外可见光谱法[8]、红外 光谱法[9]
、气相谱法
[10]
飞行员待遇、液相谱法
[11]
、质谱法
[12,13]
等。其
中，基于质谱的分析方法，因其出的定性分析能力，越来
* 作者简介：贾滨（1986-）男，博士研究生，研究方向：质谱仪器技术与方法开发
通讯作者：张玉荣，主任法医师，E mai l: y r_zh ang @126.c o m ; 杨芃原，教授，Email : p *************** 基金项目：国家自然科学基金863项目（2012AA020202）；973项目（2010CB912700, 2012C B910600, 2013CB911201）； 国家自然科学基金（21227805）资助
7
Applications of New Mass Spectrometry Techniques in Analyzing Illicit Drugs
Jia Bin 1, Xu Guobin 1, Lu Xiaobao 2, Zhang Y urong 2, Y ang P engyuan 1,*
(1. Department of Chemistry and Institutes of Biomedical Sciences of Shanghai Medical School, Fudan University, Shanghai
200433, P . R. China; 2. Shanghai Institute of Forensic Science, Shanghai, 200083, P . R. C hina )
亮点文章 生命科学仪器 2014 第12卷/8月刊
[M+H]+的信号，质谱图较为简单。ESI-MS 的分子定性分析则 需要依赖多级串级谱图分析或高质量分辨率的母离子检测。 近年来，液相谱技术和相关的质谱技术发展迅猛[13, 19~21]， 例如：超高压液相谱系统、多样化的母离子碎裂方式（如 CID [22]、HCD [23]、EC D/E T D [24,25]等）、高质
量分辨的质谱分 析器（如Orbitrap [26]）等。分析仪器厂商基于上述设备推出的 LC-MS 联用仪器也具有愈发杰出的分析性能，受到用户的欢 迎与关注。
叶海英等[27]采用UHPLC 联用LTQ-Orbitrap 质谱仪建立了 多种的分析方法。该方法综合利用了UHPLC 的保留时 间、Orbitrap 记录的高分辨母离子质荷比信息以及LTQ 中CID 碎裂得到的碎片离子的质荷比信息，以提高成分鉴定的 准确度和可信度，并在分析毛发样品的实际应用中取得了较 好的结果。陈跃等[21]也报道了采用超高效液相谱-串联质谱 测定唾液样品中的及其代谢产物的研究。该方法中采用 了具有多反映监测（MRM ）功能的质谱设备；并采用同位素 内标法降低唾液基质对分析物质的干扰，以达到准确定量的 目的。
与GC-MS 相比，凭借仪器厂商的设备不断升级，LC-MS 逐渐表现出更加出的分析性能。但是相应的，LC-MS 类设 备的价格也随着技术的更新而不断攀升，耗材和仪器的运行 维护费用也较为昂贵。
越受到分析人员的重视与青睐。本文将对谱-质谱联用技术 以及基于质谱的电离新技术在分析中的应用进行深入的
讨论。
1 谱-质谱联用技术在分析中的应用
质谱分析是一种可以获取待测样品的分子质量和结构信 息的分析技术，具有灵敏度高、分析速度快、所需样品量少 等特点[14]。谱分离技术与质谱技术的结合，是目前分析化 学家手中最强有力的鉴定工具之一。样品在谱中分离后， 进入质谱的检测成分相对单一，所得到的谱图较易解析；同 时，质谱作为检测器也为谱提供了除保留时间外的样品分 子量、分子结构等信息，可用于进行更加准确的样品定性。 目前，质联用法，在分析领域中已被广泛认可。 1.1 气相谱-质谱联用法
与气相谱联用的质谱设备，通常为装配有E I 源的仪 器。E I 质谱，是通过在真空中利用电子束轰击气态样品分 子，使样品分子电离，从而进行质荷比分析的质谱仪器。在 EI 质谱中，样品分子电离后通常会发生碎裂，产生除分子离 子（或准分子离子）峰外的大量碎片离子；从而提供丰富的 分子结构信息。同时，在实际应用中，还可以通过标准谱图 库（如NIST 等）的对照，来鉴定待测物成分。EI 质谱的缺点 则是每种待测分子均会产生多个离子信号；因此，当待测样 品基体较为复杂时，测得的谱图就会变得异常繁杂而难以辨 识和解析。气相谱-质谱联用的方法则较好地解决了这一问 题。EI-MS 信息与GC 的保留时间信息的结合，能够为样品的 鉴定提供较为充分定性信息。
GC-MS 方法在检验中已显示出了其优越性[15]，并在 各类中获得了广泛的应用。例如，王燕燕等[16]报道其采 用GC-MS 方法对唾液样品中的类的分析进行研究； 金永春等[17]采用GC-MS 技术建立了人血中数种常见的检 测方法，并对不同极性的有机提取溶剂、pH 值、超声提取时 间等前处理条件和 GC-MS 分析条件进行了优化，取得了较好 的结果；孟品佳等[18]，采用GC-
MS 方法对类吸食 者的毛发样品中的含量进行了内标法定量检测，并考察 了毛发不同区段中和后不同时间段中的含量变化情 况。崔连义[15]对1993~2012年间的关于采用GC-MS 法分析毒 品的部分文献进行了相关的总结和评述，展示了GC-MS 方法 在分析领域，尤其是在血液、尿液、毛发等常见生物检 材的分析中的分析性能。 1.2 液相谱-质谱联用法
电喷雾电离（ESI ）是当前LC-M S 联用中主要采用的电 离手段。与EI 相比，ESI 是一种较软的电离方式，通常只产 生准分子离子峰。例如，在正离子模式下，ESI-MS 会产生
2 原位直接电离质谱技术在分析中的应
用
GC-MS 技术和LC-MS 技术经过若干年发展，已在分
析中得到了较为成熟的应用。然而，谱质谱联用的方法， 需要经历复杂、耗时的样品预处理过程，单个样品分析时间 较长。2004年，美国普度大学Cooks 教授的课题组提出一种质 谱电离新技术，并将其命名为DESI （电喷雾解吸电离）[28]
。 随后，Cooks 教授在DESI 的基础上提出了Ambient Ioniz ation (AI)的概念[29]；国内研究人员习惯称其为原位直接电离质谱 技术。在此之后，相继有数十种不同形式AI 技术提出[30] ； 该类电离技术
普遍特点是具有较高基体耐受能力，可在无需
（或只需少量）样品预处理和预分离的情况下对复杂基体样 品中的待测物进行直接质谱分析。除DESI 外，较具代表性的 AI 技术还包括：直接实时分析（DAR T ）[31]、电喷雾萃取电 离（EES I ）[32,33]、表面解吸常压化学电离（DAPCI ）
[34,35]搞笑喜剧电影
、低 温等离子体炬（LT P ）[36]等。各种AI 源的电离机理和实现方 式不尽相同，已有相关文献讨论[30]，本文中不再赘述。
AI 质谱技术的相关研究人员对其技术在物证分析（尤 其包括分析、爆炸物分析等）领域中的应用较为重 视[14, 37]。Kauppila 等[38]采用DESI-MS 法用于快速分析人类尿液
8
亮点文章生命科学仪器 2014 第12卷/8月
刊
样品中的代谢产物，并在报道中指出调整DESI源的喷雾
溶剂可以改变方法的选择性。例如，用水做溶剂可以增强极性待测物（如苯二氮䓬类药物）的信号；而当喷雾溶剂中有机成分含量增高时，弱极性待测物（如可待因、）的信号会明显增强。为了进一步改善待测物极性差异对电离效率造成的影响，Kauppila等[39]又提出采用基于光电离的常压解吸光电离质谱法（DAPPI-MS）对进行快速质谱分析，该方法电离效率不受待测物极性的限制，可同时用于检测极性待测物和非极性待测物。Steiner等[40]报道了DAR T源在及违禁药物筛查中的应用情况。DART技术是目前商品化运作最为成功的一款AI源，其在分析中同样有着较大的应用潜力。
除DESI和DART外，其它AI技术也在分析领域中开展了相关研究工作。李建强等[41]报道采用DAPCI-MS方法实现了对甲基的快速测定，该方法可以在较短的时间内完成样品的一级质谱扫描，并通过串级质谱对甲基、等进行快速定性。Hu等[42]采用nanoEESI-MS技术实现了对多种饮料中的的快速分析，分析每个样品平均耗时仅1.5s，在饮料中的检出限为7~15fg，相对标准偏差为6.9%~8.6%，回收率为104%~108%。Jackson等[43]将L TP-MS 方法用于14种的痕量快速检测，不同待测的检出限分布为0.5ng/mL ~ 0.5μg/mL；并探讨了基体效应对分析结果的影响，尝试将该方法应用于检测唾液、尿液等复杂的生物样本中的。Liu等[44]报道了一种纸喷雾（PS）的质谱方法用于对等待测物进行快速质谱分析，其中的检出限优于100pg。纸喷雾的方法在溶液体积较小时，只需通过纸片沾取的微量溶液样品（<10μL）即可进行分
析。So等[45] 采用木签尖端沾取样品，以尖端电喷雾（WT-ESI-MS）的方法实现了尿液和口服液中和去甲的快速检测和定量分析。
此外，目前基于AI 技术的质谱分析方法，通常是对现有的通用型质谱设备的离子源部分进行改造。分析测试机构引入或购买AI方法进行应用时，还需额外的添置/改造质谱仪器。这会为相关机构的分析测试人员带来不便。因此，该领域迫切需要一种操作简便、具备AI-MS功能的分析专用设备，并据此建立相关待测物的标准谱图库和定性分析标准，以实现对各类样品的快速、高通量的筛查和确证。
参考文献
[1] 李瑛, 路春清, 崔天绥. 分析综述. 广东公安科技, 2002, (02):
5-8.
陈令新, 罗国安, 王俭, 等. 分析研究进展. 药物分析杂志,
2005, (07): 881-888.
夏国美, 杨秀石, 李骏, 等. 新型滥用的成因与后果. 社会科学, 2009, (03): 3-81,189.
杜开林. 新型混合物种类的认定及量刑. 人民司法,
2013, (12): 12-15.
陈荣飞. 论纯度与涉毒行为之定罪量刑关系. 四川理工学院学报(社会科学版), 2011, 03: 49-53.
倪玉霞, 李美红, 任周阳, 等. 分析化学在检验分析中应用方法简述. 云南警官学院学报, 2009, 01: 39-43.
丁继超, 王耀华, 衡克礼, 等. 薄层谱法对依赖者尿检三种显方法灵敏度的实验研究. 中国药物滥用防治杂志, 2000,
03: 10-12.
郦寅. 紫外—可见吸收光谱法在法庭科学中的应用. 微量元素与健康研究, 2014, 31 (2): 53-54.
陈月. 红外光谱库的建立与检索鉴定. 江苏公安专科学校学报, 1998, (01): 78-81.
张润生, 王跨陡, 龚飞君, 等. 类及其衍生物的气相谱-红外光谱分析. 分析化学2012, 06: 915-919.
陆笑寒, 杨甜. 高效液相谱法在检验中的应用. 微量元素与健康研究, 2014, 03: 58,65.
汪聪慧. 法庭科学中的有机质谱法及其相关技术. 法医学杂志,
1999, 04: 245-247.
陈跃, 林雷祥, 张云峰, 等. 超高效液相谱-串联质谱法测定生物样品中常见. 理化检验(化学分册) , 2012, (10): 1154-1157. 王海东, 赵会安, 屈颖, 等. 质谱新技术在物证分析中的应用. 中国科学：化学, 2014, 05: 719-723.
崔连义. 气相谱-串联质谱法测定生物检材中的研究进展.
理化检验(化学分册), 2013, 05: 628-632.
王燕燕, 孟品佳, 王川, 等. 唾液中类的衍生化GC/MS- SIM分析研究. 药物分析杂志, 2010, 09:1658-1663.
金永春, 蔡明招, 黄晓兰, 等. 人血中10种常见的GC-MS同
时检测方法研究. 分析测试学报, 2007, 02: 151-155.
孟品佳, 何洪源, 朱丹, 等. 类滥用者毛发中及其代谢物的分析与解释. 药物分析杂志, 2008, 05: 709-714.
张睿, 王海涛, 吴斌, 等. 高效液相谱-串联质谱法检测人血液中常见残留量. 分析试验室, 2011, 10: 71-74.
王海涛, 张睿, 吴斌, 等. 高效液相谱-串联质谱法测定人尿液中
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
韩松落[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
3结论与展望
[14]
目前，在涉毒犯罪的待测样品取证方面，多数是依靠
GC/LC-MS仪器对证物进行检测分析，以期获得可信的分析
结果。而在涉毒案件的侦破过程中，鉴定专家需尽快为警方提供嫌疑样品的鉴定结果。然而，质联用技术分析样品耗时较长，通量较差，难以满足样品的分析需求。因此，具有无需样品预处理和预分离、分析速度快、通量高等特点的AI-MS技术在这一领域则拥有这较大的应用潜力。然而，上述AI技
术，目前大多尚处于技术创新和对技术本身（如电离机理等）的研究过程中，虽然在分析领域进行了一定的尝试，但尚未能在实际的刑事侦查过程中，提出一条切实可靠的应用路线。[15]
[16]动漫同人女主推荐
[17]
[18]
[19]
[20]
9
亮点文章 生命科学仪器 2014 第12卷/8月刊
2006, (19): 2042-2044.
Chen H W , Zheng J, Zhang X, et al. Surface desorption atmospheric
pressure chemical ionization mass spectrometry for direct ambient sample analysis without toxic chemical contamination. Journal of Mass Spectrometry, 2007, 42 (8): 1045-1056.
Jia B, Ouyang Y Z, Sodhi R N S, et al. Differentiation of hu man
kidney stones induced by melamine and uric acid using surface
deso rptio n atmosph er ic p ressur e ch em ical ion ization mass spectrometry. Journal of Mass Spectrometry, 2011, 46 (3): 313-319. Harper J D, Charipar N A, Mulligan C C, et al. Low-Temperature
台湾艺人王阳明Plasma Probe fo r Am bient Desorption Ionization. Analytical
Chemistry , 2008, 80 (23): 9097-9104.
Ifa D R, Manicke N E, Dill A L, et al. Latent fingerprint chemical
imaging by mass spectrometry. Science, 2008, 321 (5890): 805-805. Kauppila T J, Talaty N, Kuuranne T, et al. Rapid analy sis of
metabolites and drugs of abuse from urine samples by desorption
electrospray ionization-mass spectrometry. Analyst, 2007, 132 (9): 868-875.
Kauppila T J, Arvola V , Haapala M, et al. Direct analysis of illicit
drugs by desorption atmospheric pressure photolonization. Rapid
Communications in Mass Spectrometry , 2008, 22 (7): 979-985. Steiner R R, Larson R L. V alidation of the Direct Analysis in
Real Time Source for Use in Forensic Drug Screening. Journal of
Forensic Sciences, 2009, 54 (3): 617-622.
李建强, 吴转璋, 胡燕, 等. 表面解吸常压化学电离质谱法快速测
定. 质谱学报, 2008, 29 (增刊): 127-128. Hu B, Peng X J, Yang S P, et al. Fast Quantitative Detection of
Cocaine in Beverages Using Nanoextractive Electrospray Ionization
Tandem Mass Spectrometry. Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 2010, 21 (2): 2
90-293.
Jackson A U, Garcia-Reyes J F, Harper J D, et al. Analysis of drugs
of abuse in biofluids by low temperature plasma (L TP) ionization
mass spe ctro m et ry. Analyst, 2010, 135 (5): 927-933.
Liu J J, W ang H, Manicke N E, et al. Development, Characterization,
and Application of Paper Spray Ionization. Analytical Chemistry,
2010, 82 (6): 2463-2471.
So P K, Ng T T, Wang H X, et al. Rapid detection and quantitation
of ketamine and norketamine in urine and oral fluid by wooden-tip
electrospray ionization mass spectrometry . Analyst, 2013, 138 (8): 2239-2243.
28种的残留量. 理化检验(化学分册) , 2012, 11: 1310-1314. 陈跃, 朱军, 于忠山, 等. 超高效液相谱-串联质谱法检测唾液中
3种及其代谢物. 谱, 2012, 11: 1148-1152.
Papayannopoulos I A. The Interpretationof Collision-In duced Dissociation Tandem Mass-Spectraof Peptides. Mass Spectrometry Reviews, 1995, 14 (1): 49-73.
Biem an n K. Sequen in g o f P ept ides by Tan dem Mass- Spectrometryand High-Energy Collision-Induced Dissociation. Methods in Enzymology , 1990, 193: 455-479.
Syka J E P, Coon J J, Schroeder M J, et al. Peptide and protein sequence an aly sis by electr on tr an sf er disso ciat ion m ass spectrometry. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2004, 101 (26): 9528-9533.
Zubarev R A, Kelleher N L, McLafferty F W. Electron capture dissociation of multiply charged protein cations. A nonergodic process. Journal of the American Chemical Society, 1998, 120 (13): 3265-3266.
Olsen J V , de Godoy L M F, Li G Q, et al. Parts per million mass accuracy on an orbitrap mass spectrometer via lock mass injection into a C-trap. Molecular & Cellular Proteomics, 2005, 4 (12): 2010-
2021.
qq密保问题修改叶海英, 郑水庆, 梁晨, 等. L TQ-Orbitrap 组合式高分辨质谱法 快速筛查毛发中7种及代谢物. 分析化学, 2012, (11):
1674-
1679.
Takats Z, Wiseman J M, Gologan B, et al. Mass spectrometry
sampling under ambient conditions with desorption electrospray ionization. Science, 2004, 306 (5695):471-473.
Cooks R G, Ouyang Z, Takats Z, et al. Ambient mass spectrometry .
Science, 2006, 311 (5767): 1566-1570.
陈焕文, 胡斌, 张燮. 复杂样品质谱分析技术的原理与应用. 分析
化学, 2010, 08: 1069-1088. Pierce C Y, Barr J R, C ody R B, et al. Ambient generation of fatty
acid methyl ester ions from bacterial whole cells by direct analysis
in real time (DAR T) mass spectrometry. C hemical C ommunications, 2007, 8: 807-809.
贾滨, 张兴磊, 丁健桦, 等. 电喷雾萃取电离质谱技术及其应用进
展. 科学通报, 2012, 20: 1918-1927. Chen H W, V enter A, Cooks R G. Extractive electrospray ionization for direct analysis of undiluted urine, milk and other complex mixtures withou t sample preparation. Chemical Communications,
[21] [34] [22]
[35] [23]
[24]
[36] [37] [25]
[38] [26]
[39] [27] [40] [28] [41] [42] [29] [30] [43] [31] [44] [32] [45] [33]
（上接P47）
[9]
刘庆阳, 何滨, 胡敬田, 等. 高效液相谱与原子荧光光谱联用分 析海产品中的甲基汞. 分析试验室, 2009, 28(5): 41-44.
余晶晶, 杨红霞, 刘崴, 等. 水浴浸提-高效液相谱-电感耦合 等离子体质谱法快速测定水产品中的甲基汞. 分析化学, 2012, 38(2): 299.
中华人民共和国卫生部.GB/T 5009.1—2003.食品卫生检验方法 理化部分 总则. 北京：中国标准出版社, 2003.
[6] 柯华, 刘巧, 郑中西, 等. 气相谱法测定海产食品中甲基汞的研 究. 中国卫生检验杂志, 2007, 17(7):1227,1306. 中华人民共和国卫生部.GB 5009.17—2003.食品中总汞及有机汞 的测定. 北京：中国标准出版社, 2005.
袁洁, 罗海英, 冼燕萍, 等. 高效液相谱串联原子荧光光度计 法测定鱼肉中甲基汞、乙基汞和苯基汞.现代食品科技, 2009, 27(7): 838-840.
[10]
[7] [11] [8]
10
发布评论