拉曼光谱仪：三十秒速测电子烟油中合成大麻素

毒品是全人类的公害，毒品问题治理事关人类前途命运。除了传统的冰毒、吗啡、K粉等常见毒品外，近几年吸食新精神活性物质（NPS）引发的危害健康事件开始进入大众视野。为解决公安执法中含量低、毒品检测环境复杂等难题，嘉庚创新实验室公共安全联合研究中心李剑锋教授团队根据国家社会的重大需求，与公安部禁毒情报中心、厦门赛纳斯科技有限公司联合建立毒品数据库，并结合自主研发的手持式拉曼光谱仪，可在三十秒内实现电子烟油中现场痕量毒品的快速鉴定，将合成大麻素、芬太尼等毒品一网打尽。

新精神活性物质，又称“策划药”或“实验室毒品”，是不法分子为逃避打击对管制毒品进行化学结构修饰所得到的毒品类似物，具有与管制毒品相似或更强的兴奋、致幻、麻醉等效果。其中，合成大麻素类物质和芬太尼类衍生物都归属于新精神活性物质

什么是合成大麻素类物质？

合成大麻素类物质是九大类新精神活性物质中的一类，具有下列化学结构通式。

合成大麻素类物质分子结构通式

该类人工合成的化学物质，具有成本低，易获取的特点。同时能产生更为强烈的兴奋、致幻等效果，吸毒人员吸食后会出现头晕、呕吐、精神恍惚、致幻等反应，过量吸食甚至会出现休克、窒息甚至猝死等情况。合成大麻素类毒品多以香料、烟草等形态出现，不少毒贩把毒品稀释后混进香烟内，公然在朋友圈贩卖“上头电子烟”，宣称可以让人合法“上头”、合法“飞行”。

什么是芬太尼？

芬太尼原本是一种强效的类阿片止痛剂，是医学中使用最广泛的合成阿片类药物。但由于芬太尼衍生物的成瘾性和使用者的滥用，使其成为一种新兴起的新精神活性物质类毒品，是继传统毒品、合成毒品后全球流行的第三代毒品。

芬太尼类的分子主体结构

芬太尼成本低廉，变体丰富，不少不法分子钻法律空子，在芬太尼的分子结构侧基添加一些其他基团，就可生产出新的“芬太尼替代品”，如卡芬太尼、丙酰芬太尼、乙酰芬太尼等等。以卡芬太尼为例，其药效是芬太尼的一百倍、海洛因的五千倍、吗啡的一万倍。仅0.02克卡芬太尼（相当两颗食盐的重量），通过吸入或皮肤直接接触的方式摄入，就足以使一个成年人毙命。高毒性芬太尼通常以难以察觉的方式进入边境，由于芬太尼类物质毒性强、品种多、变异快、查缉难，已成为当前禁毒领域面临的一大难题。

为严控毒品，有关部门不断加大对新精神活性物质的监管力度。公安部、国家卫生健康委、国家药监局联合发布公告，自2019年5月1日起，正式将芬太尼类物质实施整类列管。两年后，国家禁毒委员会宣布，自2021年7月1日起，将合成大麻素类物质和氟胺酮等18类物质列入精麻药品目录管制。此次整类列管合成大麻素类新精神活性物质，将含有公告所列化学结构通式的物质都列入了管制。此外，当人体意外暴露、接触高纯度的精神类药物也会产生严重后果。因此，要求在现场缉毒查毒的过程中能够快速、简单、无接触地对样品进行定性识别。

拉曼光谱是分子的指纹光谱技术，利用样品受到激光的照射而发出具有特征性的散射光信号来进行分子鉴别，这些特征信号包含了目标分子的结构信息和化学信息。为应对公安部、国家卫生健康委、国家药监局对合成大麻素类物质及芬太尼类物质防控的迫切需求，不论是合成大麻素类物质还是芬太尼类物质均有品种多、变异快、使用环境复杂、查缉难等难题，为攻克以上难题，研究团队主要采取了以下几个策略：

一、建立合成大麻素类和芬太尼类毒品的常规拉曼谱图库。

二、研发1064 nm激发光的手持拉曼光谱仪，以尽可能规避荧光信号的干扰。

三、总结合成大麻素类和芬太尼类物质的特征谱图共性，并利用团队自主研发的增强拉曼芯片来实现对痕量毒品的快速检测，建立痕量毒品的表面增强拉曼数据库；同时，还可以利用增强芯片来猝灭实际体系中的荧光信号，从而实现复杂环境下混合物中毒品的痕量快速检测。

目前，嘉庚创新实验室公共安全联合研究中心与公安部禁毒情报中心和厦门赛纳斯科技有限公司合作，建立的毒品数据库多达1000余条，其中含有合成大麻素类物质拉曼谱库百余条。同时，该数据库能实现200余种芬太尼衍生物的识别，是目前全球范围内最全的芬太尼类拉曼光谱数据库。结合自主研发的手持式拉曼毒品识别仪，可在三十秒内实现对电子烟油中痕量合成大麻素以及其他混合物中的毒品现场快速鉴定。

手持式拉曼光谱仪

常见的手持式拉曼光谱仪的激发光源为785 nm激光，可以实现大部分毒品标准品的鉴定。但是贩毒链中毒品纯度较低，且含有的杂质容易带来荧光干扰，甚至有些毒品本身的就具有较大的荧光基团。785 nm波长激发光下测试的拉曼特征谱峰往往会被湮没在荧光信号当中，难以实现有效鉴定。而嘉庚创新实验室公共安全联合研究中心开发的手持式拉曼光谱仪（SHINS-P1000），配备有1064 nm近红外激光器，可以有效规避荧光干扰，将芬太尼类、合成大麻素类毒品一网打尽。

电子烟油中合成大麻素类物质的检测流程

对于肉眼不可见的痕量毒品，比如包裹或桌面残留、皮肤接触残留等，常规的手持拉曼光谱仪很难进行采集。一方面是物质颗粒微小不可见，难以找到有效的采集区域。其次是表面残留的毒品浓度低，难以贡献出可观的拉曼信号强度。对此，实验室公共安全联合研究中心利用表面增强拉曼光谱技术，开发出拉曼信号增强芯片，可以百万倍地放大目标分子的信号，让痕量物质也无处遁逃。

以合成大麻素类物质的痕量检测为例，合成大麻素类物质的主要滥用方式是将其溶于电子烟油或喷涂于烟丝等植物表面。若直接进行拉曼信号采集容易产生杂质干扰，此处只需一个简单的前置步骤即可避免杂质干扰，再将处理后的样品直接滴于增强芯片表面（三十秒即可检测出结果）。这里的增强芯片就是一个拉曼信号放大器，可以百万倍地放大毒品分子的拉曼信号。同时，增强芯片的表面修饰有能够捕捉合成大麻素类分子的捕获层，能够将合成大麻素类分子抓取到增强芯片表面，从而增强该分子的拉曼信号。增强芯片还有一个明显的特点是可以猝灭荧光。原本带有强荧光信号的“宽包式”谱图特征的分子，落到增强芯片上，就可以变为“窄带宽”的特征性拉曼谱图。这种效果就像近视眼带上了眼镜，从只能看到模糊的轮廓变成可以看清楚更多的细节。同时百种合成大麻素类物质都是基于相同的骨架而衍生出来的，因此在表面增强拉曼光谱中，其骨架上表现出相似的谱峰特征。

毒品痕量残留检测流程

我们通过分别对七大类合成大麻素结构通式的分子骨架振动模式谱峰进行总结，建立谱图库，来实现合成大麻素类物质的整类识别管控。并且通过建立标准物质的谱图数据库，利用采集谱图与数据库比对的方式，实现无接触式的物质精准鉴定。对于毒品痕量残留的检测，只需要简单的刮涂式采集表面，再转移到增强芯片表面，即可实现对痕量合成大麻素类物质进行现场快速检测。

我们利用拉曼光谱技术本身的优势，并结合国家社会发展的重大需求，在深耕基础研究、力求实现“从零到一”突破的同时，积极响应习近平主席“把论文写在祖国的大地上”的号召，推动技术从“书架”向“货架”转化，实现落地转化，解决公安执法中毒品现场检测的难题，为公共安全问题提供高端前沿的解决方案。

（厦门赛纳斯）