液相微萃取辅助的表面增强拉曼光谱技术：用于犯罪现场复杂样品中安非他明类兴奋剂的现场定量分析

《Analytica Chimica Acta》：Liquid-Phase Microextraction Assisted Surface-Enhanced Raman Spectroscopy: On-site Quantification of Amphetamine-Type Stimulants in Complex Samples from Crime Scenes

表面增强拉曼散射（SERS）结合液滴膜微萃取（FM-LPME）用于安非他命类物质（ATS）快速检测，有效克服基质效应。优化溶剂（ENB/NPOE）和钠溴化物增强SERS信号，检测限0.011-0.570 μg/mL，重复性RSD≤13%。方法成功应用于XX省制毒废水检测，为复杂样本ATS现场筛查提供高灵敏度解决方案。

　　

高通飞|董壮壮|熊建华|郝洪霞|沈先涛|唐文革|童震|黄楚秀

中国政法大学证据科学重点实验室，教育部，北京，100088，中国

摘要

安非他明类兴奋剂（ATS）的广泛滥用对公共安全和健康构成了严重威胁，因此需要快速、准确地现场检测ATS，特别是在犯罪现场，以用于犯罪侦查和非法药物控制。然而，由于基质效应的影响，使用表面增强拉曼散射（SERS）在犯罪现场检测复杂样品仍然是一个挑战。基于平面膜的液相微萃取（FM-LPME）技术能够实现高效分离和充分的样品清洗。本研究利用FM-LPME技术克服了SERS中的基质效应，并开发了一个FM-LPME-SERS传感平台，用于快速、准确地检测ATS。研究了关键操作因素对FM-LPME性能的影响。ENB和NPOE被确定为有效的支撑液膜溶剂。对于SERS来说，通过柠檬酸钠还原制备的银纳米颗粒表现出更强的增强效果，而溴化钠进一步改善了ATS的SERS信号。最后，建立了一个基于偏最小二乘回归的定量模型来分析FM-LPME-SERS传感数据，该模型在血迹、尿液和废水样品中显示出令人满意的分析性能，检测限为（0.011-0.570 μg mL^-1），重复性高（RSD ≤ 13%），准确率在90-114%之间。该方法已成功应用于XX省公安局提供的药物生产场所的废水样品分析。因此，FM-LPME-SERS是一种强大的工具，适用于复杂样品中的ATS现场检测，对法医学和公共安全具有重要意义。我们相信这项工作将扩大SERS在复杂样品中的应用范围。

引言

安非他明类兴奋剂（ATS），如甲基苯丙胺（MAP）和3,4-亚甲基二氧甲基苯丙胺（MDMA），是一类作用于中枢神经系统并具有兴奋和致幻作用的精神活性物质[1]。根据《2025年世界毒品报告》，ATS已成为滥用最广泛的物质之一[2]。ATS的滥用可能导致严重的健康问题，包括心律不齐、高血压危机甚至死亡[3]。因此，控制ATS滥用的需求日益增加。在复杂样品（如废水、血迹和尿液）中现场检测微量ATS是精确打击毒品相关犯罪、有效侦破刑事案件、确保社会安全和公共卫生的关键步骤。

目前，ATS的现场检测主要依赖于便携式或可穿戴传感器设备，检测方法主要包括电化学[4]、便携式质谱[5]和光学方法[6]。在这些检测方法中，光学检测具有高灵敏度和精度，并且不需要复杂的结构或电子元件。此外，光学检测设备易于微型化，响应速度快，因此非常适合在犯罪现场进行筛查[7]。光学检测方法包括傅里叶变换红外光谱（FTIR）[8]、比色法[9]、荧光检测[6]和表面增强拉曼散射（SERS）[10]。其中，便携式SERS因其高灵敏度、独特的化学指纹信息和非破坏性特性而受到广泛关注[10]。例如，Maneejark等人[11]开发了一种可吸附的SERS基底，并构建了一个法医现场MAP检测平台，检测限为0.01M。最近，Zhang等人[12]设计了一种集成在手套上的柔性SERS传感器，利用光子晶体和等离子体材料之间的相互作用，实现了混合物中MAP的快速识别。

SERS技术的分子响应机制依赖于特定分子与增强基底相互作用产生的独特拉曼指纹特征[7]。然而，在复杂基质分析中，这种高度特异性的信号生成模式面临严峻挑战[13],[14]。多种共存物质不仅可能与目标分子竞争吸附位点[15]，还会改变SERS基底表面的微环境，并通过物理覆盖、化学络合等方式干扰目标分子的特征SERS信号，导致信号重叠、淬灭或失真[16]。这些因素将严重影响SERS结果的准确性和可靠性[17],[18],[19]。因此，在进行SERS分析之前需要对样品进行预处理，液-液萃取（LLE）常用于样品的制备。例如，Markina等人[20]将SERS与LLE结合用于尿液中磺胺甲噁唑的检测，检测限为1.7 μg mL^-1

液相微萃取（LPME）于1999年作为改进型、更环保、更高效和微型化的LLE格式引入，使用了支撑液膜（SLM）[23],[24]。LPME系统中的SLM是浸渍在空心纤维（HF）[23]或平面膜（FM）[25]孔隙中的有机溶剂。萃取过程由中性分析物通过SLM被动扩散到受体溶液中控制。因此，LPME可以同时完成分离和富集。此外，由于SLM在样品和受体溶液之间的隔离和选择性，LPME能够提供出色的清洗效果[26]。由于这些优势，LPME已被广泛用于从不同样品基质中提取氨基酸[27]、金属离子[28]、非法药物[29]、酸性[30]和碱性[31]药物。目前，LPME已被用于从复杂样品中分离ATS[29]。例如，Pantale?o等人[32]研究了使用二己基醚作为SLM溶剂，在45分钟内实现了89.6%的最大回收率。我们的研究小组使用带有FM的富集袋通过LPME从水样中成功富集了ATS[29]。此外，HF-LPME与SERS结合用于成功检测鸡蛋样品中的抗生素残留[17]。然而，HF-LPME对ATS的提取效率仅为FM-LPME的四分之一，这是因为质量传递通量与SLM厚度成反比（HF比FM厚得多[29]）。此外，由于内径有限和壁厚较大，HF容易在复杂样品中堵塞并在HF表面形成气泡[33],[34]。

在此基础上，我们将SERS与FM-LPME结合，后者是一种使用薄膜的LPME技术，设备简单且操作方便[34]，更适合现场样品预处理，用于检测犯罪现场复杂样品中的微量ATS。通过柠檬酸钠还原制备的银纳米颗粒（AgNPs）对目标ATS具有高稳定性和亲和力，被用作SERS基底。FM-LPME直接从干血迹、尿液和废水中提取MAP和MDMA，然后立即使用SERS进行分析。彻底研究了影响提取效率和SERS灵敏度的参数，并进行了优化，包括有机溶剂、受体相、提取时间、SERS基底、聚集剂等。系统评估了FM-LPME系统与SERS检测的兼容性，包括SLM溶剂的干扰以及纯化和富集对SERS信号强度的增强效果。随后，该方法应用于实际样品的ATS检测，展示了相当的定量能力。这种新方法简化了样品制备过程，降低了试剂成本，并最小化了样品基质对SERS信号的影响，为犯罪现场快速检测ATS提供了一种经济、精确且方便的技术。

试剂和材料

盐酸（HCl）、甲酸（FA）、磷酸（PA）、三氟乙酸（TFA）、乙酸（HAc）、1-乙基-2-硝基苯（ENB）、2-硝基苯基辛醚（NPOE）、2-壬酮、三丁基磷酸酯（TBP）、壬醇、盐酸普萘洛尔（内标，IS）、硼氢化钠（NaBH₄）、苯乙胺（PEA）和抗坏血酸均从Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd.（上海，中国）购买。氢氧化钾（KOH）、碳酸钠（Na₂CO₃）、磷酸钠（Na₃PO₄），

SLM溶剂

在FM-LPME中，选择溶剂至关重要，因为它直接影响提取效率、选择性和灵敏度[37]。有机溶剂应具备以下特性：i) 与样品相不混溶，以减少溶剂损失；ii) 对膜和目标分析物具有强亲和力，以提高物质转移速率；iii) 低挥发性，以确保稳定性和重复性[38]。基于这些考虑，选择了五种有机溶剂（ENB、NPOE），

应用

基于PLS模型的定量方法经过验证后，应用FM-LPME-SERS传感系统对三个废水样品中的MAP进行了测定。这些废水样品来自XX省公安局提供的药物制造案件的犯罪现场。同时，也使用LC-MS/MS的金标准方法进行了对比测定。结果见表5。

结论

传统的SERS在快速现场检测方面展示了巨大潜力，但在复杂样品中检测分析物时面临巨大挑战。与以往专注于设计复杂SERS基底的工作不同，我们的方法将重点从SERS信号本身转移到了复杂样品的样品制备上。由于FM-LPME的样品清洗能力，所提出的FM-LPME-SERS系统能够简单准确地检测复杂样品中的ATS。

CRediT作者贡献声明

董壮壮：撰写——原始草案、验证、软件、概念化。熊建华：软件、方法学、研究、概念化。郝洪霞：撰写——审阅与编辑、资源获取、资金筹集、正式分析。沈先涛：撰写——审阅与编辑、监督、资金筹集、正式分析。高通飞：撰写——原始草案、验证、研究、正式分析、数据管理、概念化。唐文革：验证、正式分析，

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号22576075）、湖北省自然科学基金（2023AFB1088）、中国政法大学证据科学重点实验室开放项目（教育部资助，编号2022KFKT02）、重庆市公共卫生重点专项（学科）项目（2025ZDSYS009）以及国家重点研发计划（编号2024YFC3306604）的支持。