“微管纸喷雾+小型质谱”——轻松实现芬太尼的现场快速检测
2020年4月，清华大学欧阳证教授团队与上海市公安局物证鉴定中心、公安部物证鉴定中心、清谱科技有限公司合作，在《TALANTA》上发表了名为“Rapid and on-site detection of multiple fentanyl compounds by dual-ion trap miniature mass spectrometry system”的科研文章，对芬太尼及其衍生物的快速现场检测进行了探索性研究，为芬太尼样品现场确证及例行安全检查提供了可行解决方案。该文中开发了一种基于双线性离子阱小型质谱仪的方法，结合高效原位采样方法可快速分析多种复杂基质中的芬太尼化合物（如物体表面、生物样本及饮料中）。此外，该团队还开发了一种前体离子扫描方法，可快速、有效地发现和鉴定非目标芬太尼类未知物。
背景：
2019年，芬太尼被社会舆论推到了风口浪尖。这个近年来兴起的新型毒品效力极强，美国在2017年因滥用芬太尼类物质死亡2.9万人，同比增长45%。白宫官方网站首页上，“阿片类药物危机”与经济、国家安全、预算和移民并列在首行最显眼处。而芬太尼原料出口问题也曾使中美关系受到一定影响，最终双方达成一致，共同抵制芬太尼及其衍生物的扩散。目前中国已列管25种芬太尼及2种前体，并于2019年5月1日起，执行芬太尼类物质整类管控。
作为快速发展的“新生代毒品”，芬太尼管制方法正面临着巨大挑战，而快速检测手段（尤其是现场检测）也变得尤为重要，从药物滥用分析管控的角度看，这更像是一场有机化学家与分析化学家的对决。“微管纸喷雾+小型质谱”的现场快速检测解决方案可有效的助力监管部门对可疑芬太尼化合物进行快速甄别。
应用研究1：藏身于饮料或粉末中的芬太尼无处遁形
在此项研究中，作者使用微管纸喷雾试剂盒（PCS Cartridge），开发了适用于现场的便捷采样流程，它可直接对复杂基质中的芬太尼化合物进行采样，无需前处理直接进行质谱检测（如下图）。双线性离子阱小型质谱仪可通过高效串联质谱（MS/MS）扫描和碰撞诱导解离（beam-type CID）功能，将分析物和内标离子捕获在第一个线性离子阱（LIT）中，然后将其质量选择性转移到第二个阱中进行分析,这种扫描模式可用于复杂样品中芬太尼化合物的直接定量分析。文中以伪装形态的样品为例，利用该系统快速准确地分析了可乐、啤酒、牛奶、粉末等样品中的芬太尼类物质。
应用研究2：法医鉴定生物检材中的芬太尼
尿液中的芬太尼化合物及其代谢产物的测定常被用于测试药物滥用或法医鉴定。针对生物检材，“微管纸喷雾+小型质谱”也展现了它便捷的检测流程及过硬的检测能力。该流程只需将尿液滴于试剂盒中，快速烘干后可直接进行质谱系统测试，获得的检出限低至10 ng/mL。
应用研究3：擦拭采样检测物体表面痕量芬太尼
在调查取证中，对物体表面可能沾染的痕量物证进行快速提取及现场检测，可以极大的提高勘查能力。本文中，作者开发了一种痕量擦拭的取样方式，能够检测到残留于塑料袋表面的1ng芬太尼类物质。该方式还适用于邮件、行李、货物等的日常安全查验。
应用研究4：前体离子扫描模式快速分析鉴定非目标芬太尼类未知物
当前检测手段仅适用于目标物定向检测，但芬太尼类物质不断被新合成，根据结构推算，芬太尼类物质可能存在2000余种变体。作者基于双线性离子阱小型质谱仪开发了一种前体离子扫描监测方法，可快速、有效地发现和鉴定非目标芬太尼类未知物。
本文使用的双线性离子阱小型质谱技术，于2019年荣登Analytical Chemistry封面。
更多:
欧阳证教授团队的技术已经在清谱科技实现产业化，Miniβ小型质谱分析系统配置芬太尼类物质及前体物质二级质谱谱库28种，能够为芬太尼监管检测提供高效的现场解决方案。同时支持谱库的远程扩充及非目标芬太尼类未知物鉴定的功能扩展升级。
[参考资料]
1) J. Fan, P. Lian, M. Li, X. Liu, X. Zhou and Z. Ouyang; “Ion Mobility Separation Using a Dual-LIT Miniature Mass Spectrometer”, Analytical Chemistry, 2020, 92, 2573-2579, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b0427.
2) Xinwei Liu, Xiao Wang, Jiexun Bu, Xiaoyu Zhou , and Zheng Ouyang. “Tandem Analysis by a Dual-Trap Miniature Mass Spectrometer”, Analytical Chemistry, 2019, 9(2): 1391-1398.
3) M. Kang, W. Zhang, L. Dong, X. Ren, Y. Zhu, Z. Wang, L. Liang, J. Xue, Y. Zhang, W. Zhang and Z. Ouyang; “On-site testing of multiple drugs of abuse in urine by a miniature dual-LIT mass spectrometer”, Analytica Chimica Acta, 2020, 1101, 74-80, DOI: 10.1016/j.aca.2019.12.028.
4) Linfan Li, Tsung-Chi Chen, Yue Ren, Paul I. Hendricks, R. Graham Cooks and Zheng Ouyang. “Mini 12, Miniature Mass Spectrometer for Clinical and Other Applications-Introduction and Characterization.” Analytical Chemistry, 2014, 86(6): 2909–2916.
5) Yue. Ren, Spencer. Chiang , Wenpeng. Zhang , Xiao. Wang , Ziqing. Lin , Zheng. Ouyang, “Paper-Capillary Spray for Direct Mass Spectrometry Analysis of Biofluid Samples”, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2016.