基于ASAP-MS的英国酒吧非法药物表面筛查及LC–MS确证评估

《JOURNAL OF MASS SPECTROMETRY》：Assessing the use of ASAP-MS for Screening a UK Pub for Illicit Drug Substances

　　

公共场所如酒吧和酒馆中的非法药物使用已成为公共健康与安全日益重要的问题。这些场所常为个体进行娱乐性药物使用提供环境，导致其在频繁接触表面残留。本研究旨在调查英国一家酒吧内非法药物的存在，重点关注桌子、吧台以及男女卫生间等常见接触点。研究人员在3周内采集了400余份表面拭子，目标是识别常与娱乐性使用相关的非法物质痕迹。本研究还探索了大气压固体分析探针质谱（ASAP-MS）作为现场检测可卡因、氯胺酮、苯丙胺、地西泮和四氢大麻酚（THC）的筛查工具的潜力。既往研究表明，ASAP-MS 是一种以最少样品前处理检测非法药物的有效方法。研究人员开发了通过玻璃毛细管棒直接分析拭子的非靶向筛查方法，而对溶剂萃取样品采用非靶向与靶向联合方法。为进行确证检测，液相色谱-质谱联用（LC–MS）用于确定每种 ASAP-MS 分析的有效性。结果表明，采用最少样品前处理的靶向方法检测到初始筛查方法此前未检测到的痕量非法药物。然而，直接样品分析的非靶向方法显示出检测较大量物质尤其是可卡因的潜力。总体而言，研究结果揭示该酒吧内所有接触点均存在药物残留，尤其是卫生间，其所有样品均含可卡因痕迹。

研究背景：根据原文，英国国家统计局（Office for National Statistics，ONS）数据显示，截至2023年3月的一年中，英国约310万16–59岁人群报告使用非法药物，其中约250万为大麻使用者、110万为A类毒品使用者；但基于自我报告的数据可能低估实际使用。非法药物使用的公共卫生影响包括药物滥用中毒以及药物相关精神和行为障碍，2022/2023期间后者是16–44岁人群住院的重要原因。药物使用呈时间趋势，周末更可能发生，废水样本周六至周一浓度更高。酒吧、锐舞和夜店等夜生活场所长期与非法药物消费相关，可检测到大麻、摇头丸、阿片类、处方药、可卡因和甲基苯丙胺。经常去酒吧的年轻人中可卡因使用更普遍。非法药物的流行和流通引起对环境背景污染水平的担忧，处理、不当处置和大气存在构成公共健康与安全风险。表面转移通过常接触物体。已有研究发现45个测试表面中35个可卡因阳性，加油泵、银行机器和门把手100%阳性，购物车70%，学术建筑入口30%。即使定期清洁的受控环境也可检测到，Sisco et al. 在法医实验室发现尽管定期清洁，仍检测到非法药物，称量天平最高，可卡因在95%回收样品中存在。质谱（mass spectrometry，MS）可用于鉴定和定量非法药物，通常与气相色谱（gas chromatography，GC）或液相色谱（liquid chromatography，LC）联用，但已发表方法多集中于临床毒理，使用血、尿、唾液，需要样品前处理，仪器昂贵、需训练人员，不适合现场。现场筛查要求速度和便携，常用傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared，FTIR）和拉曼光谱，但混合和低浓度样品仍具挑战。常压电离质谱（ambient ionisation mass spectrometry，AIMS）允许最少样品制备直接分析，无需色谱分离，与小型质谱联用更适合现场。ASAP 由 McEwen et al. 通过改造大气压化学电离（atmospheric pressure chemical ionisation，APCI）探针以容纳玻璃毛细管棒而开发。近期研究显示 ASAP 与高分辨或单四极杆质谱可用于法医快速检测非法物质。Frinculescu et al. 在英国节日用类似方法现场鉴定，93%（n=94）与气相色谱-质谱联用（GC–MS）一致。通过处理或消费非法物质，痕迹可留在常接触表面，尤其清洁不频繁至常规区域。实验室和公共场所的转移与污染广泛，对无意顾客和工作人员构成健康安全风险。因此需要快速、选择性、便携、易操作的技术。本研究探索常压质谱解决挑战。由于在实验室创建真实标准困难，滴加固定体积标准到表面会导致咖啡环效应和材料粘附，而非有机分布松散颗粒，研究人员测试便携质谱与 ASAP 系统作为筛查设备，检测英国酒吧各种表面非法药物。

研究开展与意义：研究人员在英格兰南部农村/住宅区一家匿名酒吧，选择男女卫生间、桌子和吧台四个常见接触点，从马桶水箱、窗台、马桶盖、木桌和3米长铜制吧台采集干拭子。三周内每个位置五份，共 n=420。前三个拭子无样品制备直接 ASAP-MS 非靶向分析；所有五个拭子经甲醇溶剂萃取后，用非靶向和选择离子记录（selected ion recording，SIR）靶向方法分析；所有溶剂萃取样品再用 LC–MS 确证。研究表明 ASAP-MS 可快速、最少制备筛查表面药物，非靶向适合高浓度，靶向提高灵敏度尤其氯胺酮，溶剂萃取改善回收。研究意义在于评估现场筛查工具在复杂公共场所的可行性，并揭示酒吧表面污染，尤其卫生间。

关键技术方法概述（不超过250字）：样本来源为英国英格兰南部农村/住宅区一家匿名酒吧，四个位置三周共420份干拭子。关键技术包括：使用玻璃毛细管棒直接拭子进样，在单四极杆 ASAP-MS 上以非靶向全扫描 m/z 50–500 分析；对拭子甲醇萃取物进行非靶向和 SIR 靶向分析；以 LC–MS 作为确证标准。ASAP-MS 条件包括正离子、N₂干燥气、电晕放电3 μA、源温140°C、探针450°C、锥电压15/25/35/55 V。数据分析采用 MassLynx、AnalyzerPro XD 库搜索和 TargetLynx XS，并以 LC–MS 结果计算灵敏度、特异性、假阴性率（FNR）、假阳性率（FPR）及95%置信区间（CI）。

结果：
3.1 LC–MS—确证检测：靶向 LC–MS 仅检测到可卡因和氯胺酮，共320个阳性：可卡因250，氯胺酮70。超过半数拭子含可卡因，男卫生间最多，其次女卫生间；氯胺酮在多数卫生间拭子出现，桌子和吧台较少。LC–MS 发现大量氯胺酮未被 ASAP-MS 检测，64个拭子同时含两种分析物。第2周阳性最多117，第3周109，第1周95。校准曲线 R² >99%，线性 p<0.05。250个可卡因阳性中230个在标准响应两个数量级内，20个超过两个数量级，视为高浓度，均在男女卫生间，最高在第三周周二男卫生间；所有氯胺酮阳性在两个数量级内。

3.2 ASAP-MS 筛查：
3.2.1 拭子非靶向分析：五个拭子仅三个直接分析，溶剂萃取分析全部五个。三周共53个阳性：可卡因47，氯胺酮6，其中3个假阳性。第2周最多23，第1周20，第3周10。可卡因最普遍，男卫生间最多；女卫生间可卡因9次，第一周桌子可卡因，第二周氯胺酮。没有 ASAP-MS 检测而 LC–MS 未检测的情况，说明颗粒转移后确证仍可检测。

3.2.2 溶剂萃取物非靶向方法：所有拭子甲醇提取，1 μL 上样，三周共97个阳性：可卡因89，氯胺酮7（同3假阳性）。可卡因检测比直接分析翻倍，但分析五个而非三个。第1周最多37，第2周36，第3周21。男卫生间可卡因高，女卫生间更多。有个例初始检测到而提取后未检测，如第三周周日男卫生间可卡因。

3.2.3 溶剂萃取物靶向方法：靶向总阳性118：可卡因104，氯胺酮14；假阳性2可卡因、6氯胺酮。第1周最多，男卫生间可卡因高，女卫生间可卡因增加，桌子和吧台可卡因和氯胺酮。也有靶向未检测而非靶向检测到的情况。

3.2.4 ASAP-MS 最低检测浓度：三次重复标准平均响应，峰-峰信噪比3:1，检测限（LOD）可卡因13 pg/μL，氯胺酮0.14 ng/μL。最低可卡因约20 pg/μL 在三种方法中均检测到，靶向检测更多低浓度样品。非靶向可卡因两个在20–30 pg/μL，其余高于5.34 ng/μL；氯胺酮靶向检测低纳克水平，非靶向检测低至3.40 ng/μL，靶向显著低于非靶向。这些近似复杂混合物中 ASAP-MS 检测能力。

3.3 假阴性和假阳性率：以 LC–MS 为参考，可卡因 FNR 从非靶向直接72.84%、非靶向萃取64.80%降至靶向萃取59.51%，灵敏度从27.16%升至40.49%；氯胺酮 FNR 从95.12%降至88.57%，灵敏度从4.88%升至11.43%。可卡因两种非靶向 FPR 0.00%，靶向 FPR 1.73%；氯胺酮 FPR 低于1.75%。靶向萃取总体准确率最高：可卡因64.29%，氯胺酮83.81%。但两种分析物尤其氯胺酮假阴性率仍极高。

讨论与结论：讨论比较 ASAP-MS 分析：非靶向直接分析约2分钟，适合现场和非专家，但玻璃棒脆弱，压力不足导致假阴性。湿表面棉签毛细作用使分析物被困，高浓度可卡因多来自男卫生间，因公共卫生间常为非法药物使用点。溶剂萃取释放棉纤维内分析物，甲醇快速蒸发，每样2–3分钟，便携；但1 μL 体积可能不足。靶向检测最多，但假阳性增加，因 ASAP-MS 无分离，基质干扰和同量异位素产生相同 m/z。程序空白非真实环境空白。LC–MS 灵敏特异但运行长、前处理复杂，不适合现场。ASAP-MS 假阴性多，尤其氯胺酮，原因包括拭子至玻璃棒转移、萃取、采样体积、热脱附竞争和电离竞争。可卡因挥发性高、质子亲和力强，可能抑制氯胺酮；固定450°C探针可能使痕量氯胺酮热分解。建议温度梯度、稀释、基质匹配对照。4.3 假阳性中，第一周周三男卫生间拭子被鉴定为氯胺酮系统假阳性，AnalyzerPro XD 识别普鲁卡因97.2%置信度，其 [M+H]⁺ m/z 237 与氯胺酮 m/z 238 相差一个质量单位，可能因分辨率不足或 C₁₃ 同位素添加。共15个假阳性，多为靶向，系统假阳性为普鲁卡因；还识别 phenacetin、caffeine、temazepam 和 para-methoxymethamphetamine（PMMA）。

研究结论翻译：对快速可靠筛查技术的需求仍然必要。本研究评估 ASAP-MS（非靶向和靶向）与 LC–MS 检测公共场馆表面非法药物的效用。ASAP-MS 具有快速、最少制备优势。非靶向方法有效检测高浓度分析物，在通常清洁频率较低的卫生间环境中；靶向方法显著提高灵敏度，尤其对氯胺酮。溶剂萃取通过释放拭子上残留物进一步改善回收，但观察到不一致，可能因样品转移变异和提取体积小。初始 ASAP-MS 结果提示三周内可卡因比氯胺酮更普遍；但确证 LC–MS 显示表面氯胺酮存在更多。ASAP-MS 方法共识别15个假阳性，若干氯胺酮信号后来归因于普鲁卡因，一种已知可卡因掺假剂。由于 ASAP-MS 分辨率不足，同量异位素化合物如普鲁卡因可干扰准确检测。多数假阳性发生在靶向方法，可能因程序空白准确性限制。集成 AnalyzerPro XD 等分析软件有价值，通过提供化合物特异性置信度并识别潜在掺假剂来减少假阳性。尽管有局限，ASAP-MS 显示快速、成本有效、易操作现场筛查的强大潜力。对拭子进行非靶向分析可实现零样品制备，适用于存在大量未知物质的场景，如药丸或袋装粉末。对于较小量，快速提取可帮助用非靶向方法检测更多样品。溶剂萃取样品的靶向分析显示作为复杂环境中表面水平药物快速现场筛查工具的强潜力。此外，靶向方法经优化可能有利于目标分析物。主要优化要求似乎是添加温度梯度而非固定探针温度，这将允许挥发性较低分析物顺序脱附，化合物在不同时间到达源，从而谱图更简单并减少热脱附和电离竞争。建议进一步优化样品体积、基质匹配对照和额外数据分析软件工具，以提高未来应用中的检测可靠性并减少假阳性。