張艷林，宋慶芳

(廣東警官學(xué)院 刑事技術(shù)系，廣東 廣州 510232)

如何把存在于復(fù)雜生物基質(zhì)中的待測(cè)組分快速轉(zhuǎn)變成現(xiàn)代分析儀器所能接受的樣品形態(tài)，一直備受司法鑒定物證分析工作者的關(guān)注。固相微萃取 (SPME)技術(shù)于1990年由加拿大Waterlop大學(xué)的Pawliszyn等人發(fā)明，是一種集采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體的綜合技術(shù)。這一技術(shù)具有分析速度快、方法簡(jiǎn)便、無(wú)需溶劑、靈敏度高、所需樣品體積小，易于實(shí)現(xiàn)儀器化和自動(dòng)化，適用于現(xiàn)場(chǎng)分析等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使其越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于各個(gè)研究領(lǐng)域。本文主要對(duì)影響SPME技術(shù)的因素及其在司法鑒定中的應(yīng)用做一綜述。

一、影響SPME技術(shù)的因素

由SPME技術(shù)的作用原理可知，固相萃取量與被分析體系中的諸多因素有關(guān)。如何提高待測(cè)組分的固相萃取量，即提高分析檢測(cè)的選擇性和靈敏度是該方法研究的核心內(nèi)容。大量的研究證實(shí)，選擇合適的萃取頭和最佳的實(shí)驗(yàn)條件是保證應(yīng)用SPME技術(shù)取得理想分析結(jié)果的關(guān)鍵。

(一)萃取頭的選擇

SPME的核心部分是萃取頭的涂層，涂層的厚度和種類在很大程度上決定了方法的靈敏度和選擇性，因此選擇合適的萃取頭涂層是SPME方法成功與否的關(guān)鍵。和色譜柱的吸附一樣，SPME的吸附也遵循“相似相溶原理”，極性涂層對(duì)極性待測(cè)組分具有較強(qiáng)的親和力;反之，非極性涂層對(duì)非極性待測(cè)組分具有較強(qiáng)的親和力。一般來(lái)說(shuō)，涂層薄的萃取頭適于較難揮發(fā)、分子量大的化合物，涂層厚的萃取頭適合于易揮發(fā)、分子量小的化合物。萃取頭涂層越厚，對(duì)待測(cè)組分吸附量越大，可降低最低檢出限，提高檢測(cè)靈敏度，但涂層越厚，所需平衡萃取時(shí)間越長(zhǎng)，使分析速度減慢。因此，選擇萃取頭時(shí)應(yīng)綜合考慮各種情況。理想的萃取頭涂層應(yīng)對(duì)待測(cè)組分有較強(qiáng)的萃取能力，并能在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到吸附平衡;對(duì)其熱解吸時(shí)，被萃取組分能迅速?gòu)妮腿☆^上解吸出來(lái);另外，所選萃取頭還必須具有良好的熱穩(wěn)定性。目前常用的商品化萃取頭涂層有三類。其一為非極性涂層如聚二甲基硅氧烷 (PDMS)適用于分析非極性化合物;其二為極性涂層如聚酰胺(PA)和聚乙二醇 (PEG)適用于分析極性化合物，其中PA適用于分析含有雜原子的極性化合物，PEG適用于分析酚類化合物;其三為中等極性混合型涂層如聚乙烯二醇－二乙烯基苯 (CW－DVB)。這三類涂層可滿足大多數(shù)樣品中待測(cè)組分的萃取。在實(shí)際操作中應(yīng)綜合考慮被測(cè)組分的分子量、極性和揮發(fā)性等因素，選擇合適的萃取頭進(jìn)行分析測(cè)定。一些典型的商品化萃取頭涂層及應(yīng)用見(jiàn)表1。

表一、幾種主要商品化的纖維涂層Tab1．Several main commercialized fiber coating in SPME

(二)萃取時(shí)間的選擇

萃取時(shí)間即待測(cè)組分在各相達(dá)到平衡的時(shí)間，是由涂層厚度及理化性質(zhì)、分配系數(shù)、擴(kuò)散速率、樣品基質(zhì)等多種因素決定的。由于涂層對(duì)待測(cè)組分的吸附速率是隨時(shí)間變化的，吸附初期速率較快，隨后會(huì)進(jìn)入一個(gè)平臺(tái)期，最后吸附速率減慢。因此，為保證檢測(cè)結(jié)果有良好的重現(xiàn)性，應(yīng)嚴(yán)格控制萃取時(shí)間的一致性。一般情況下，檢測(cè)揮發(fā)性有機(jī)物時(shí)，10min左右可以達(dá)到平衡，而檢測(cè)基質(zhì)復(fù)雜或較難揮發(fā)的有機(jī)物時(shí)，平衡所需時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)至30 －60min。

(三)萃取溫度的選擇

萃取過(guò)程中，分配系數(shù)與溫度密切相關(guān)，適當(dāng)加熱升高樣品溫度，可加快被測(cè)組分的擴(kuò)散速度，縮短平衡時(shí)間。但涂層的吸附是一個(gè)放熱過(guò)程，過(guò)高的溫度會(huì)使分配系數(shù)下降，直接引起檢測(cè)靈敏度的下降。因此，在實(shí)際工作中要根據(jù)被測(cè)樣品的具體情況確定最佳萃取溫度，特別是進(jìn)行多組分同時(shí)測(cè)定時(shí)，萃取溫度的影響尤為突出。

(四)無(wú)機(jī)鹽效應(yīng)及pH值影響

樣品中加入無(wú)機(jī)鹽，可增加樣品體系的離子濃度，使待測(cè)物溶解度降低，從而增加分配系數(shù)，提高萃取效率和分析靈敏度。但過(guò)高的鹽濃度會(huì)增加體系的粘度，影響擴(kuò)散速率，產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。適當(dāng)調(diào)節(jié)體系pH值，可防止液體試樣中待測(cè)物質(zhì)離子化，使其處于分子狀態(tài)，增加親脂性，降低溶解度，提高萃取效率。因此，體系pH值的調(diào)節(jié)是不容忽略的。

(五)攪拌基質(zhì)的影響

攪拌可使待測(cè)物分布均勻，增加質(zhì)量傳遞速度，更快地達(dá)到分配平衡，提高萃取效率。超聲振蕩可更好地促使待測(cè)物遷移到吸附涂層上，增加有機(jī)物在氣相中的濃度，有利于提高吸附效率和分析的準(zhǔn)確性。

二、SPME技術(shù)在司法鑒定中的應(yīng)用

在司法鑒定領(lǐng)域，SPME技術(shù)主要應(yīng)用在生物樣品中的毒品、毒物、藥物，火災(zāi)和爆炸殘留物，人體氣味等物證的分析鑒定中。

(一)在毒品鑒定中的應(yīng)用

毒品濫用日益嚴(yán)峻，已經(jīng)成為當(dāng)今的全球性問(wèn)題，給社會(huì)帶來(lái)了嚴(yán)重危害。在毒品的檢測(cè)中，樣品前處理是制約分析檢測(cè)方法成敗的瓶頸因素，固相微萃取技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，成為毒品分析領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛的前處理技術(shù)。

目前常見(jiàn)毒品多為非極性化合物，因此萃取這類物質(zhì)多采用非極性萃取頭PDMS。通過(guò)選擇最佳萃取頭類型、萃取時(shí)間、解析時(shí)間、離子強(qiáng)度等可以優(yōu)化SPME條件，我國(guó)司法鑒定工作者已將SPME技術(shù)成功應(yīng)用于人體尿液中氯胺酮的檢測(cè)［1－2］，方法預(yù)處理簡(jiǎn)單、分析速度快、靈敏度高。在苯丙胺類毒品的分析中，SPME技術(shù)的應(yīng)用也很廣泛，李學(xué)博［3］等采用100umPDMS萃取頭萃取尿中的甲基苯丙胺，在低、中、高 (200、500、1000ng/mL)濃度的平均相對(duì)回收率為102.6%、98.5%、93.2%，日內(nèi)及日間 RSD分別小于8.1%、7.2%，能夠快速地定性、定量檢測(cè)吸毒人員體內(nèi)的甲基苯丙胺。劉兆［4］等研究了可大批量連續(xù)進(jìn)行毒品自動(dòng)分析的方法，在苯丙胺類毒品的氣相色譜－質(zhì)譜分析中，利用SPME技術(shù)及AOC－5000自動(dòng)進(jìn)樣器完成了自動(dòng)化分析。其方法不僅操作簡(jiǎn)便而且保證了較高的靈敏度。在對(duì)生物檢材中可卡因及其代謝物的分析研究中，王小波［5］等比較了L－L萃取、SPE、SPME的可行性，總結(jié)出SPME方法是一種綠色、快速、準(zhǔn)確、靈敏的前處理方法。SPME與 GC/MS和HPLC/MS等在線聯(lián)用，進(jìn)一步完善了分離分析一體化技術(shù)，使其在毛發(fā)藥物分析中展示出良好的應(yīng)用前景，孫英英［6］對(duì)SPME技術(shù)在毛發(fā)中濫用藥物如苯丙胺類、美沙酮、大麻、可卡因、利多卡因等及其相應(yīng)代謝產(chǎn)物的分析研究及應(yīng)用進(jìn)展做了綜述。

(二)在農(nóng)藥鑒定中的應(yīng)用

SPME技術(shù)在農(nóng)藥殘留檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，國(guó)內(nèi)外很多人開(kāi)展了這方面的研究工作［7］。付穎［8］對(duì)SPME技術(shù)在農(nóng)藥殘留分析中的應(yīng)用進(jìn)行了較詳盡的論述，對(duì)影響萃取效果的諸因素給出了系統(tǒng)說(shuō)明，引用國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)多達(dá)56篇。王云玉［9］綜述了近年來(lái)生物樣品中農(nóng)藥分析的樣品前處理技術(shù)和檢測(cè)方法，重點(diǎn)對(duì)固相微萃取技術(shù)進(jìn)行了評(píng)述。

朱捷［10］以HS－SPME作為前處理手段，采用GC－MS聯(lián)用方法測(cè)定了牛奶樣品中31種農(nóng)藥組分 (其中有機(jī)氯農(nóng)藥23種，擬除蟲菊酯類農(nóng)藥8種)。整個(gè)研究過(guò)程幾乎沒(méi)使用有機(jī)溶劑，集提取濃縮于一體，大大降低了檢測(cè)時(shí)間，提高了分析效率。該方法快速、簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、可靠、環(huán)保。適用于批量牛奶樣品中農(nóng)藥殘留的篩查。

(三)在毒鼠強(qiáng)鑒定中的應(yīng)用

毒鼠強(qiáng) (tetramine)，化學(xué)名四亞甲基二砜四胺，又稱四二四，是一種對(duì)人、畜具有劇烈毒性的滅鼠劑。人的口服致死量為 0.1～0.2 mg/kg，，其毒性大約為士的寧的5倍、氟乙酰胺的3～30倍、氰化鉀的100倍［11］。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)嚴(yán)禁使用。但近年來(lái)毒鼠強(qiáng)所引起的意外中毒或投毒事件日益增加，給公眾安全和社會(huì)生活造成了很大的影響。中毒檢材以剩余食物、嘔吐物、胃內(nèi)容物中毒鼠強(qiáng)含量最高，血、尿、肝等也是很好的檢材。有報(bào)道說(shuō)明毒鼠強(qiáng)中毒40天后其血液中仍可檢出毒鼠強(qiáng)，而在尿液中檢出毒鼠強(qiáng)的時(shí)間可延續(xù)5個(gè)月之久［12］。

國(guó)內(nèi)外研究者較早將SPME技術(shù)應(yīng)用在尿液中毒鼠強(qiáng)的提取檢測(cè)［13－14］，采用極性 85μm PA 作為萃取頭涂層，用氣相色譜－氮磷檢測(cè)器測(cè)定，方法快速、準(zhǔn)確、靈敏。近年來(lái)SPME應(yīng)用于血液中痕量毒鼠強(qiáng)的檢測(cè)也取得了良好的效果。劉霞［15］利用SPME和GC/MS聯(lián)用測(cè)定了血液中的毒鼠強(qiáng)，取得了令人滿意的結(jié)果。趙艦［16］等在用SPME技術(shù)分離和測(cè)定血液樣品中的毒鼠強(qiáng)時(shí)，取2mL血樣加水稀釋至15mL，插入PA萃取纖維頭30min，取出萃取頭用水洗滌2～3次后，在氣相色譜儀的前進(jìn)樣口加熱除去殘留的水分，然后將萃取頭插入儀器的進(jìn)樣口進(jìn)行熱解吸，并測(cè)定其含量。此方法的檢出限為1.1μg/L。在毒鼠強(qiáng)濃度為 100μg/L時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 (n=6)為4．03%。

(四)在火災(zāi)和爆炸殘留物鑒定中的應(yīng)用

火災(zāi)和爆炸現(xiàn)場(chǎng)所獲取的殘留物，由于成分復(fù)雜，含量低微，不但容易污染分析儀器，而且會(huì)產(chǎn)生很大的背景干擾，難以取得理想的分析鑒定效果。因此，樣品的前處理在整個(gè)分析鑒定工作中起著重要的作用。在火災(zāi)及爆炸殘留物的檢測(cè)中，目前常用的前處理方法有L－L萃取法、SPE法等。這些方法耗時(shí)長(zhǎng)、勞動(dòng)量大且需大量溶劑，有毒溶劑不僅影響操作人員健康，污染周圍環(huán)境，而且對(duì)提取液進(jìn)行濃縮時(shí)，經(jīng)常造成目標(biāo)物損失，使鑒定結(jié)論的準(zhǔn)確性受到影響。SPME技術(shù)克服了這些缺點(diǎn)，在操作過(guò)程中完全不使用有機(jī)溶劑，操作時(shí)間短，檢材用量少。由于萃取頭對(duì)碳?xì)浠衔锏母哌x擇性和強(qiáng)富集性，有效地避免了基質(zhì)中雜質(zhì)、污染物的引入，可以輕松自如地獲得足夠的分析目標(biāo)物［17－18］。

AshleyC ．Harris［19］在對(duì)汽油、煤油和柴油這三種常見(jiàn)助燃劑檢測(cè)的研究中發(fā)現(xiàn)，SPME技術(shù)是目前常用的活性碳吸附法的有效替代前處理方法。查正根［20］等采用SPME－GC－MS方法，完成了模擬火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的殘留物分析，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)殘留物中是否含有助燃劑作到了準(zhǔn)確的識(shí)別。

在當(dāng)前的縱火案中，使用的助燃劑不僅限于汽油、煤油和柴油等礦物油，越來(lái)越多的縱火分子使用乙醇、乙醚、丙酮等助燃劑。前者，燃燒后留下比較明顯的燃燒痕跡，因此稱之為痕跡助燃劑;后者，燃燒后不容易留下明顯的燃燒痕跡，稱之為無(wú)痕跡助燃劑。很多學(xué)者對(duì)痕跡助燃劑鑒定做了深入的研究和總結(jié)，而對(duì)于無(wú)痕跡助燃劑鑒定的研究尚處于起步階段。李盈宇［21］等首次將SPME技術(shù)應(yīng)用于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)痕跡助燃劑的提取鑒定，通過(guò)萃取頭涂層的吸附作用從火災(zāi)受傷人體血液中直接吸附無(wú)痕跡助燃劑進(jìn)行GC/FID定性定量分析。

在爆炸殘留物鑒定分析中，國(guó)外司法鑒定工作者已廣泛采用SPME技術(shù)作為前處理技術(shù)［22］，但在國(guó)內(nèi)這方面報(bào)道很少。

(五)在人體氣味鑒定中的應(yīng)用

在人體氣味鑒定中，利用警犬靈敏的嗅覺(jué)識(shí)別人體氣味，借以追蹤犯罪嫌疑人是沿用至今的方法。但在警犬的使用中，仍然存在一些缺陷，主要是警犬自身的身體狀況、復(fù)雜環(huán)境的干擾等因素均會(huì)對(duì)人體氣味的鑒定產(chǎn)生較大的影響。因此人們一直希望能采用儀器分析的方法對(duì)人體氣味進(jìn)行檢測(cè)，并與警犬所得結(jié)果相互驗(yàn)證。在這方面，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員做了一些工作，但由于人體氣味復(fù)雜、可供檢測(cè)的物質(zhì)量極少、且受環(huán)境影響較大等特點(diǎn)，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道不多。

有人將SPME技術(shù)應(yīng)用于人體腋窩部位的氣味成分分析［23－24］，確認(rèn)出人體氣味中所包含的化學(xué)成分，通過(guò)其所含化學(xué)成分的不同來(lái)區(qū)分和認(rèn)定不同個(gè)體。代勇［25］等采用HS－SPME－GC－MS分析法分別對(duì)不同人體手部氣味中的主要揮發(fā)性成分醇、酚、醛、酮、酸、酯等6類物質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定。其結(jié)果顯示，除了酸類和酚類物質(zhì)不能用作鑒別不同人體氣味的指標(biāo)性成分外，其他4類物質(zhì)均可作為鑒別不同人體氣味的指標(biāo)性成分。王淳浩［26］采用SPME技術(shù)與GC－MS聯(lián)用法相結(jié)合的分析方法，分別檢測(cè)出人體氣味中常見(jiàn)的25種組分。

三、展望

SPME技術(shù)因其攜帶方便、操作簡(jiǎn)便、測(cè)定快速、高效的特點(diǎn)，且是一種無(wú)溶劑的樣品預(yù)處理方法，可以實(shí)現(xiàn)與多種現(xiàn)代分析儀器的聯(lián)合運(yùn)用，研究分析領(lǐng)域廣泛，在司法鑒定領(lǐng)域的應(yīng)用潛力很大。預(yù)計(jì)未來(lái)的研究熱點(diǎn)會(huì)集中在三個(gè)方面:一是研究和開(kāi)發(fā)新涂層及新裝置，使SPME技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛;二是提高SPME技術(shù)的自動(dòng)化程度，使分析結(jié)果的重現(xiàn)性更好、準(zhǔn)確性更高;三是開(kāi)發(fā)研制生物樣品中多組分同時(shí)測(cè)定的分析方法，將現(xiàn)代儀器分析技術(shù)，特別是現(xiàn)代質(zhì)譜分析技術(shù)與SPME技術(shù)更有效地結(jié)合，在司法鑒定領(lǐng)域開(kāi)展更多，更細(xì)致的研究工作。

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