《Talanta》：Efficient On-Site Detection of Nitazenes in Hair: Integrating MCX Pipette-Tip Solid-Phase Extraction with Miniaturized Mass Spectrometry
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Mengyao Tang|Yunfeng Zhang|Zhendong Hua|Wei Jia|Na Wang|Boyu Huang|Haixing Wang|Cuimei Liu中国公安部药品监控与控制重点实验室，毒品情报与法医中心，北京100193摘要作为一类新兴的合成阿片类
Mengyao Tang|Yunfeng Zhang|Zhendong Hua|Wei Jia|Na Wang|Boyu Huang|Haixing Wang|Cuimei Liu
中国公安部药品监控与控制重点实验室，毒品情报与法医中心，北京100193
摘要
作为一类新兴的合成阿片类药物，硝氮苯类物质在非法药物市场中的传播速度惊人，对公共健康和社会稳定构成了严重威胁。因此，迫切需要能够快速检测这类物质的现场检测方法，尤其是在复杂的生物样本中。本文首次开发了一种基于微型质谱技术的分析平台，可快速检测头发样本中的16种硝氮苯类物质。通过系统优化微型质谱仪的提取溶剂及关键参数，并结合纳米电喷雾离子化技术，该平台实现了对头发样本中16种硝氮苯类物质的检测。其检测下限在5 ng/mL到20 ng/mL之间，定量下限则在20 ng/mL到80 ng/mL之间。此外，还采用了混合酸阳离子交换管式固相萃取技术，使得各种目标物质的富集因子在6.7到9.9倍之间。经过该预处理步骤后，该检测方法在28份真实头发样本中的阳性检测率为94%（浓度范围为0.27 ng/mg至8.56 ng/mg），相比未经富集处理的检测方法，阳性率提升了38%。各分析物的线性范围大多在其定量下限到500 ng/mL之间，决定系数r2均高于0.99。所有分析物的精密度在6.9%到14.2%之间。通过将微型质谱检测结果与超高效液相色谱-串联质谱检测结果进行比较，8份真实样本的定量结果相对误差在-11.3%到18.8%之间。单个头发样本的整个分析流程可在10分钟内完成，若采用富集处理，则还需额外5分钟。与传统检测方法相比，该方法具有操作简单、灵敏度高且便于携带的优点，因此在毒品犯罪调查和法医学领域具有广阔的应用前景。
引言
新型精神活性物质是继传统麻醉剂和合成毒品之后的第三代精神活性物质，已成为全球亟需解决的问题。其中，合成阿片类药物是最为普遍且危害最大的类别之一。随着全球针对芬太尼类似物的监管措施日益严格，非法毒品贩子和制造者开始转向使用新的合成阿片类药物。这类物质的药理作用与芬太尼类似物相似，但却处于监管的灰色地带，难以受到严格的监管。同时，流行病学数据和法医分析也显示，合成阿片类药物滥用中的硝氮苯类物质比例正在不断上升[1]。硝氮苯类物质具有2-苄基苯并咪唑结构，最初是由瑞士CIBA公司于20世纪50年代作为潜在的镇痛药开发的[2]。这类物质具有极强的阿片受体激动作用，其药理效力是吗啡等传统阿片类药物的数百到数千倍。由于这种过强的效力，硝氮苯类物质极易引发严重的不良反应，包括呼吸系统和中枢神经系统功能抑制[3]。正是由于这些安全问题，它们未能进一步发展为临床治疗药物[4]。自2019年异吨氮苯首次出现在非法药物市场以来，全球范围内硝氮苯类物质的滥用情况急剧增加，相关的致命过量案例也逐年上升[5]。由于常规解毒剂如纳洛酮在逆转其药理作用方面的效果有限，硝氮苯类物质的过高过量风险进一步加剧，从而对公共健康构成更大威胁[4]、[6]。鉴于其极高的效力以及带来的严重公共卫生风险，中国监管部门已制定了针对硝氮苯类物质的全面管控措施[7]。在此背景下，开发用于快速检测硝氮苯类物质的现场检测技术具有重要的战略意义。这类技术不仅能有效拦截非法硝氮苯类物质的流通，还能大幅提升毒品执法的效率，为应对这类新兴合成阿片类药物带来的公共卫生危机提供重要手段。
目前，已有多种分析方法可用于检测硝氮苯类物质。对于药片等非生物样本，可采用快速检测技术。Power等人[8]开发了一种便携式的混合光谱指纹技术，将荧光光谱指纹和反射光谱指纹相结合，用于快速识别硝氮苯类物质及其他新型精神活性物质。Kimani等人[9]则利用拉曼光谱、表面增强拉曼散射技术、傅里叶变换红外光谱以及实时热解吸质谱技术，用于快速筛查疑似假冒药品药片中的硝氮苯类物质。而对于头发[10]、[11]、血液[12]、[13]以及干血斑[14]等生物样本中的硝氮苯类物质，高分辨率质谱技术和超高效液相色谱-串联质谱技术则是主要的分析方法，例如Gao等人就验证了基于UPLC-MS/MS的技术可用于人类头发中17种硝氮苯类物质的定性和定量分析[11]。近年来，环境电离技术的进步推动了微型质谱技术的发展[16]、[17]、[18]、[19]。其中，纳米电喷雾离子化技术是通过在玻璃毛细管针内插入金属丝并施加高压来产生电喷雾，从而实现液体样本的离子化[20]、[21]。
在各类生物样本中，头发样本因其稳定性高且可在犯罪现场无创采集而备受重视。使用便携式质谱仪对头发样本进行现场分析，可以快速初步筛查硝氮苯类物质，使执法部门能够在无需等待实验室检测结果的情况下，及时做出基于证据的决策，比如确定侦查重点或制定针对性的后续行动方案。然而，头发样本中含有复杂的内源性基质成分，这些成分会带来严重的基质干扰，降低目标分析物的检测灵敏度，给准确可靠的检测带来挑战。此外，玻璃毛细管针容易在复杂基质中吸附不可挥发的粘性物质，导致针头堵塞和仪器污染，这些问题会降低分析的稳定性和重复性，从而限制了纳米电喷雾离子化技术在复杂样本中的应用[22]、[23]。
传统的固相萃取技术操作繁琐，需要大量的溶剂和样本，因此不太适合用于生物样本的快速现场分析。相比之下，基于移液管针头的固相萃取技术是一种简单且便携的样本前处理技术，所需的样本和溶剂量都很少，已在生物、环境和食品分析领域展现出显著优势[24]、[25]。该技术利用移液管针头作为萃取装置，只需少量吸附剂和溶剂即可实现高效萃取，同时还具备良好的便携性。值得一提的是，Wu等人[18]最近开发了一种结合C18 PT-SPE技术的微型质谱分析方法，可用于快速检测尿液样本中的六种常见非法药物及其代谢物。
在本研究中，我们开发了一种简单快速的混合酸阳离子交换PT-SPE技术，用于头发样本的前处理。与传统的C18吸附剂相比，MCX吸附剂兼具反相保留和阳离子交换功能，能够更有效地提取弱碱性分析物，并提高其选择性[26]、[27]、[28]。将该技术与配备纳米电喷雾离子化源的微型质谱仪相结合，首次实现了对头发样本中硝氮苯类物质的快速现场筛查和半定量分析。
章节节选
仪器与试剂
本研究所使用的16种硝氮苯类物质参考标准（见表1）由上海源思标准科技有限公司提供，纯度超过98%。Etonitazene-d5（浓度为0.1 mg/mL）则由公安部第三研究所提供。混合酸阳离子交换树脂则购自Oasis ?PriME MCX固相萃取柱（60 mg，3 cc），该产品来自美国马萨诸塞州米尔福德市。甲醇和甲酸（均为HPLC级）
前处理条件的优化
为了优化从头发样本中提取硝氮苯类物质的方法，我们选用了一种含有5-CN异构吨氮苯和N,N-二甲基乙吨氮苯的代表性头发样本（S-01），系统评估了四种不同的溶剂：纯甲醇、含0.1%甲酸的甲醇水溶液（体积比为3:7）、含0.1%甲酸的甲醇水溶液（体积比为1:1）以及0.1%甲酸的水溶液。样本的处理过程遵循2.2.1节所述的方案，随后通过UPLC-MS/MS技术进行检测。
对于5-CN异构吨氮苯而言，
结论
我们首次开发了一种基于微型质谱技术的现场快速定性定量分析方法，可用于检测头发样本中的硝氮苯类物质。通过精心选择头发样本的提取溶剂并系统优化微型质谱仪的各项参数，该方法的性能达到了最佳水平。单个头发样本从样本准备到得出定性分析结果的整个流程可在10分钟内完成，如果采用富集处理，则还需额外5分钟。
作者贡献说明
Cuimei Liu：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿撰写，研究指导，方法设计，概念构思。Haixing Wang：方法验证，资源协调，方法设计。Boyu Huang：方法验证，方法设计，数据整理。Na Wang：方法验证，资源协调。Wei Jia：方法验证，资源协调。Zhendong Hua：论文撰写——审阅与编辑，研究指导，资源协调，项目管理，资金筹措，概念构思。Yunfeng Zhang：资源协调，方法设计。Mengyao Tang：论文撰写——初稿撰写，方法验证，
利益冲突声明
? 作者声明不存在任何可能影响本研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家关键研发计划的支持（项目编号：2022YFC3300902）。
