用于滥用非法药物现场采样和微气相色谱/质谱分析的新型卷式微萃取采样装置

摘要

微型气相色谱法（GC）由于其规模大，经常用于快速分析可疑滥用非法药物，因为它很容易携带到样品来源。拥有一台现场便携式气相色谱仪是有利的，尤其是当需要在现场快速做出决策，并且没有足够的时间将样品送往实验室进行分析时。现场色谱的最大挑战之一是样品制备，无论样品是固体粉末还是需要在注入仪器之前从样品基质中提取。通常，样品制备是现场分析的最大限制，也是很大程度上影响检测限的步骤。在这里，我们展示了新型螺旋微萃取（CME）注射器和便携式GC/MS的使用，它们是一种快速且易于使用的现场滥用药物筛查工具。采集的数据与Wiley Designer Drug Library匹配，从样本采集到鉴定大约需要8分钟的时间。

介绍

科学家经常在固定的实验室环境中使用气相色谱/质谱（GC/MS）检测止痛药的存在。幸运的是，GC和GC/MS仪器的小型化使这项技术可用于现场调查人员和研究人员，并提供了对芬太尼等药物的简单、快速和现场鉴定。这些类阿片经常在世界各地的秘密实验室生产，并在假冒药品中发现，这些假冒药品看起来像药品，但含有芬太尼类似物以及非阿片物质[1]。在致命过量服用后缉获的假药和海洛因包括芬太尼类似物，如乙酰芬太尼、3-甲基芬太尼和高效阿片类药物卡芬太尼，卡芬太尼是一种用于大型动物的兽药止痛药，其强度约为吗啡的10000倍[2]。假冒药丸和粉末中活性成分的效力和数量的变化对使用者以及在秘密实验室接触毒品并通过贩毒活动截获的第一反应者构成威胁。

类阿片疫情的严重性促使需要一种能够安全筛选没收的滥用药物和秘密实验室中芬太尼类似物的分析解决方案。通常，为GC/MS制备的样品会在现场采集并运输至法医实验室进行分析，但由于当前案例积压以及与传统台式装置相关的较长分析时间（15-60分钟），此过程可能需要数月时间[3,4]。另一种减少收集和分析之间时间间隔的方法是，通过使用便携式GC/MS技术和快速采样技术，将实验室带到现场，以获得可操作的结果。在这项工作中，我们详细介绍了使用螺旋微萃取和现场便携式GC/MS[5]分析芬太尼、乙酰芬太尼和卡芬太尼的样品的过程。

螺旋微萃取（CME）

螺旋微萃取（CME）是一种新技术，它将现场样品采集和仪器样品注入结合到一个单一的装置中，用于采集液体和溶解固体样品。在HAZMAT应用程序中，例如秘密毒品实验室搜索和潜在的毒品缉获，样本收集往往既繁琐又具有潜在的危险性。在全套个人防护设备中工作时，样品采集器的灵巧性通常会受到阻碍，使其难以执行传统的样品采集活动，包括尖锐的注射器、小容器和多种溶剂。为了减轻这一负担并提高现场安全性，开发了Custodian®CME注射器，允许单手采样并注入便携式GC/MS进行分析。

CME技术由一根涂有惰性物质（一种使导线失去化学活性的表面涂层）的导线组成，并将其精细卷绕以采集液体样品（图1）。螺旋线位于Custodion注射器内，通过毛细管作用捕获溶液和目标分析物。线圈半径和导线匝数（即线圈长度）决定了采样体积[6]。当样品基质蒸发时，CME保持延伸，从而消除基质并将目标化合物留在线圈上。CME连接到一个可伸缩的柱塞（Custodion注射器的一部分）上，这样它就可以缩回到一个19G的针内，以便插入标准GC注射口。Custodin的硬化塑料手柄就像一支可伸缩的圆珠笔一样简单，使用户只需按下一个按钮即可部署CME导线。

图1。带加长螺旋线的Custodion螺旋微萃取（CME）注射器。

CME取样技术主要用于粉末取样，技术人员将粉末溶解在甲醇等挥发性溶剂中。这对于识别潜在滥用药物甚至爆炸性材料的粉末特别有用。当金属丝从针中伸出并浸入液体样品（即溶于溶剂中的样品）中时，可以很容易地进行取样，液体样品通过毛细管作用进入金属丝盘中，或者使用微量注射器将特定体积的液体样品涂敷在盘绕的金属丝上。在溶剂蒸发之前或之后，将盘绕导线中或盘绕导线上截留的分析物引入GC进样口[7]（图2）。采样和蒸发步骤可以重复多次，以便在分析之前将目标分析物浓缩到盘绕的金属丝上。该设备的设计及其灵活的钝头有助于避免传统尖锐注射器的安全问题。此外，Custodion的圆珠笔式设计意味着用户只需一只手即可自由采集样品。CME注射器的单手操作和易用性是急救人员、HAZMAT小组和其他穿戴重型个人防护装备的法医调查人员的理想选择。

便携式GC/MS

便携式GC/MS仪器具有便携性和快速分析功能，可提供与台式系统同等的色谱性能，但产生结果的时间大大缩短。本工作中使用的便携式GC/MS技术（Torion®T-9，PerkinElmer）集成了低热质量（LTM）毛细管气相色谱仪和微型环形离子阱质谱仪，以提供快速、可靠和易于操作的GC/MS，同时将现场操作的功耗降至最低。该便携式设备仅重32磅（14.5千克），非常适合在各种HAZMAT情况下使用，在这些情况下，快速准确的结果至关重要。

Torion T-9 GC/MS的微型化是通过将传统的对流加热柱烘箱替换为具有直接控制电阻加热的低热质量柱束来实现的。LTM GC使用一个小直径的金属毛细管GC柱，该柱与电阻加热和感温导线捆绑在一起，这些导线与绝缘绞线编织在一起。如图3所示，这种设计提供了更高的加热和冷却速度以及非常低的功耗。

实验

样品制备

从Cerilliant Corp.（Round Rock，TX，USA）以1.0 mg/mL的浓度获得芬太尼、乙酰芬太尼，卡芬太尼和海洛因的分析等级标准。芬太尼、乙酰芬太尼和卡芬太尼的模拟秘密实验室样品是在北德克萨斯大学（美国德克萨斯州丹顿）合成的。

样品采集和注射由Custodion-CME注射器完成。对于分析标准品，使用气密注射器将5μL溶液直接涂敷在盘绕的金属丝上，并让其干燥3-5分钟

以确保重复性。为了对实验室合成材料进行现场筛选，将玻璃器皿中的残余产物在合适的溶剂（甲醇或乙腈）中稀释。完全溶解后，将卷绕钢丝的尖端伸出，并浸入溶液中10秒钟，如图2所示。在直接注入GC/MS进行分析之前，从溶液中取出盘绕的金属丝，并让其干燥3-5分钟，以尽量减少溶剂进入系统。

结果和讨论

图4显示了甲醇中卡芬太尼的GC/MS分析。所有化合物均经Torion T-9便携式GC/MS检测和阳性鉴定。为了识别芬太尼类似物，机载反褶积算法能够积极识别MS数据，并将其与Wiley Designer Drug 2017 Library进行匹配。

Torion T-9 CME-GC/MS方法成功收集、分析和鉴定了涉及掺伪海洛因和合成芬太尼类似物的相关法医场景中感兴趣的化合物。图5显示了含有5%芬太尼的海洛因溶液在甲醇中稀释后的CME-GC/MS分析，以证明筛选掺假溶液的能力。图6A显示了从用于合成北德克萨斯大学制备的芬太尼类似物的玻璃器皿中收集的残留产物的CME-GC/MS分析。后处理和质谱匹配导致鉴定了直接从实验室玻璃器皿中收集的芬太尼。图6B显示了MS数据与NIST参考数据的对比，以突出环形离子阱和四极质量分析仪之间的差异。峰强度的差异和m/z 337处假分子离子[Fentanyl H]的存在是由于离子阱质量分析仪中发生的碰撞诱导离解所致。

结论

在相关药物筛选方案中，使用带Torion T-9便携式GC/MS的Custodion螺旋微萃取（CME）注射器收集并鉴定芬太尼、乙酰芬太尼，卡芬太尼和海洛因。CME-GC/MS技术与Wiley Designer药物库相结合，在不到八分钟的时间内快速识别滥用药物和新的精神活性物质（NPS），并采用简化的方法最大限度地减少用户与潜在有害证据的交互，允许现场筛查。

工具书类

1.联合国毒品和犯罪问题办公室。《2017年世界毒品报告：全球毒品需求和供应概览》。《2017年世界毒品报告》；2017; 第68页。

2.Marinetti，L.J。；Ehlers，B.J.《法医毒理学和缉毒系列案例》，涉及单独使用非法芬太尼并与海洛因、可卡因或海洛因和可卡因联合使用。J.分析。毒物。2014, 38 (8), 592–598.

3.奎克，D。；Choo，K.-K.R.数字取证数据量增加的影响：调查和未来研究挑战。数字。投资。2014, 11 (4), 273–294.

4.科学，N.A.of。加强美国的法医学：前进之路；国家学院出版社：华盛顿特区，2009年。

5.康特拉斯JA、穆雷JA、托利SE、奥列芬特JL、托利HD、拉默特SA、Lee ED、Later DW、Lee ML。用于检测有害化合物的便携式气相色谱仪-类胡萝卜素离子阱质谱仪（GC-TMS）。Am-Soc质谱。2008; 19: 1425–1434.

6.Truong T.V.、Lee E.D.、Black B.D、Truong TX.、Lee M.L.气相色谱-质谱法用卷绕丝样品介绍。国际质谱学杂志。2018. 427. 123-132

7.Truong T.V.、Nackos A.N.、Murray J、Kimball J、Hawkes J.Harvey D.A.、Tolley H.D.、Robison R.A、Bartholomew C、Lee M.L.《使用盘绕丝的气相色谱法样品介绍》。色谱杂志A.2009；1216 (40), 2852-6857.