拉曼光譜在新型毒品快速檢測中的應用

2024-09-27 18:30:07 101閱讀次數

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研究背景

人工合成的新型毒品因其合成方式多樣、制備簡單、品種繁多、價格低廉、隱蔽性較強等特點，近年來呈現出日益泛濫的趨勢，且已蔓延至以青少年群體為主的社會各個階層，給社會穩定、經濟發展、人民健康造成了嚴重危害，同時也給緝毒部門就毒品和疑似毒品的現場識別和快速檢測帶來了極大的挑戰。

圖1五大毒品

常用的毒品檢測方法主要有化學法、色譜法和光譜法等，其中化學法簡單快速，但不易檢測出微量或化學結構相近的毒品，且結果受雜質干擾較大；色譜法需對樣品進行預處理，程序較為復雜，且需專業人員位于實驗室操作，無法做到快速檢測。相比之下，拉曼光譜法因其具有實時、快速、準確、非接觸、無損、樣品量小、樣品無需預處理等一系列優點，在毒品檢測研究領域備受青睞。本文利用上海生產的 Portman 785 便攜式拉曼光譜儀分別對單獨（帶有塑料包裝）的甲基苯丙胺、氯胺酮、咖啡因和麻古進行了拉曼光譜檢測，并利用自有的 Uspectral-PLUS 軟件對拉曼光譜進行處理。

實驗部分

1. 樣品來源

所有毒品樣品均由浙江省公安廳提供，為現場繳獲所得，其中甲基苯丙胺為透明晶體狀，氯胺酮為白色粉末狀，麻古為紅色片劑;而非毒品樣品 N-異丙基芐胺(冰毒同分異構體)透明晶體則從市場直接購得。

2. 儀器及參數

實驗采用由上海科技有限公司生產的 Portman 785 型拉曼光譜儀，其主要技術指標：光譜采集范圍為 200~3200 cm-1，激光光源的激發波長為 785 nm，激光輸出功率最大為 500 mW，積分時間范圍為 8 ms~30 min。

研究過程

1.甲基苯丙胺、氯胺酮和咖啡因的拉曼光譜檢測

甲基苯丙胺、氯胺酮和咖啡因的拉曼光譜如圖2所示，837和1003cm-1 處是甲基苯丙胺最明顯的兩個特征峰，分別為 N-H 振動模式和芳香環呼吸振動模式；463、599 和 1046 cm-1處是氯胺酮的三個特征峰，分別為 CNC 的平面內變形振動模式、N-H 振動耦合芳香環呼吸振動模式和芳香環呼吸振動模式；而咖啡因最明顯的三個特征峰為556、1329 和 1699 cm-1處，其中，556 cm-1為咖啡因分子的呼吸振動與 CN 的振動、1329 cm-1 是 C-N 振動與甲基變形的耦合；1699 cm-1為咖啡因環的面外變形的振動。所以可以通過不同藥物樣品的特征峰之間的顯著差異對藥物進行鑒別。

圖 2 甲基苯丙胺、氯胺酮和咖啡因的拉曼光譜

2. 基于拉曼光譜對麻古和咖啡因進行鑒別

麻古的主要成分是甲基苯丙胺和咖啡因。在本文中，麻古樣品中90%的成分為咖啡因，甲基苯丙胺的含量為 10%。甲基苯丙胺、咖啡因和麻古的拉曼光譜如圖 3 所示。結果表明，麻古的拉曼光譜與咖啡因相似，其特征譜峰位于 556、1329 和 1699 cm-1 處。因此，拉曼光譜分析證實，檢出的麻古樣品的主要成分是咖啡因。

圖 3 甲基苯丙胺、咖啡因和麻古的拉曼光譜

然而，自身熒光對麻古的拉曼光譜的影響遠遠大于對咖啡因的影響，如圖 4 所示。拉曼光譜表明，在基線去除之前，咖啡因的拉曼信號強于麻古，這可以用來區分麻古和咖啡因。

圖 4 去基線前的咖啡因和麻古的拉曼光譜

3. 聚丙烯透明包裝對于拉曼檢測的影響

儲存在塑料包裝等透明容器中的毒品在犯罪現場很常見，打開包裝進行檢測不僅耗時，而且容易被污染，甚至導致證據的破壞。對于直接通過塑料測量藥物，拉曼光譜具有許多優點，因為它可以提供更簡單的光學配置，可以很容易地連接以進行在線測量。因此，本文直接測量通過塑料聚丙烯（PP）包裝的甲基苯丙胺、氯胺酮、咖啡因和麻古的拉曼光譜，如圖 5 所示。圖 5（e）顯示了 PP 透明包裝的拉曼光譜，其中 814、845、976、1159、1332 和 1462 cm-1是 PP 的特征峰。814 和 845 cm-1處的雙峰是最明顯的峰，屬于碳原子和氫原子之間的振蕩振動模式。

圖 5 直接通過塑料（聚丙烯）包裝測量的（a）

甲基苯丙胺、（b）氯胺酮、（c）咖啡因和（d）magu 的拉曼光譜，以及（e）聚丙烯透明塑料包裝的拉曼光譜

相比之下，圖 5（a）通過透明包裝檢測到的甲基苯丙胺的拉曼光譜在 1003 cm-1 處具有最強的波段，這與沒有塑料包裝的甲基苯丙胺的拉曼光譜一致。同時，623、1003 和 1606 cm-1 處最明顯的特征峰仍然可以觀察到。當使用 PP 封裝進行檢測時，837 cm-1處特征峰被 PP 的 810 和 845 cm-1所取代。同時，PP 的特征峰也出現在甲基苯丙胺的拉曼光譜中。從甲基苯丙胺的鑒定可以看出，PP 材料雖然引起了輕微的干擾，但是甲基苯丙胺仍然可以被識別出來。圖 5（b）通過透明包裝檢測到的氯胺酮拉曼光譜不僅包括氯胺酮的特征峰，還包括 PP 的拉曼特征峰。與氯胺酮類似，我們也可以在圖 5（c）中識別出咖啡因和 PP 的拉曼特征峰。

但與上述三種藥物不同的是，圖 5（d）所示的麻古的光譜與 PP相似，表明檢測結果是 PP 而不是麻古。原因可能是由于麻古自身引起的自身熒光干擾太強，自身熒光可能會淹沒來自麻古的拉曼信號，因此，PP 更容易被檢測到。圖 6 顯示了由于 PP 強大的自發熒光背景，麻古的拉曼信號非常微弱。在沒有做背景減法的情況下，PP 包裝的麻古光譜中幾乎沒有觀察到麻古的特征峰。在利用 Uspectral-PLUS軟件對拉曼光譜進行背景扣除后，在 556、1329 和1699 cm-1 處可以觀察到麻古的三個主要特征峰。

結論

本文利用上海生產的 Portman 785 便攜式拉曼光譜儀分別對單獨（帶有塑料包裝）的甲基苯丙胺、氯胺酮、咖啡因和麻古進行了拉曼光譜檢測，并利用自有的 Uspectral-PLUS 軟件對拉曼光譜進行處理。結果表明，利用拉曼光譜可以有效地區分不同種類的毒品。此外，拉曼光譜可以通過透明包裝進行，而不干擾捕獲的藥物。這些結果將有助于我們進一步開發新型手持、非接觸、快速、無損拉曼光譜藥物檢測器。

文獻來源