应用笔记 - 磁共振

NMR辅助标准红外光谱法在可卡因检测中的应用

“2D NMR技术有可能检测出非法药物样本中的两种可卡因。”

“2D NMR技术有可能检测出非法药物样本中的两种可卡因。”

近年来,在精神活性物质的消遣性使用急剧增加之后,全球范围内的吸毒现象已达到流行水平。据估计,全球每100人中就有1人在使用可卡因、安非他命和摇头丸等兴奋剂。尽管这些药物是非法的,但它们在世界各地被广泛贩运,可能会导致不可预测的暴力行为和严重的长期健康问题。

可卡因是一种从古柯植物叶子中提取的强效成瘾性兴奋剂。可卡因会增加大脑突触中的多巴胺水平,导致兴奋、精神警觉和偏执。它还会刺激大脑的奖赏回路,使其高度上瘾。当大脑适应了持续的高多巴胺浓度后,使用者还会加大其剂量,以便继续获得同等的刺激,并避免戒断症状。

可卡因是贩运量排名第二大的非法物质,有关各方目前正在协同努力以减少其供应。然而,要起诉那些提供可卡因的人,就必须确定其所提供物质中存在可卡因。由于非法生产的可卡因的成分巨大差异,这对毒理学家形成了相当大的挑战。街头出售的可卡因通常混杂了各种附加辅料,包括糖、淀粉、面粉、咖啡因和其它药物,如安非他明和芬太尼。

传统上,对可卡因成分的检测依赖于色谱法,如高效液相色谱法、毛细管电泳法和质谱法。近年来,核磁共振(NMR)技术被越来越多地用于对非法药物的检测。NMR技术的优点是无需特定化合物的参考标准即可进行定量检测,只需最少的样本制备,并且可以同时鉴定多种成分而无需分离。

利用多维NMR技术,可以提高复杂混合物分析中NMR的分辨率,以减少由于化学环境变化而引起的信号重叠和共振位移的影响。扩散有序谱(DOSY)NMR根据各种成分的水动力半径进行识别,在海洛因的检测中被证明十分有用,而最大量子(MaxQ)NMR可在无需复杂解读程序的情况下获得高分辨率。MaxQ NMR谱是一种2D NMR实验,它将单量子相干与高量子阶相互关联。

研究人员最近比较了DOSY和MaxQ-NMR法在检测非法药物样本中可卡因的相对有效性。他们使用配备三共振高分辨率探针的布鲁克 Avance III-600mhz质谱仪,通过DOSY和MaxQ NMR技术分析缉获的样本,并利用内置的TOPSPIN 3.2软件对所获得的NMR数据进行处理。还采用气相色谱-质谱联用技术和ATR-红外光谱法对样本进行了分析。

可卡因包括两种主要形式,游离碱可卡因和盐酸可卡因,通过两种不同的NMR技术都能很容易地进行鉴定。尽管存在多种掺杂物,但仍能在非法药物样本中鉴别出可卡因。然而,MaxQ-NMR比DOSY-NMR更能清楚地区分复杂混合物中的大量不同成分。此外,与DOSY-NMR相比,对于最复杂混合物,MaxQ-NMR能更容易地分配每个分子片段,从而识别出化合物。

利用2D-MaxQ NMR技术,在不到3分钟的时间内即可对可卡因进行鉴定,这为复杂混合物中可卡因的快速检测提供了一种颇具前景的方法。尽管许多样品成分中分子间相互作用的影响十分明显,但并不会影响可卡因的检测质量。

可以得出结论,只有NMR才能明确识别并量化可卡因等未知物质。根据布鲁克的设想,互联的法医实验室可以使用科学中心落地式AVANCE NEO NMR质谱仪以及当地实验室的台式质谱仪,从而让执法当局有效打击这些威胁。两类NMR质谱仪上均使用完全相同的行业标准化NMR软件TOPSPIN,这一非凡的协同效应为远程数据、经验和知识的交流开启了大门。通过在布鲁克的台式模型上使用可配置的按钮、非专家软件接口GO-SCAN,NMR的应用可被进一步分解。这一独特的特性创建出一个分布式实验室拓扑结构,使NMR能随处应用。在这个意义上,布鲁克与世界各地的主要执法机构展开合作,打破毒品的流行趋势,从而保护民众。

Zawilska JB. Int Rev Neurobiol. 2015;120:273-300. doi:10.1016/bs.irn.2015.02.009