固相微萃取技术在微量物证检验鉴定中的应用＊
杨 晶，康明星，宋爱英△
（甘肃政法学院公安技术学院，甘肃 兰州 730070）
摘 要： 微量物证作为侦破案件的重要证据，为查明案件事实，惩治违法犯罪提供重要依据。固相微萃取作为一项依附于现代科技的先进样品前处理技术，目前已被广泛应用于环境、水样、以及生物分析中，本文主要对近10年来固相微萃取新型萃取模式以及在微量物证检验方面的应用进行综述，旨在为相关司法鉴定检验提供有效的理论参考。
关键词： 固相微萃取；新型萃取模式；毒品滥用；爆炸残留物
1 概述
微量物证作为证明案件事实的重要证据，是侦查取证的重要环节。在案件现场勘查过程中，对其进行有效提取以及准确进行定量定性分析是微量物证实现其证明力的关键步骤。但是微量物证因其特殊的存在方式，对其进行快速、准确分析也是侦查工作的难点。随着科技的进步，在现代科技的依托下，固相微萃取（SPME）和液相微萃取作为优秀的现代样品预处理技术迅速发展，固相微萃取是1990年由加拿大Pawliszyn研究小组提出的[1]。该技术因具有：1）无需萃取溶剂、成本低、操作简便、快速、高效、灵敏；2）通过与 GC、GC/MS、LC 和 LC/MS/MS 等仪器联用，可实现萃取、解析和进样全自动化；3）属动态平衡萃取，有更广泛的适用范围等一系列优点，因而自问世以来便受到了高度关注，目前已被应用于对生物、环境和食品等样品中多种目标分析物的检测分析。本文主要介绍近10年来固相微萃取技术在微量物证分析中的应用。在SPME中有三种基本的萃取方式：直接萃取、顶空萃取、膜保护萃取[2-4]。
(2) “⟹”对任意x,y∈X,若η(x)=η(y),{x}-={(y}-,由X为T0空间,x=y,故η为单射。
2 主要萃取模式
2.1 直接萃取（Directimmersion,DI-SPME）
在直接萃取模式下，萃取纤维直接插入到样品中，经过搅拌，分析物从样品基质转移到萃取相中，然后直接进行脱附、分析。它通常是开放式、由扩散速率控制的萃取技术，根据应用使用适当的设备格式，从一系列样品基质中提供有效的分析物富集。换句话说，样品基质和萃取涂层之间化合物分配平衡的传质过程是SPME操作的主要原理。因此，被分析物对样品基质的亲和性起着重要作用。常用的先进萃取涂层主要包括：聚合物离子液体（PILs）、碳纳米管（CNT）图层、分子印迹聚合物（MIPs）以及金属有机框架[6]。
TiJan等人[7]提出了一种由聚醚醚酮（PEEK）网制成的新型固相微萃取-透射模式 （SPME-TM）装置，实时串联质谱（DART-MS/MS）快速筛查和定量口服液（OF）和尿液中的滥用药物，结果显示：在评估范围内（0.5～200ngmL-1），测试产生了令人满意的定量限（中位数,0.5ngmL-1），线性（≥0.99）和准确度（80%～120%）。能够通过直接快速检测生物流体中的禁用物质。考虑到合适的便携式DART仪器的可用性，SPME-TM-PEEK在现场药物测试中有着巨大的发展潜力。杨瑞琴等人利用溶剂提取-固相微萃取-气质联用建立了肝脏中26种投毒农药的快速筛查与定量分析方法。该方法不仅有效地减小了肝脏样本中油脂、色素以及蛋白质等内源性大分子物质的干扰，测定结果更加准确、可靠，而且极大地缩短了农药筛查所用时间，还提高了农药定量分析的灵敏度。对于农药投毒案件受害人肝脏中未知农药的快速筛查与定量分析，从而及时、准确地为侦查部门提供投毒农药信息，对投毒案件的侦破具有重大意义[8]。Hamed等人[9]开发了一种使用蚀刻的金属尖端涂覆有薄层生物相容性纳米结构聚吡咯（PPY），或通过使用涂覆的叶片喷涂（CBS）进行微取样的装置，该装置可以通过专用接口与液相色谱法（LC）或质谱法（MS）直接联用。对血液中的阿米替林、尿液中的可卡因分别进行定量分析，结果表明，与其他报道的基于没有涂层的金属针的方法相比，提取效率至少是裸线的100倍。对于添加到血液和血浆提取物中的分析物，在绝对基质效应方面取得了令人满意的结果（即81%～108%的准确度）。整个分析过程可以在几分钟内进行，灵敏度和定量精度高，可以在不去除组织的情况下丰富携带有关研究系统化学信息的小分子，从而提供更清洁的提取方法。可用于各种生物基质的样品分析。Liu等人[10]使用开放式端口探针（OPP）作为直接和强大的采样接口，将生物相容性SPME（Bio-SPME）纤维与MS结合，以快速定量人体血浆中可待因和氢可酮。同时，实施差分迁移率光谱（DMS）装置代替色谱法，以提供必要的量化这些组成异构体所需的选择性。结果表明;定量限（LOQ）为1ngmL-1，线性动态范围为1～500ngmL-1，具有良好的准确度（85%～106%）和线性（R2＞0.99）。只需了DMS提供的分离步骤就可完成分离，总分析速度可达到每个样品10～15s。SPME-OPP-MS可用于量化未分解的化合物或那些受共同提取的非等压干扰物阻碍的化合物，而无需进一步需要与其他分离技术联用。
(1) 单边供电模式下单列AW3车测试场景如图1所示。在单列AW3车起动情况下，通过该场景可以测得完整的列车起动电流波形，该波形对牵引供电系统继电保护整定值的设定与校验具有重要参考价值。重点对列车起动过程、惰行及制动状态下的负载特征进行对比测试。通过测试数据，可以对列车负载特性下的实际工程数据进行全面分析，以进一步为后续的故障判断提供数据。
2.2 顶空萃取 （Headspace solid phase microextraction,HS-SPME）
刘帅等人将固相微萃取柱制成带有不同涂层材料的微球进行使用，建立了微循环固相微萃取技术对毒品甲基苯丙胺合成过程中的特征反应中间体、副产物和杂质的提取及检测的方法，在优化条件下，对11份云南边境地区缴获的样品进行分析，建立各样品化学指纹图谱，检测结果均满意，为分析新型毒品合成方式与制毒化学原料之间的关联性提供技术支撑。[18]
膜保护萃取相较直接萃取和顶空萃取应用较少，因为被分析物必须先扩散穿过纤维膜，再分配或吸附到涂层中，分析物运动模式明显缓慢，但除去动力学因素，膜保护萃取对于特定分析物还是很有效的方法。
双拥办是该区对口解决退役军人问题的部门之一。这些年一起走过的风风雨雨，让这些退伍老兵已经把这里当成了“娘家”，一有空就前来扎堆，互诉衷肠，互相鼓励。他们对杏花岭区为他们千方百计排忧解难的做法非常认可，对王业发这样肯扑下身子实干、能不畏艰难敢于担当的干部很是钦佩。王业发得到了部队官兵、家属、复退转军人、军烈属和社会各界的广泛赞誉。
Anthoula等人[17]运用化学计量学通过挥发性化合物的进化来评估肉类腐败。结果表明，HS-SPMEGC/MS分析提供了有关在肉类储存期间检测到的大量挥发性代谢化合物的有用信息。并通过使用化学计量学，许多已鉴定和半定量化合物与感官评分相关，描绘了可能的腐败指标。最后，应用的GC/MS全局模型能够估计不同微生物的微生物数量和肉样品的感官评分，而无需考量储存条件（即包装和温度）。
2.3 膜保护萃取
Mohd等人[12]提出了一种基于顶空单滴微萃取（HS-SDME）结合气相色谱-火焰离子化检测（GCFID）分析模拟火灾碎片样品的分析方法，快速，简单和灵敏，是分析火灾碎片样品中助燃剂的良好替代方法。Christopher等人[13]在低温冷却的玻璃棉GC入口衬管上用氯甲酸丁酯在线衍生氨，利用收集在低温冷却气相色谱（GC）入口上的衍生剂氨基甲酸丁酯，通过气相色谱-质谱（GC-MS）分析，开发了一种检测气态产物的新方法。针对氨质量小、挥发性高，在痕量水平难以检测，特别是存在其他化学干扰物的情况下的分析方法。利用该方法定量分析了散装硝酸铵离解以及与铝和矿脂（自制炸药中常用的燃料）混合后产生的顶部空间氨蒸气浓度，所得氨基甲酸丁酯峰面积的相对标准偏差在4%和15%之间。得到的线性回归曲线确定为Φ=40772x～75043，R2值为0.9992，并且该方法的检测限估计为0.58ng（柱上）氨。Arnon等人[14]针对SPME纤维的脆弱性，提出了一种纤维保护装置。采用顶空SPME（HS-SPME）汽油和柴油蒸气分析法对带纤维保护剂的SPME进行了测试。对SPME保护剂提取的结果与无保护剂的SPME提取的结果进行了比较。结果表明，该保护剂对较轻的碳氢化合物有增强作用，但方法灵敏度不会下降，用乙酸乙酯洗涤法可以很容易地将SPME保护剂中的污染物残渣清除。保护器可以使用多年，纤维在数百次取样中保持完好。使用SPME纤维保护剂进行ILR可燃液体残留物常可用于实验室工作。效果良好，可延长SPME纤维的使用寿命并防止其破裂。并开始运用于一些挥发性爆炸物的分析实验中。张凤梅等人采用Salivette采样管收集人体唾液，以喹啉为内标，通过优化前处理条件，建立了同时测定吸烟者唾液中游离烟碱、降烟碱、麦斯明、烟碱烯、新烟草碱等7种生物碱的顶空 （HS）-固相微萃取 （SPME）-气相色谱-串联质谱（GC-MS/MS）方法，并采用该方法对不同吸烟者唾液样本进行了分析[15]。Gabriele等人[16]也开发一种顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气相色谱-质谱法测定母乳中四氢大麻酚 （THC）、大麻酚（CBD）和大麻酚（CBN）的分析方法。在优化条件下，校准曲线在20～200ng/mL（R2=0.99）的浓度范围内呈线性。日内和日间精密度不大于13.3%（相对标准差），准确度偏差在5.5%～17.9%之间。并应用实际检材进行验证，是一种相当有前途、低成本和环保的技术。
2.4 其他萃取模式
在1993年首次描述的顶空萃取中，纤维位于液体或基质之上进行取样。从萃取动力学角度来说顶空要比液体的速度快、回收率高，由于空气纤维分区系数很大，并且纤维与液体样品不直接接触，所以通常只能产生较小的纤维污垢或纤维污染。顶空萃取首选适用于萃取复杂液体样品和固体样品。更适合于高挥发性、低极性的的物质，对于有挥发性的分析物，可通过样本中温和的加热使其挥发。Zhang等人[11]提出了提出了一种新的石墨烯涂层固相微萃取（SPME）纤维的制备方法。该石墨烯涂层纤维的富集因子 （EFS）比市售聚二甲基硅氧烷（PDMS）纤维高2倍，比苯并[b]荧蒽高17倍，且EFS随多环芳烃凝聚环数的增加而增加。在优化条件下，根据对多种有机化合物（包括多环芳烃、具有不同取代基的芳香族化合物和一些脂肪族烃）的选择性研究结果，对于多环芳烃分析，石墨烯涂层纤维显示良好的精度（＜11%），低检测限（1.52～2.72ng/L），宽线性 （5～500ng/L）。纤维间的重复性为 4.0%～10.8%。回收率高。
Nevs等人[19]描述了一种基于管内固相微萃取（IT-SPME）结合纳米液相色谱法检测不同表面上大麻残留的方法，该方法利用紫外二极管阵列检测（DAD）检测大麻素四氢大麻酚（THC）、大麻酚（CBD）和大麻酚（CBN）；所提出的条件也可用于定量分析。结果显示：收集THC样品量低至0.08mg进行分析，得到的样品中THC的百分比通常在0.6%～2.8%之间，这意味着这种化合物的量低至1～2g也可进行充分检测和定量。此外，还评估了储存条件对THC水平的选择性和影响。首次证明了SPME结合纳米液相色谱分析大麻植物提取物等复杂基质的可靠性。该方法已应用于检测不同种类物品（塑料袋、办公用纸、铝箔、棉布和手皮）中的大麻残留。
宋爱英等人[20]以纤维SPME技术为例，具体综述了非衍生化萃取法与衍生化萃取法在苯丙胺类毒品分析中的新型研究成果，并对其发展方向进行了展望[21]。
3 结论
固相微萃取（SPME）是具有多种功能的样品前处理及技术，因其灵敏度高、自动化程度高以及操作简单等特点，已经广泛引用与包括葡萄酒挥发物分析，污染物体内分析，土壤现场分析，水样分析，食品分析，体外和体内代谢组学研究，制药和生物医学分析等各方面。但相应的也存在一定的问题，例如，商用萃取头价格较高，且不能二次使用；新型萃取装置普及率不高，无法形成商业化萃取装置；萃取涂层种类较少等。现代分析化学家应当有针对性的完善SPME技术，使固相微萃取技术更加广泛应用于微量物证检验鉴定中。
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中图分类号： D919
＊基金项目： 国家自然科学基金（21565005）；甘肃省高等学校科学研究项目（2018A-069）和兰州市科技计划项目（2016-3-36）。
△通讯作者： 宋爱英（1977-），男，博士，副教授，研究方向：法医毒物分析.18993045438，E-mail:say6982@gsli.edu.cn。
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