原帥，駱如欣，向平

1.司法鑒定科學研究院 上海市法醫(yī)學重點實驗室 司法部司法鑒定重點實驗室 上海市司法鑒定專業(yè)技術(shù)服務平臺，上海 200063；2.沈陽藥科大學藥學院，遼寧 沈陽 110000

新精神活性物質(zhì)（new psychoactive substance，NPS）是繼傳統(tǒng)毒品、合成毒品之后的第三代毒品，近年來其以驚人的速度在世界各地蔓延擴散。聯(lián)合國毒品和犯罪問題辦公室（United Nations Office on Drugs and Crime，UNODC）將NPS 定義為：未被聯(lián)合國Single Convention on Narcotic Drugs（《麻醉品單一公約》）和Convention on Psychotropic Substances（《精神藥物公約》）所管制，但具有濫用潛力并可以引起公共健康風險的精神活性物質(zhì)[1]。UNODC 根據(jù)藥理作用，將NPS分成阿片類、合成大麻素受體激動劑、興奮劑、身心分離劑、經(jīng)典致幻劑、鎮(zhèn)靜催眠劑和藥理效應未知類七大類。實驗室檢測通常按照化學結(jié)構(gòu)將NPS分為合成大麻素類、合成卡西酮類、苯乙胺類、色胺類、氨基茚滿類、哌嗪類、氯胺酮及苯環(huán)利啶類、植物類和其他類[1]。

中國高度重視NPS 的管制工作，于2001 年管制氯胺酮，2010 年以來及時將國際社會反映突出的4-甲基甲卡西酮等13 種NPS 列入管制名單，2015 年增補116種NPS，2017年增補8種NPS，2018年又增補4-氯乙卡西酮等32 種NPS，2019 年5 月1 日起將芬太尼類物質(zhì)整類列管。2021年7月，整類列管合成大麻素類物質(zhì)，新增列管氟胺酮等18種NPS。至此，我國已列管188種NPS和整類芬太尼、整類合成大麻素物質(zhì)。

與傳統(tǒng)毒品相比，NPS 的毒性絲毫不遜于上兩代，甚至更強，危害性極大。此外，部分毒販為了逃避制裁，通過對經(jīng)典毒品進行化學結(jié)構(gòu)修飾，得到了與毒品相似或更強的NPS，這些物質(zhì)尚未被列入管制名單，因此管控難度較大，而且隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡已經(jīng)成為NPS 的主要交易渠道[2-3]。目前NPS 的監(jiān)測已經(jīng)成為我國禁毒防控體系中的重要組成部分。

當前NPS的監(jiān)測主要是通過繳獲的毒品、查獲的吸毒人員、醫(yī)療信息、犯罪統(tǒng)計等數(shù)據(jù)估算而來[4-5]。但事實上，尚存在未繳獲的毒品和未登記的吸毒人群，因此，無法準確確定真正吸毒的人數(shù)和毒品的使用量。而城市生活污水中毒品含量監(jiān)測作為一項新興技術(shù)，近年來得到國內(nèi)外禁毒領(lǐng)域?qū)＜业恼J可，并開始應用于NPS 的監(jiān)測。吸食NPS 后，NPS 及其代謝物主要通過尿液和糞便排泄。此外，地下制毒工廠中的廢液亦可能直接傾倒。這些NPS及其代謝物、中間產(chǎn)物、分解產(chǎn)物最終進入排污系統(tǒng)，研究者可以通過監(jiān)測生活污水中的NPS 及其代謝物來獲得目標NPS 消費的總量及實時情況。與傳統(tǒng)方法相比，污水分析成本低、耗時短、客觀性強，可以反映不同類型NPS的實際消費量以及短時間內(nèi)的消費趨勢，同時對濫用發(fā)展趨勢進行預測，對于打擊毒品犯罪、服務和保障人民群眾的人身安全以及維護社會穩(wěn)定具有重要的意義。

本文就生活污水樣品的采集、目標物穩(wěn)定性研究、生活污水樣品前處理、生活污水樣品分析方法、目標NPS 消耗量計算以及實際監(jiān)測應用等方面進行綜述，以期進一步加強該項技術(shù)在我國的應用，并推廣到更多的國家和地區(qū)。

1 生活污水樣品的采集

生活污水樣品的采集是污水分析的第一步，同時也是造成污水分析調(diào)查結(jié)果不確定性的主要因素之一。目前污水分析中采集的樣品通常為24 h 混合樣品，能反映一天的平均消費情況。生活污水樣品的采集受天氣及氣候影響較大，雨雪等天氣可能會導致污水收集系統(tǒng)流量增大，目標化合物濃度降低，增大分析的不確定性。因此，在生活污水樣品的采集過程中應避開強降水和風暴等天氣，防止溢流和目標物的損失。

當前常見的生活污水采樣方式主要有連續(xù)采樣法和非連續(xù)采樣法[6-7]。連續(xù)采樣法包括流量比例連續(xù)采樣和恒量連續(xù)采樣；非連續(xù)采樣法包括時間比例采樣、流量比例非連續(xù)采樣、體積比例非連續(xù)采樣以及隨機抽取采樣。不同的采樣方式所使用的采樣設備不同。ORT等[7]對不同的污水采樣方式進行了比較和不確定性分析，結(jié)果表明，流量比例連續(xù)采樣為最佳的采樣方法。在采樣的一天中，污水廠中的流量會隨時間出現(xiàn)顯著變化，因此，使用流量比例采樣法可以準確地對每個子樣本賦予采樣權(quán)重，當其被組合成一個復合樣本時，通過分析獲得其平均濃度，消除了因每時段污水廠流量不同而導致的誤差。此外，在一天的不同時段，污水廠中目標物的種類和濃度并非恒定，因此，使用連續(xù)采樣法在很大程度上消除了因每時段污水中目標物種類和濃度不同而導致的誤差，但連續(xù)采樣法并不適用于長期監(jiān)測。此外，使用流量比例連續(xù)采樣法對采樣設備要求較高，需使用配備流量控制器泵的在線自動取樣儀。如果因某些原因不能使用流量比例連續(xù)采樣法進行采樣，則應在高采樣頻率下使用流量比例非連續(xù)采樣。污水樣品的取樣量一般為1 L，但0.05～10 L 的取樣量在文獻中均有報道，具體采樣體積應根據(jù)采樣方法、當天的污水流量以及分析所需的量進行調(diào)整[8]。

而被動采樣是一種尚未進行充分研究但極具發(fā)展?jié)摿Φ牟蓸臃绞絒9]。被動采樣器主要由吸附材料組成，其主要優(yōu)點在于可以部署更長的時間，在這段時間內(nèi)目標物被不斷吸附在采樣器上，故研究者不需要收集多個污水樣品，具有經(jīng)濟實用的優(yōu)勢[10-11]。但是由于不同的目標物具有不同的吸收和擴散性質(zhì)，因此，采樣前應根據(jù)目標物性質(zhì)選擇合適的吸附材料，然后再將其部署在采樣位置。

2 目標物穩(wěn)定性研究

目標物的穩(wěn)定性主要包括目標物在生活污水樣品中的穩(wěn)定性以及目標物在下水道環(huán)境中的穩(wěn)定性。目前研究人員已經(jīng)對部分NPS 在生活污水樣品中的穩(wěn)定性進行了研究，并取得了一定進展[12-16]。結(jié)果表明，對于已研究的大部分NPS，在-20 ℃的冷凍條件下更為穩(wěn)定，且大部分目標物在酸性條件下更能保持穩(wěn)定，如果樣品不能酸化，建議在樣品處理前冷藏（4 ℃）或冷凍（-20 ℃）不超過1周。

下水道被認為是一個生物和化學反應器，下水道內(nèi)的氧濃度、pH 值、溫度、流速和沉積物等均可能對NPS 的穩(wěn)定性造成影響。此外，目標NPS 可能會在下水道內(nèi)發(fā)生非生物或生物轉(zhuǎn)化（如水解作用、生物降解等），并應考慮下水道壁上生物膜的影響[17-18]。KINYUA等[19]對3種卡西酮類NPS（亞甲基二氧吡咯戊酮、3，4-亞甲二氧基甲卡西酮和4-甲基甲卡西酮）和2 種苯乙胺類NPS（副甲氧基安非他明和4-甲氧基甲基苯丙胺）在下水道內(nèi)的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物進行了研究。在該研究中，采用反應器模擬下水道環(huán)境，定期測量所有環(huán)境參數(shù)（pH 值、溶解氧、氧化還原電位、電導率、微量營養(yǎng)素），并加入從真實下水道中收集的生物膜，將目標物在反應器中孵育24 h，之后采用液相色譜-四極桿飛行時間質(zhì)譜（liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry，LC-QTOF-MS）進行分析。結(jié)果表明：對于3種卡西酮類NPS，共發(fā)現(xiàn)14種轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，包括β-酮基化、去甲基化、去乙基化、羥基化等多種產(chǎn)物；對于2種苯乙胺類NPS，共發(fā)現(xiàn)4種轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，均為去甲基化產(chǎn)物。上述研究結(jié)果表明，下水道環(huán)境對NPS的穩(wěn)定性影響較大，但目前對NPS在下水道環(huán)境中的穩(wěn)定性研究較少，相關(guān)研究需進一步加強。

3 生活污水樣品前處理

絕大多數(shù)NPS 在生活污水中的濃度較低，均處于ng/L 水平，此外，生活污水中基質(zhì)復雜，對檢測干擾較大[20]，且不同樣品間存在差異。因此，在進行分析之前，通常需要樣品前處理步驟。目前，固相萃?。╯olid phase extraction，SPE）為最常用的生活污水前處理方法，表1 總結(jié)了部分研究中不同的SPE 程序，其中Oasis MCX 和Oasis HLB 固相萃取柱最常見。為了涵蓋盡可能多的目標物，可以使用多種固相萃取柱進行連續(xù)的固相萃取。

表1 部分研究中不同NPS的固相萃取方法Tab.1 Different solid phase extraction methods of NPS in some studies

傳統(tǒng)的固相萃取方法中樣品的上樣量通常較大（25～100 mL），而近年來儀器的發(fā)展為減少樣品上樣量提供了可能。LóPEZ-GARCíA 等[30]開發(fā)了一種基于在線固相萃取的生活污水中4 種NPS 的全自動分析方法。在該方法中，生活污水樣品的上樣量僅為5 mL，且目標NPS 定量限為2.6～10 ng/L，可以滿足日常監(jiān)測的需求。

此外，也有部分研究利用微流控液相來提高分析方法的靈敏度，從而減少生活污水樣品的上樣量。微流控液相色譜主要利用低流速提高電離效率，此外，電噴霧插管尺寸的減小也進一步提高了電離效率。CELMA等[31]開發(fā)了一種利用微流控液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法同時測定生活污水中多種NPS的分析方法，該方法采用固相萃取為前處理方法，生活污水樣品的上樣量僅為5 mL，并且大部分物質(zhì)的定量限在4～18 ng/L，可以滿足日常監(jiān)測的需求。

除固相萃取外，也有少數(shù)研究采用液液萃取的方法進行生活污水樣品前處理。GONZáLEZ-MARI?O等[32]在測定生活污水中4 種合成大麻素類NPS 時，采用了液液萃取的方式進行樣品前處理，其具體過程為：將20 mL 未過濾的水樣用鹽酸調(diào)至pH=2 左右，加入10 mLV正己烷∶V乙酸乙酯=1∶1 并渦旋30 s，之后將混合液離心2 min，取上清液并將其蒸發(fā)至0.2 mL。在該研究中，之所以選擇液液萃取作為樣品前處理方法，主要是因為與其他NPS相比，合成大麻素類NPS極性較小且具有親脂性，更容易被生活污水內(nèi)的懸浮顆粒物以及固相萃取柱表面吸附[33]，從而導致目標物的大量損失。因此，污水樣品的前處理方法應結(jié)合目標物的具體性質(zhì)來確定。

4 分析方法

目前生活污水中NPS 的分析主要包括定量監(jiān)測和定性篩選兩部分，表2 總結(jié)了部分文獻中報道的分析方法。

表2 部分研究中不同的分析方法Tab.2 Different analysis methods in some studies

由于單個NPS 的使用率通常較低，NPS 在生活污水中的濃度遠低于常規(guī)毒品（<10 ng/L）。因此，液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（liquid chromatography-tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）是定量監(jiān)測生活污水中目標NPS的可靠方法，其優(yōu)點在于靈敏度高、穩(wěn)定性好，結(jié)合其高掃描速度可以同時監(jiān)測多種目標NPS。目前研究人員已利用LC-MS/MS 在污水樣品中定量測定了卡西酮類、苯乙胺類、哌嗪類、合成大麻素類等多種NPS[14，22-24]。但是由于污水基質(zhì)的復雜性，不同樣品間基質(zhì)差異很大，需要氘代內(nèi)標才能得到準確的定量結(jié)果，而NPS樣品缺乏氘代內(nèi)標是污水定量檢測的重要制約因素。此外，這種定量方法通常需要獲取目標物的母離子、子離子、碰撞能量等一系列信息作為參考標準，并通過與標準品保留時間和離子強度比的匹配來進行鑒定和確認?？紤]到NPS 的種類多樣性以及流行短暫性，這種定量監(jiān)測可能僅適用于有限數(shù)量和種類的NPS，因為當某種NPS 被納入監(jiān)測范圍或者被添加至管制清單后，會從市場上消失。雖然LCMS/MS 的定量監(jiān)測方法對某些靈敏度較差的NPS 必不可少，但還需其他分析方法加以補充，使其能夠在沒有參考標準的條件下進行快速、廣泛的監(jiān)測。

目前高分辨質(zhì)譜（high resolution mass spectrome?try，HRMS）由于其獨特的優(yōu)勢被廣泛應用于新型涉毒藥物案（事）件的鑒定及科學研究中，并逐漸應用于生活污水中濫用物質(zhì)的分析，特別是NPS分析[19，28-29，41-42]。與低分辨質(zhì)譜相比，HRMS 具有高通量、高分辨率、高特異性、精確分子質(zhì)量、多種掃描和碎裂組合等特點[45]，是一種很有潛力的監(jiān)測工具。此外，HRMS 是基于大型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)采集后對NPS進行定性篩查，可以在沒有參考標準的情況下同時測定大量化合物[46]。但HRMS 也同時存在靈敏度較低的缺點，對于生活污水中部分濃度較低的NPS 難以做到有效篩查。同時，HRMS 的數(shù)據(jù)庫中包含的信息受到參考標準的限制。當有參考標準時，可以獲得包括碎片離子的精確質(zhì)量、碰撞能量、保留時間等眾多信息，而沒有參考標準時，只能獲得包含元素成分、精確質(zhì)量和理論同位素模式等信息。需要注意的是，某些NPS的篩選可能受到樣品前處理、色譜條件或電離效率的影響，因為當數(shù)據(jù)庫中包含的NPS 種類較多時，通常不會對其進行方法上的優(yōu)化[11]。因此，在污水樣品的NPS 監(jiān)測過程中，應將LC-MS/MS 和HRMS 有效結(jié)合，以期得到更為有效的監(jiān)測結(jié)果。

5 NPS消耗量計算

污水處理廠進水中的NPS 濃度是由儀器測得的第一手數(shù)據(jù)，短期內(nèi)，在外界條件（如降水量）無明顯變化的情況下，同一區(qū)域不同時間的污水中NPS 濃度與該區(qū)域的濫用物質(zhì)使用量成正比。然而，實際上不同區(qū)域的自然條件、生活習慣和污水收集方式都會有所差別，導致NPS 被“稀釋”的倍數(shù)有所不同。因此，NPS濃度這一指標往往并不能直接用于評估不同城市間以及同一城市不同片區(qū)間的NPS 使用水平。為解決該問題，國際上引入了一個統(tǒng)一的標準化指標——負荷量[47]。

該公式中，污水處理廠覆蓋人口是決定目標物負荷量的重要參數(shù)，其準確性對最終結(jié)果的確定有重要貢獻，但其存在較大的不確定性。目前比較常見的污水廠服務人口估算方法包括設計容量法、污水流量法、污水特征標志法、人口普查法、生物標志物法等[48]。其中生物標志物是指經(jīng)人身體代謝產(chǎn)生和排出體外的物質(zhì)，利用生物標志物法估計的人口數(shù)量相對比較準確。適用于估算人口的生物標志物需滿足以下條件：由人體代謝產(chǎn)生、數(shù)量滿足檢測要求、性質(zhì)穩(wěn)定、不易被吸附、分析方法穩(wěn)定可靠、產(chǎn)生或消費量明確[49]。常用的生物標志物有多種[50]，包括肌酐、糞固醇、5-羥基吲哚乙酸、尼古丁及其代謝物、咖啡因及其代謝物、乙醇代謝物等。對某種NPS的消耗量進行推算時，必須選擇一種或者幾種該NPS 的目標分析物。理想的目標分析物是該NPS的主要代謝產(chǎn)物，且在污水中性質(zhì)穩(wěn)定，易于檢測。計算公式[47]如下：

然而目前缺乏關(guān)于NPS 藥代動力學實驗以及排泄實驗的相關(guān)數(shù)據(jù)，大部分研究均使用負荷量對目標NPS的使用情況進行比較，未對其消耗量做進一步推算。此外，由于缺少代謝的相關(guān)數(shù)據(jù)，在目前已進行的研究中通常使用目標物本身作為目標分析物，然而對于某些NPS，如合成大麻素類NPS，其人體代謝率很高[51-52]，這就導致污水中相應的母體化合物濃度水平非常低，從而影響監(jiān)測結(jié)果的準確性。因此，對NPS代謝相關(guān)的研究亟須進一步加強。

6 實際監(jiān)測應用

目前已有少量研究人員開始將污水分析應用于本國NPS 濫用情況的監(jiān)測，并取得了一定的成果。BRANDEBUROVá 等[21]利用污水分析定量監(jiān)測斯洛伐克30 種NPS 的使用情況，其中包括苯乙胺類、卡西酮類、合成大麻素類、色胺類等多類NPS，并在污水樣品中檢出5 種NPS，其中4 種是卡西酮類NPS（4-甲基甲卡西酮、甲卡西酮、1-苯基-2-甲氨基-1-丁酮和1-苯基-2-甲氨基-1-戊酮），1 種是苯乙胺類NPS（25-iP-NBOMe），這些物質(zhì)中甲卡西酮的出現(xiàn)頻率最高，其負荷量范圍為0.1～0.5 mg·千人-1·d-1。GONZáLEZMARI?O 等[24]利用污水分析定量監(jiān)測4 個歐洲國家（意大利、西班牙、挪威和英國）17 種卡西酮類NPS 的使用情況，在污水樣品中共檢出7 種卡西酮類NPS（4-甲基甲卡西酮、甲卡西酮、二甲基卡西酮、4-氟甲卡西酮、4-甲基乙卡西酮、3，4-亞甲二氧基乙卡西酮和亞甲基二氧吡咯戊酮），其中4-甲基甲卡西酮和甲卡西酮的出現(xiàn)頻率最高，在上述4 個國家中，英國的NPS 消費量最高，其次是西班牙和意大利，而在挪威并未發(fā)現(xiàn)目標NPS消費，這與人口調(diào)查所得的歐洲各國NPS流行種類與數(shù)量相符合。BADE 等[41]對澳大利亞8個洲的首府城市及地區(qū)可能出現(xiàn)的約200種NPS進行篩選，在污水樣品中共發(fā)現(xiàn)22 種NPS，其中卡西酮類NPS 出現(xiàn)頻率最高，且甲卡西酮和1-苯基-2-（N-吡咯烷基）-1-戊酮在所有地區(qū)均有檢出，此外還檢測到了5 種合成大麻素類NPS。GAO 等[23]對中國18個主要城市中可能出現(xiàn)的5種NPS進行定量監(jiān)測，其中包括2 種卡西酮類NPS（4-甲基甲卡西酮和亞甲基二氧吡咯戊酮），3 種哌嗪類NPS［芐基哌嗪、1-（3-三氟甲基苯基）哌嗪和1-（3-氯苯基）哌嗪］，其中芐基哌嗪在所有污水樣品中均有檢出，其負荷量范圍為3～10 mg·千人-1·d-1，目前該研究中的5 種NPS 均已被列入我國的管控名單。O’ROURKE 等[22]利用污水分析對美國4 個社區(qū)內(nèi)可能出現(xiàn)的40 種NPS 進行定量監(jiān)測，其中包括合成大麻素類、卡西酮類、哌嗪類、芬太尼類等多類NPS，最終在污水樣品中檢出9 種NPS（3 種芬太尼類NPS、1 種合成大麻素類NPS、3 種卡西酮類NPS、2 種哌嗪類NPS），其中甲卡西酮的出現(xiàn)頻率最高，在所有樣品中均有檢出，其次是2-甲基-1-（4-甲硫基苯基）-2-嗎啉基-1-丙酮和1-（3-氯苯基）哌嗪，3種NPS的負荷量分別為（21.1±1.3）、（15.0±0.5）、（9.75±2.72）mg·千人-1·d-1。BIJLSMA 等[53]在葡萄牙、塞爾維亞和西班牙的3 個音樂節(jié)期間收集污水樣品，對197 種NPS 進行篩選，并在污水樣品中發(fā)現(xiàn)了10 種NPS（包括卡西酮類、色胺類、苯乙胺類、氯胺酮等多類NPS），值得注意的是，這些NPS 只在音樂節(jié)期間收集的污水樣品中被發(fā)現(xiàn)。TSCHARKE 等[54]對南澳大利亞阿德萊德市可能出現(xiàn)的11 種NPS 進行定量監(jiān)測（包括2 種哌嗪類NPS、5 種卡西酮類NPS、4 種苯乙胺類NPS），并在污水樣品中檢出了8種NPS。從上述研究可以看出，卡西酮類NPS 消費量較高，其中以甲卡西酮的出現(xiàn)頻率最高。而在不同的國家和地區(qū)，其NPS 的流行種類具有較大差別。當前污水中NPS監(jiān)測的研究主要集中于歐洲和澳大利亞，對其他地區(qū)研究則較少。考慮到近年來NPS 的種類和數(shù)量不斷增加，利用污水分析監(jiān)測NPS的濫用情況顯得尤為重要，應進一步推廣應用。

7 結(jié)論

本文從生活污水樣品的采集、目標物穩(wěn)定性研究、生活污水樣品前處理、生活污水樣品分析方法、目標NPS 消耗量計算以及實際監(jiān)測應用等方面進行了綜述，筆者認為，對于生活污水中NPS的監(jiān)測，亟須解決的問題包括：（1）對各類NPS進行更全面、綜合的體內(nèi)外代謝規(guī)律研究，找出目標NPS合適的目標分析物及相應的排泄率；（2）對各類NPS 在下水道環(huán)境中的穩(wěn)定性進行系統(tǒng)研究，獲得準確的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)；（3）開發(fā)更多的樣品前處理方法，以滿足不同類型NPS的分析要求，并利用儀器技術(shù)、新型材料的發(fā)展簡化前處理步驟；（4）針對NPS在生活污水中濃度低、種類多樣以及流行短暫的特點，在分析過程中將LC-MS/MS 和HRMS有效結(jié)合，以期得到更為有效的監(jiān)測結(jié)果。

總體而言，污水分析法作為一種客觀、實時、準確、便捷、有效的毒情監(jiān)測方法，近年來逐漸被應用于NPS 的監(jiān)測，可以反映不同類型NPS 的實際消費量以及短時間內(nèi)的消費趨勢，同時可對其使用發(fā)展趨勢進行預測，對于打擊NPS 犯罪、服務和保障人民群眾的人身安全和維護社會穩(wěn)定有著重要的意義，是一種極具潛力的監(jiān)測方法，應進一步加強在我國的應用，并推廣到更多的國家和地區(qū)。