張婷婷，黃鈺，張學(xué)軍，陳捷，花鎮(zhèn)東

1.公安部禁毒情報技術(shù)中心 毒品監(jiān)測管控與禁毒關(guān)鍵技術(shù)公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.江西省公安廳禁毒總隊(duì)，江西 南昌 330038

近年來，在毒品問題全球化的背景下，世界范圍的毒品泛濫也對我國社會安全和公眾健康構(gòu)成重大威脅和嚴(yán)重影響，新型毒品加速變異，非法制販和濫用形勢日趨嚴(yán)峻，對毒品濫用進(jìn)行有效的監(jiān)測預(yù)警已成為禁毒工作中刻不容緩的關(guān)鍵問題。與傳統(tǒng)的社會調(diào)查方法相比，污水流行病學(xué)方法監(jiān)測毒品濫用具有客觀、實(shí)時和簡便等優(yōu)點(diǎn)。歐洲[1-3]、大洋洲[4-5]、北美洲[6-7]、亞洲[8-9]的多個國家和地區(qū)已廣泛采用污水流行病學(xué)方法監(jiān)測甲基苯丙胺、苯丙胺、氯胺酮、可卡因、“搖頭丸”和大麻等毒品的濫用。污水流行病學(xué)方法不僅用于計(jì)算毒品的消費(fèi)量[10]，還被用于追蹤毒品濫用隨時間的變化情況[11]、監(jiān)測特定活動或節(jié)假日毒品濫用趨勢變化[12]；不僅用于監(jiān)測城市毒品濫用形勢[13]，也被用于監(jiān)測學(xué)校、監(jiān)獄等小范圍內(nèi)特定人群毒品濫用情況[14-15]。近年來，污水流行病學(xué)方法還被用于識別新精神活性物質(zhì)[16-17]，逐漸發(fā)展成為監(jiān)測毒品濫用的重要方法。

甲基苯丙胺是目前世界范圍內(nèi)濫用最嚴(yán)重的一種合成毒品，據(jù)國家禁毒委員會辦公室統(tǒng)計(jì)[18]，甲基苯丙胺的吸食人數(shù)占現(xiàn)有吸毒人員的一半以上，因此，其是國內(nèi)通過污水流行病學(xué)開展毒情監(jiān)測時的重點(diǎn)關(guān)注品種，其消費(fèi)量一般通過污水中甲基苯丙胺原體的濃度結(jié)合人口數(shù)量、排泄率、污水流量等參數(shù)進(jìn)行測算[19]。甲基苯丙胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)簡單，分子量較小，易受到結(jié)構(gòu)類似物的干擾，本課題組在利用液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜（liquid chromatography-triple quadrupole-mass spectrometry，LC-TQ-MS）對我國主要城市生活污水進(jìn)行檢測時，發(fā)現(xiàn)一份樣品疑似含有高濃度甲基苯丙胺，故使用GC-MS 和液相色譜-四極桿飛行時間質(zhì)譜（liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry，LC-QTOF-MS）對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析。

1 材料與方法

1.1 樣品

400 份污水樣品均來自2020 年國家禁毒委員會辦公室開展的全國城市污水監(jiān)測項(xiàng)目所收集的某市污水處理廠樣品。

1.2 主要儀器與試劑

Triple QuadTM6500 系統(tǒng)、TripleTOFTM5600+系統(tǒng)購自美國Sciex 公司，ACQUITY UPLC 系統(tǒng)、ACQUITY UPLC I-Class 系統(tǒng)、Oasis?PRiME MCX 3cc 固相萃取柱（60 mg）購自美國Waters 公司，GCMS-QP2010 Ultra 氣質(zhì)聯(lián)用儀購自日本島津公司，全自動固相萃取儀SPE 432 購自北京普立泰科儀器有限公司，真空離心濃縮儀CV200 購自北京吉艾姆科技有限公司，Milli-Q?Advantage A10 超純水系統(tǒng)購自德國Merck公司。

甲基苯丙胺、甲基苯丙胺-d5、N-甲基-2-苯基丙胺和N-甲基-3-苯基丙胺標(biāo)準(zhǔn)品均由公安部第三研究所提供；甲醇和乙腈均為色譜純，購自德國Merck公司；氨水（HPLC 級，含量大于25%）購自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

1.3 儀器條件

1.3.1 LC-TQ-MS 分析條件

色譜柱為ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱（2.1 mm×100 mm，1.7 μm；美國Waters 公司）；流動相A 為0.1%甲酸水溶液，流動相B 為0.1%甲酸乙腈溶液；洗脫梯度程序：0.0～9.2 min（5%B～100%B），9.2～11.0 min（100%B），11.0～11.2 min（100%B～5%B），11.2～14.0 min（5%B）；流速0.4 mL/min；柱溫40 ℃；進(jìn)樣量5 μL；電噴霧離子源正離子（positive electrospray ionization，ESI+）模式；離子源溫度550 ℃；電噴霧電壓3 000 V；霧化氣壓強(qiáng)50 psi，輔助加熱氣壓強(qiáng)50 psi，氣簾氣壓強(qiáng)35 psi；碰撞氣為氮?dú)?；采集模式為多反?yīng)監(jiān)測（multiple reaction monitoring，MRM），甲基苯丙胺定性離子對為150.1/119.1（碰撞能量16 eV）和150.1/91.1（碰撞能量27 eV），甲基苯丙胺-d5定性離子對為155.2/121.1（碰撞能量16 eV）和155.2/92.1（碰撞能量27 eV）。

1.3.2 LC-QTOF-MS 分析條件

色譜條件同1.3.1 節(jié)；ESI+模式；離子源溫度600 ℃；電噴霧電壓5 500 V；霧化氣壓強(qiáng)50 psi，輔助加熱氣壓強(qiáng)50 psi，氣簾氣壓強(qiáng)30 psi；碰撞氣為氮?dú)?；MS1全掃描模式采集范圍為m/z50～1 000；MS2子離子掃描模式采集范圍為m/z50～1 000，母離子m/z為150.1，碰撞能量分別設(shè)置為15 V、30 V 和45 V。

1.3.3 GC-MS 分析條件

色譜柱為DB-5MS 毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm；美國Agilent 公司）；柱溫90 ℃，保持1.5 min后以10 ℃/min 升至320 ℃并保持2 min；載氣為氦氣，流速1 mL/min；1 μL 分流進(jìn)樣，分流比40∶1；進(jìn)樣口溫度280 ℃；電子轟擊（electron impact，EI）離子源，離子源溫度230 ℃，掃描范圍為m/z35～500。

1.4 樣品處理

1.4.1 直接過濾法

將污水樣品混勻后用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH 至1～2，玻璃纖維濾膜過濾，移取濾液50 mL 于具塞離心管中，加入25 ng/mL 甲基苯丙胺-d5工作溶液（由甲基苯丙胺-d5用甲醇配制而成）10 μL，混勻，過濾后供儀器檢測。

1.4.2 固相萃取法

將污水樣品混勻后用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH 至1～2，玻璃纖維濾膜過濾，移取濾液500 mL 于具塞離心管中，加入25 ng/mL 甲基苯丙胺-d5工作溶液100 μL，混勻，轉(zhuǎn)移至固相萃取柱中，甲醇4 mL 淋洗，真空抽固相萃取柱至干燥后用含5%氨水的甲醇溶液（V氨水∶V甲醇=5∶95）4 mL 洗脫，洗脫液使用真空離心濃縮儀于45 ℃濃縮至近干，加入250 μL甲醇復(fù)溶，過濾后供儀器檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 污水中甲基苯丙胺干擾物的發(fā)現(xiàn)

2020 年全國城市污水監(jiān)測工作中，某市收集的一份污水樣品疑似含有高濃度甲基苯丙胺，將該樣品用直接過濾法進(jìn)樣，使用LC-TQ-MS在MRM模式下分析得到的色譜圖如圖1A 所示，150.1/119.1 和150.1/91.1兩個離子對通道在2.94 min 均出現(xiàn)色譜峰，與甲基苯丙胺標(biāo)準(zhǔn)品保留時間3.01 min的相對偏差為-2.3%，且150.1/119.1 通道與150.1/91.1 通道峰面積比為36.0%，與甲基苯丙胺標(biāo)準(zhǔn)品兩個通道峰面積比37.6%的相對偏差為-4.3%，均符合陽性認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)[20]，但以甲基苯丙胺-d5作為內(nèi)標(biāo)校正得到的質(zhì)量濃度為20 027 ng/L，遠(yuǎn)超污水中甲基苯丙胺的常見濃度范圍[9]，該情況僅有大量毒品直接傾倒入排污系統(tǒng)時才會出現(xiàn)。為進(jìn)一步確認(rèn)，向該樣品中添加了10 000 ng/L 甲基苯丙胺并重新進(jìn)行分析，得到的色譜圖如圖1B 所示。由圖可見，150.1/119.1 和150.1/91.1 兩個離子對通道在2.91 min 和3.01 min 均出現(xiàn)了色譜峰，其中后者的保留時間與甲基苯丙胺標(biāo)準(zhǔn)品的保留時間相同，校正濃度值也與甲基苯丙胺添加量一致，說明該色譜峰為甲基苯丙胺，而前者的保留時間與未添加甲基苯丙胺時樣品中出現(xiàn)的色譜峰一致，且與甲基苯丙胺的色譜峰能基線分離，說明該物質(zhì)并非甲基苯丙胺，而是化學(xué)結(jié)構(gòu)與甲基苯丙胺高度類似的干擾物，如果未進(jìn)行確認(rèn)就直接按甲基苯丙胺報告，將嚴(yán)重高估污水來源城市的毒情，從而誤導(dǎo)該地的禁毒偵查打擊方向。

圖1 污水樣品的LC-TQ-MS 色譜圖Fig.1 LC-TQ-MS chromatograms of the wastewater sample

2.2 干擾物的LC-QTOF-MS 分析

為確認(rèn)干擾物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使用LC-QTOF-MS在與LC-TQ-MS 相同的色譜分離條件下對添加了甲基苯丙胺的污水樣品進(jìn)行分析，同時采集MS1全掃描質(zhì)譜和m/z為150.1 的母離子在15 V、30 V 和45 V 3 個碰撞能量下的碰撞誘導(dǎo)解離（collision induced dissociation，CID）MS2質(zhì)譜。MS1質(zhì)譜顯示，干擾物與甲基苯丙胺準(zhǔn)分子離子的質(zhì)荷比一致，說明其分子式同樣為C10H15N。MS2質(zhì)譜（圖2）顯示，干擾物與甲基苯丙胺在3 個碰撞能量下得到的碎片離子質(zhì)荷比及豐度比均高度一致，證明兩者的化學(xué)結(jié)構(gòu)十分相似。當(dāng)碰撞能量為15 V 時，兩者的主要碎片離子為C9H11+（m/z119.083 8）和C7H7（+m/z91.053 4）。前者與母離子C10H16N+（m/z150.127 0）相比丟失CH5N，考慮到CID模式下C—N鍵易發(fā)生斷裂，推測干擾物中存在與碳鏈相連的甲氨基；后者為環(huán)庚三烯正離子，推測干擾物中存在芐基。當(dāng)碰撞能量≥30 V 時，新出現(xiàn)的C6H5+（m/z77.038 6）、C5H5+（m/z65.037 8）、C4H3+（m/z51.022 9）等碎片離子均為C7H7+進(jìn)一步碎裂的產(chǎn)物。綜合以上分析，推測干擾物含有甲氨基和芐基且分子式為C10H15N，但滿足以上條件的物質(zhì)仍存在多種可能。

圖2 干擾物與甲基苯丙胺在不同碰撞能量下的MS2譜圖Fig.2 MS2 spectra of interfering substance and methamphetamine under different collision energies

2.3 干擾物的GC-MS 分析

為縮小篩選范圍，繼續(xù)使用GC-MS 對干擾物進(jìn)行分析。鑒于GC-MS 的靈敏度相對較低，首先在強(qiáng)陽離子交換模式下對500 mL 添加了甲基苯丙胺的污水樣品進(jìn)行固相萃取，洗脫液吹干后加入250 μL 甲醇復(fù)溶，進(jìn)樣分析，但得到的總離子流圖中仍未見到明顯的色譜峰。根據(jù)前述LC-QTOF-MS 分析結(jié)果，干擾物中應(yīng)含有和碳鏈相連的甲氨基，該類物質(zhì)在EI 電離模式下氨基Cα—Cβ鍵發(fā)生α 斷裂得到的碎片離子具有較高強(qiáng)度，一般是質(zhì)譜圖中的基峰。由于干擾物中存在芐基，該碎片離子僅有m/z44、58 和72 3 種可能，這3 個質(zhì)荷比的提取離子色譜圖（extracted ion chromatogram，XIC）如圖3 所示。m/z72 的XIC 圖中未見明顯色譜峰；m/z58 的XIC 圖中在5.55 min 存在一個色譜峰，經(jīng)比對，與甲基苯丙胺的保留時間和質(zhì)譜特征一致，確認(rèn)為樣品中添加甲基苯丙胺的譜峰；m/z44 的XIC 圖中在5.63 min 存在一個色譜峰，保留時間與甲基苯丙胺接近，推測為干擾物的譜峰。由于僅當(dāng)甲氨基與仲碳相連時，甲氨基Cα—Cβ鍵發(fā)生α 斷裂后才能形成m/z44 的碎片離子，因此推測干擾物可能為N-甲基-2-苯基丙胺或N-甲基-3-苯基丙胺，兩者的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖3 樣品的GC-MS 提取離子流色譜圖Fig.3 Extracted ion chromatograms of the sample obtained by GC-MS

圖4 兩個疑似物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.4 Chemical structures of two suspected substances

2.4 干擾物的確證

根據(jù)前述分析結(jié)果，配制質(zhì)量濃度為10 ng/mL 和1 mg/mL 的N-甲基-2-苯基丙胺、N-甲基-3-苯基丙胺和甲基苯丙胺3 種物質(zhì)的混合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液，分別使用LC-TQ-MS 和GC-MS 進(jìn)行確證，結(jié)果如圖5～6 所示。N-甲基-2-苯基丙胺在兩種分析方法中的保留時間和質(zhì)譜特征均與干擾物一致，而N-甲基-3-苯基丙胺在LC-TQ-MS分析中，150.1/119.1 和150.1/91.1兩個離子對通道峰面積比與干擾物有較大差異，且LC-TQ-MS 和GC-MS 分析的保留時間與干擾物的相對偏差達(dá)17.5%和15.0%。進(jìn)一步在污水樣品中添加N-甲基-2-苯基丙胺后進(jìn)行LC-TQ-MS 分析，比較添加前后的干擾物色譜峰僅有峰面積增大，離子對峰面積比、保留時間和峰形均無變化，說明兩者為同一物質(zhì)，由此最終確認(rèn)污水樣品中出現(xiàn)的干擾物為N-甲基-2-苯基丙胺。N-甲基-2-苯基丙胺、N-甲基-3-苯基丙胺和甲基苯丙胺在EI 電離模式和ESI-CID 模式下的質(zhì)譜裂解途徑見圖7。

圖5 3 種混合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的LC-TQ-MS MRM 色譜圖和GC-MS 總離子流色譜圖Fig.5 MRM chromatogram obtained by LC-TQ-MS and total ion chromatogram obtained by GC-MS of three mixed reference materials

圖7 EI電離模式和ESI-CID 模式下3 種混合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可能的裂解途徑Fig.7 Proposed fragmentation pathways of three mixed reference materials in EI ionization mode and ESI-CID mode

N-甲基-2-苯基丙胺又名苯丙甲胺，英文名為phenpromethamine，CAS 號 為93-88-9。該物質(zhì)雖然不屬于我國管制的麻醉藥品或精神藥品，但已被世界反興奮劑機(jī)構(gòu)列為禁用興奮劑，屬于刺激劑品種。據(jù)報道[21]，該物質(zhì)曾在20 世紀(jì)40 至50 年代用于治療哮喘，目前未作為藥物使用，但近期美國研究機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)市場上銷售的一些減肥或運(yùn)動膳食補(bǔ)充劑中含有該物質(zhì)。本次在城市生活污水監(jiān)測工作中發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)，推測是污水來源區(qū)域內(nèi)存在生產(chǎn)該物質(zhì)或利用該物質(zhì)配制其他產(chǎn)品的情況。

2.5 污水分析中甲基苯丙胺定性標(biāo)準(zhǔn)的探討

LC-MS 分析是目前對污水中痕量目標(biāo)物進(jìn)行定性定量分析的主流方法，國家毒品實(shí)驗(yàn)室既往已利用該檢測方法對采自全國367 個城市的8 000 余份污水樣品進(jìn)行了分析，其中2020 年污水樣品中甲基苯丙胺含量平均值為12.72 ng/L，遠(yuǎn)低于國外同期報道[22]的水平。本研究在污水中發(fā)現(xiàn)N-甲基-2-苯基丙胺的存在，該物質(zhì)具有與甲基苯丙胺相同的分子式和類似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，色譜和質(zhì)譜特征也高度相似，說明污水樣品與常見的食品、藥品及生物樣品相比，其來源更為復(fù)雜，基質(zhì)組成具有更大的不確定性，日常分析中發(fā)現(xiàn)異常結(jié)果時需要進(jìn)行仔細(xì)確認(rèn)并排除干擾，可通過色譜條件的優(yōu)化改善甲基苯丙胺和干擾物的分離度。

本研究對某一批次連續(xù)檢測的400 份污水樣品進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，甲基苯丙胺的保留時間范圍為2.98～3.18 min，同位素內(nèi)標(biāo)甲基苯丙胺-d5的保留時間范圍為2.97～3.17 min。受污水復(fù)雜基質(zhì)的影響，兩者的保留時間均在一定范圍內(nèi)波動，但由于同一樣品中兩者受到的影響相同，在所有樣品中甲基苯丙胺的保留時間均比甲基苯丙胺-d5長0.01～0.03 min。因此，可以考慮將與甲基苯丙胺-d5保留時間差值≤0.03 min作為污水分析中甲基苯丙胺色譜峰的識別標(biāo)準(zhǔn)，這樣既可精準(zhǔn)排除N-甲基-2-苯基丙胺的干擾，也能更好地消除基質(zhì)對保留時間的影響。

3 結(jié)論

通過質(zhì)譜解析和對照品確證，本研究最終確定該疑似含有高濃度甲基苯丙胺的污水樣品中實(shí)際存在的物質(zhì)為N-甲基-2-苯基丙胺，該物質(zhì)為甲基苯丙胺的同分異構(gòu)體，由于保留時間和質(zhì)譜碎片離子均與甲基苯丙胺高度類似，在污水分析中極易對后者產(chǎn)生干擾，從而導(dǎo)致錯誤的毒情監(jiān)測結(jié)果。本研究發(fā)現(xiàn)，由于污水復(fù)雜基質(zhì)的影響，LC-MS 分析時甲基苯丙胺的保留時間常在一定范圍內(nèi)波動，但與同位素內(nèi)標(biāo)保留時間的差值基本穩(wěn)定，以此作為甲基苯丙胺色譜峰的識別標(biāo)準(zhǔn)能更有效地排除干擾，該方法可供開展污水檢測的法庭科學(xué)實(shí)驗(yàn)室參考。