法医毒物

毒品分析，属于法医和和刑侦领域毒物分析中的一类，意在通过分析化学尤其是现代仪器分析技术，对毒品进行定性和定量分析，从而协助判断当事人在事件中的法律责任，为案件提供侦破线索和证据。　　在此背景下，仪器信息网特别建立“质谱在毒品分析领域的技术应用进展”专题，聚焦质谱技术在毒品检测领域的最新应用，以增强业界质谱专家和技术人员、司法公安相关机构工作者之间的信息交流，同时向仪器用户提供毒品分析领域更丰富的质谱产品、技术解决方案。本文邀请到SCIEX公司应用技术专家孙小杰经理谈谈生物检材中的毒（药）物分析相关的一系列产品技术及解决方案。当前，法医生物检材毒物分析有两个难点：（1）如何把要分析检验的毒物或药物从生物样品中提取出来，即在检验之前，被分析的生物检材要经过分离、提取和净化的过程。在这个过程中, 最大的技术难点就是如何去除脂肪和蛋白质；（2）被分析的药物或毒物从生物检材中提取后，或有的经过体内代谢变成了代谢物, 母体药物残留很少。它从以前的化学显色反应、结晶法发展到薄层色谱, 又随着化学仪器分析技术的发展, 采用气相色谱、紫外和红外光谱法、原子吸收法、气相色谱—质谱联用法、高效液相色谱以及高效液色谱—质谱联用法。　　所以在法医毒(药)物分析工作中，由于样品的复杂性、毒(药)物种类的广泛性、分析目标物的不确定性、检验方法的局限性，使得毒(药)物筛查技术一直备受分析工作者的重视。常见的毒品、农药、鼠药、治疗药物、催眠镇静类药物等，化合物种类多，标准品收集难度较大，检测流程繁琐。　　进而，在SCIEX ZenoTOF 7600系统上，我们开发了非常方便快捷的针对803中毒(药)物的定性定量分析方法。方法开发过程中，利用Zeno肼(Zeno TM trap)技术可以显著提高化合物二级的响应强度，使用电子活化解离(EAD)技术又得到不同的化合物二级谱图信息，更有助于化合物的确证和定量。　　ZenoTOFTM 7600系统技术特点　　1. ZenoTOFTM 7600系统(简称7600系统，如图1)在高速脉冲技术检测器下，最快可以实现133Hz的扫描速度，可以实现更多MS/MS图谱采集数目　　2. 7600系统全新的ZenoTM Trap(Zeno 阱)要通过提高离子占空比，实现对离子的富集作用，保证90%以上的离子能够进入飞行时间管中检测，从而提高了MS/MS的灵敏度。　　3. 7600系统新加入的电子激活解离(Electron activated dissociation，EAD)碎裂技术，可以获得更多的MS/MS信息，与碰撞活化解离(Collision-activated dissociation，CAD)碎裂技术有良好的互补性，加强化合物结构解析。　　4. 7600系统的信息依赖性采集模式(Information Dependent Acquisition，IDA)配合动态背景扣除(Dynamic background subtraction，DBS)和多重质量亏损过滤采集方式(Multiple Mass Defect Filter，MMDF)，可以有效去除背景离子干扰，提高MS/MS采集效率和质量。　　图1 ZenoTOFTM 7600系统　　该方案特点：　　1、化合物种类多，覆盖范围广，包含镇静催眠类、精神活性类、鼠药、治疗药物、农药等常见(毒)药物，共803种化合物 　　图2 正模式下化合物的提取离子流图　　图3 负模式下化合物的提取离子流图　　2、ZenoTM trap具有更高的灵敏度，在传统的飞行时间质谱中，由于速度不同，来自碰撞池的碎片通常会在TOF脉冲中间的传输中丢失。因此，对于常规的飞行时间MS/MS，占空比范围大约在5-25%之间。由于离子传输损失，灵敏度会降低。ZenoTM trap通过控制从碰撞池到TOF加速器的离子束来确保更高的离子传输。离子基于势能离开ZenoTM trap。ZenoTM trap可以显著提高二级离子的灵敏度，使用二级离子定量的时候，定量限提高可达数倍到数十倍，如图4所示，同等浓度的茶碱样品，在使用Zeno OFF时，响应强度为256.8cps，而使用ZenoTM trap ON后，灵敏度提高超过13倍。采用ZenoTM trap ON采集模式，保证在定量限附近依然可以得到高质量的二级信息，如图5所示，浓度为定量下限的茶碱样品在ZenoTM trap OFF时，二级碎片较少，且质量较差，而使用ZenoTM trap ON后，得到高质量的二级信息，更有利于做二级图谱的数据库匹配，提高化合物定性准确度。　　图4 Zeno OFF(左)和Zeno ON(右)的二级离子定量数据对比　　图5 Zeno OFF(左)和Zeno ON(右)的二级图谱对比　　3、采用电子活化解离(EAD)技术，得到与传统碰撞诱导解离(CID)技术不同的二级谱图信息，更有助于化合物的结构解析和确证 　　图6 CID模式(a)和EAD模式(b)下4-氟丁酰芬太尼的二级质谱图　　4、简单快速的前处理过程，更便于实际操作和应用，快速实现化合物的定性和定量。　　样品前处理　　• 血液：取100ul血液样本，加入200ul蛋白沉淀剂(甲醇：乙腈=1:1)，涡旋1min，冷冻离心10min，取上清液上机待测。　　• 尿液：取100ul尿液样本，加入200ul蛋白沉淀剂(甲醇：乙腈=1:1)，涡旋1min，冷冻离心10min，取上清液上机待测。　　总结：　　本文使用Zeno TOF TM 7600系统，采用ZenoTM trap采集模式，建立了测定血液和尿液中超过800种毒(药)的定性定量方法 化合物涵盖了常见毒品、治疗药物、生物碱类化合物、常见农药、安眠镇静类和常见鼠药等，化合物种类多，覆盖全，使毒物检测快速定性定量变为可能，本方法也是拿来即用，同时匹配了相应的高质量的二级数据库，在实验室没有标准品的同时，也可以快速的进行定性工作，为从事相关工作的老师提供更加稳定和快速的定性筛查结果，大大提高了实验室的工作效率。当前，法医生物检材毒物分析有两个难点：（1）如何把要分析检验的毒物或药物从生物样品中提取出来，即在检验之前，被分析的生物检材要经过分离、提取和净化的过程。在这个过程中, 最大的技术难点就是如何去除脂肪和蛋白质；（2）被分析的药物或毒物从生物检材中提取后，或有的经过体内代谢变成了代谢物, 母体药物残留很少。它从以前的化学显色反应、结晶法发展到薄层色谱, 又随着化学仪器分析技术的发展, 采用气相色谱、紫外和红外光谱法、原子吸收法、气相色谱—质谱联用法、高效液相色谱以及高效液色谱—质谱联用法。

“精准分析”我们的成功故事系列卓先义：我所知道的法医毒物化学写在前面的话“精准分析• 量化释能”——我们的成功故事系列栏目，是SCIEX帮助科学家们分享有意义的科学发现和研究成果的科普平台。我们期待让更多的人感受到科学和“质谱”的力量，”让质谱改变每个人的生活”始终是SCIEX最美好的远景。SCIEX非常荣幸能够参与到这一系列有趣的科学发现过程中，客户成功就是SCIEX的成功，所以，您读到的是 “我们（SCIEX和客户）的成功故事”。本期科学家卓先义，谈谈法医毒物化学(Forensic Toxicology)。卓先义 研究员个人简介卓先义，1982年1月毕业于南京药学院，即至司法鉴定科学研究院从事司法鉴定工作，期间1991--1992年赴德国埃朗根大学法医研究所进修法医毒理学，现任上海市司法鉴定协会会长，研究员/主任法医师，国家禁毒委毒品滥用防治专家委员会委员，国家禁毒委非药用类麻醉药品和精神药品毒物专家委员会委员，复旦大学、苏州大学、华东政法大学兼职教授， 1998年享受国务院特殊津贴。主持国家科技基础专项、国家十一五科技支撑计划、十二五科技支撑计划、十三五重点研发课题、国家质检总局及上海市重点科研项目多项，在系统毒物筛选、毛发中毒品分析、酒精代谢及代谢物检测研究、药物影响驾驶能力研究等方面处于国际先进水平，在国内外学术刊物上发表论文约50篇，出版专著2部，荣获国家科技进步二等奖一次，上海市科技进步一等奖、公安部科技进步一等奖、司法部科技进步一等奖各一次，省部级科技进步二、三等奖多次；主持制订十余项国家标准、行业标准及部颁技术规范，近40年的鉴定工作经手约10万例案件；作为上海市司法鉴定协会会长，为司法鉴定的管理、规范做了大量工作。近些年来，法医悬疑探案题材的影视剧集非常火爆。荧屏上的法医，勘探犯罪现场、解剖尸体，追击罪恶，张扬正义，很“酷”。但是，那仅仅是法医学很具体的部分。法医学(Forensic Medicine), 是应用临床医学、生物信息学、药学和其他自然科学理论和技能解决法律问题的循证医学，用于侦察犯罪和审理民事或刑事案件提供科学证据。法医学的研究方法有计算机、医学、生物学、化学和物理学五类，是一门综合、多交叉学科。法医学又细分为法医病理学、法医临床学、法医精神病学、法医物证学、法医毒物化学、微量物证学、文件鉴定学、声像鉴定学、痕迹鉴定学、电子数据鉴定、道路交通事故技术鉴定、环境损害司法鉴定、司法鉴定制度与法规等专业方向。作为一名从事了37年法医毒物化学专业的研究者，我想谈一下作为法医学重要的组成部分的“法医毒物化学”。什么是法医毒物化学(Forensic Toxicology)？法医毒物化学是研究毒物的分离、检验及毒物的毒性、中毒机理、代谢等问题的一门学科。其鉴定内容主要包括：体内常见毒（药）物及其代谢物的检验、滥用药物及其制毒化学品的检验、血液中酒精含量的测定及评价等。这门专业学科涉及分析化学、药理学、药物分析、毒物学等其他学科知识。毒物与剂量——食盐也可以是毒物人类对毒物的认识和理解是在认识自然的过程中不断深化的。毒物是指在一定条件下，以较小剂量进入机体，通过化学或物理化学作用，引起机体功能性或器质性损害甚至导致死亡的化学物质。对于毒物的概念，应把握三个要素：①剂量。任何物质当服用达到一定剂量时都可能对人体产生危害，如食盐是人体的必需物质，但服用量过大时，则因吸水作用导致人体离子平衡障碍而死亡。②外源性。毒物是通过各种途径进入机体发挥毒作用的。③作用方式。毒物是通过化学或物理化学作用导致机体功能性或器质性损害的，如一氧化碳CO与血红蛋白通过化学结合形成牢固的碳氧血红蛋白而致机体缺氧。由此可见，毒物的概念是相对的和有条件的。尤其是药物和毒物没有明确的界限，当物质的作用对象、使用方式、使用剂量不同时，可具有不同的性质。因此，又常称“药毒物”。法医毒物检材毒物鉴定检验材料又称检材，是指提供鉴定所用的原始材料。法医毒物分析检材的复杂性表现在以下几个方面：（1）多样性。毒物分析检材种类多样，可能是现场收集的可疑物品，包括药品、毒饵、可疑容器、呕吐物等，也可能是取自活体的体液、呕吐物和排泄物，或尸体的血、尿、肝、肾、动体、脑脊液、腐泥等。检材的多样性包括检材种类的多样性，组成的多样性和检材量的多样性。（2）一次性。检材的一次性是指检验材料一旦用尽，不可复得，即不可复取或不能得到完全相同成分的检材。（3）有限性。通常情况下，检材数量因受具体情况和条件限制而无法多得。要保证分析结果的可靠性和准确性，须存留一定数量的检材以供复核和验证。毒物鉴定目的的不一性、分析目标物的不定性以及毒物种类的广泛性导致了法医毒物鉴定的复杂性。法医毒物鉴定通常有以下几种情况：（1）探查性。探查性的毒物鉴定的委托要求表现为未知物筛选分析或常规毒物分析。这类涉毒事（案）件通常事实真相尚不明朗、怀疑事件与毒物有关，或造成中毒的毒物不明，引发的原因待查。由于此类工作分析目标物不明以及毒物范围难以确定，鉴定时必须系统分析，对可能涉及的毒物进行分离和鉴别，并根据需要进行必要的含量测定，以免造成漏检。实践中，法医毒物鉴定大部分属于探查性或研究性的工作。（2）验证性。验证性的毒物鉴定指事（案）件清楚、检验目标物明确，对指定的毒物进行定性鉴别。如分析可疑吸毒者的尿液以证实是否吸毒；检验送检的材料中是否有指定名称的毒物等。此类验证性工作有时也可能带有探查性质或在鉴定工程中转化为探查性质。液相色谱-质谱联用技术(LC-MS/MS)在法医毒物化学领域中的应用John Bennet Fenn 1989 在Science杂志上发表的文章，阐释了电喷雾质谱在生物大分子化合物的研究和应用，并因此而获得2002年的诺贝尔化学奖。[1]恰好也是在1989年SCIEX公司第一次推出了商业化的液质联用技术——API III。[2][3]我从八十年代开始接触质谱技术(Mass Spectrometry)，在2004年左右的时候，开始接触液质联用技术(LC-MS/MS)，我的第一台液质是API 4000TM，后来又有了4000 QTRAP® 、API 5500一直到6500+。30多年来，我一直从事法医毒理化学研究，因此，也见证了司法鉴定技术、法医毒物化学检测技术的发展与长足的进步。大规模的商业化液质联用技术，助力司法鉴定工作，帮助我们有力的追击罪恶、张扬正义。我所在的团队曾经在2009年编撰一本法医毒物化学的教材《液相色谱-质谱联用技术-在药物和毒物分析中的应用》，这本书是适应近年来迅猛发展的液相色谱-质谱联用技术需要，结合司法鉴定工作者在生物基质样品中药物和毒物分析及应用的实际经验并综述国内外的最新文献报道编写而成。[4]为了保证司法鉴定检测结果质量，近年来，我国司法公安鉴定领域推出了众多的司法鉴定技术标准规范，这些标准规范就是涉及大量LC-MS/MS技术。我所在法医毒物化学检测实验室每年要对上万个案件进行司法鉴定，其中，超过半数的案件，大约5000-6000个案件，都是通过LC-MS/MS技术获得鉴定结果的。未来，液质联用技术应用会越来越重要，在司法鉴定领域中也会有越来越广阔的用途。比如，应用液质联用技术，通过监测城市生活污水中的毒品种类和残留水平，从而，有效评估该地区“毒情”，做到智慧禁毒。同时，我也非常看好应用液质联用技术对人体毛发中毒品残留水平的评价方法，在未来实际司法鉴定工作中的应用前景。2016年时全国仅有20多家实验室拥有毛发中毒品毒物的检测能力，到了2019年已经超过300家实验室拥有这样的检测能力。目前，国家已经将环境损害纳入的司法鉴定范畴，因此，我相信LC-MS/MS技术在环境损害司法鉴定领域拥有更广阔的应用前景。对于致力于法医学和法医毒物化学研究年轻人的寄语法医毒物化学是特种学科，要求知识面广、逻辑性强，具有挑战性。科学技术发展日新月异，选择了法医毒物化学就是选择了终身学习和进步不止的人生。年轻的法医学和法医毒物化学工作者任重道远，要及时更新知识，了解掌握最新最有效的技术手段。你们承载着学科发展的希望，要做有梦想的青年，有梦想才会规划自己的学习生活、有梦想才会实现自己的青春理想，梦在前方，路在脚下。参考文献：1. Electrospray ionization for mass spectrometry of large biomolecules[J]. JB FENN, M MANN, CK MENG, et al. SCIENCE, 1989 : 64-71.2. The fascinating history of the development of LC-MS a personal perspective, Frank Pullen, Chromatography Today, February/March 20103. Development of bioanalysis: a short history, Howard Hill, Bioanalysis, Vol. 1, No. 1, 27 Mar 20094. 液相色谱—质谱联用技术在药物和毒物分析中的应用[M]. 向平, 沈敏, 卓先义.上海科学技术出版社, 2009.

随着全球毒品问题的日益严重，法医毒物和毒品分析技术在司法鉴定、案件侦破、药物监管和公共卫生等领域发挥着越来越重要的作用。新型毒品不断出现，分析方法也需要不断更新和完善，以满足实际工作的需求。为了促进法医毒物和毒品分析技术的发展和应用，加强国内外同行的交流与合作，仪器信息网特别举办“法医毒物与毒品分析技术进展”主题网络研讨会。　　本次研讨会将于2024年7月25日举行，将邀请来自公安部、司法鉴定中心、医院中毒医学科、高校科研院所、侦查学院等领域的权威专家，就法医毒物和毒品分析技术的最新进展、挑战和未来发展趋势进行深入研讨。部分专家阵容：　　毒品毒物不仅危害人民身体健康，严重损耗社会财富，其对社会产生的不良影响更严重阻碍了社会健康发展。我们期待通过这次会议，推动法医毒物和毒品分析技术的创新，提高我国在该领域的研究和应用水平，为打击毒品犯罪、保障人民身体健康和社会安全稳定作出贡献。同时，我们也希望通过这次会议，加强国内外行业人士的交流与合作，共同应对全球毒品问题带来的挑战。让我们携手努力，为构建一个更加健康、安全、和谐的社会贡献力量。期待您的参与，共同见证法医毒物与毒品分析技术的最新进展!　　点击下方链接进行报名：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/forensic240725/