红外光谱法操作简单, 样品研磨均匀后直接分析, 一个样品的测定时间仅需3~5 min。而采用GC-MS测定一个样品的时间为15~30 min, 所需时间为前者的5倍以上, 因此使用红外光谱可极大提高检测效率。

红外光谱法测试几乎无耗材消耗, 检验成本极低; 红外光谱仪除半年更换一次干燥剂外无需其它维护, 仪器维护费用低; 红外光谱仪除电源外不需要使用水、气体及各类辅助小设备, 实验室建设成本低。GC-MS的检验成本约为100元/份, 红外光谱法的检验成本约为5元/份, 红外光谱法的检验成本仅为GC-MS法的1/20。

常规的色谱和质谱法在测试过程中会消耗有机试剂, 一方面影响技术人员的健康, 另一方面产生有机废液, 不符合绿色环保的理念。红外光谱法除使用极少量乙醇外不消耗有毒害的有机试剂, 有利于检测人员的健康、绿色环保。

不同仪器厂商红外光谱仪测试的光谱图一致性强, 通用的标准品谱图库可供不同厂商仪器共同检索使用。光谱图的一致性也保证了制定统一的定性判定标准的可行性。

便携式红外光谱仪可用于案件现场查获疑似毒品的快速分析, 便于民警对案件的性质做出快速判断, 迅速决定下一步的侦查或审讯方向。

综合评价, 与传统的色谱和质谱方法相比, 红外光谱法具有操作简单、检测速度快、检测成本低、绿色环保、可用于现场快速检验等优势。红外光谱法唯一的缺点是只能检测较高含量的样品, 所以无法出具阴性结论, 低含量的样品（一般纯度低于10%）需送实验室进一步用其他方法进行分析。但实践中, 我国海洛因、甲基苯丙胺晶体、氯胺酮、可卡因等零包毒品的纯度绝大部分都在20%以上, 使用红外光谱法都能快速准确定性。

2.1.1 匹配度系数法

匹配度系数法主要用于纯品化合物如原料药的定性鉴定。但毒贩为谋取暴力, 常在毒品样品中大量掺假咖啡因、扑热息痛、吡拉西坦、蔗糖等物质。这些被掺假了的毒品样品与标准品光谱图的匹配度系数往往较低。图1显示了196份海洛因样品（纯度范围5.2%~79.5%）和287份氯胺酮盐酸盐样品（纯度范围1.2%~100.0%）纯度与匹配度系数的关系。海洛因样品与标准品的匹配度系数区间为0.12~0.97, 氯胺酮样品与标准品的匹配度系数区间为0.10~0.99。整体上看纯度越高匹配度系数越高, 但匹配度系数与纯度并不成线性关系。因此, 定性鉴定匹配度系数的阈值很难界定。设定一个较高阈值能够大大降低出现假阳性结果的概率, 但方法适用范围也会随之变窄。综合评价, 采用匹配度系数作为定性判定依据的效果并不理想。

图1

Fig.1

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	图1 海洛因和氯胺酮样品纯度与匹配度系数关系图Fig.1 The relationship of purity and similarity coefficient for heroin and ketamine

2.1.2 特征吸收峰法

特征吸收峰法已被用于橡胶^[7]、纺织纤维^[8]、药品^{[9, 10]}等领域的定性分析, 并形成鉴定分析标准。采用特征峰法作为定性依据专属性强, 如果选取不受掺杂物干扰的特征吸收峰, 方法的适用范围更广。经过大量实验研究和数据分析, 最终确定在标准品化合物光谱图的2500~650 cm^-1范围内选择5~8个不受常见掺杂物干扰的吸收峰作为特征吸收峰, 以所有特征吸收峰均检出作为阳性检出的依据。表1列举了4种常见毒品主要特征吸收峰及其归属。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 4种常见毒品红外光谱主要特征吸收峰及其归属 Table 1 The characteristic peaks and their ascription for methamphetamine, ketamine, heroin, and cocaine 序号 名称 主要特征吸收峰/cm-1及其归属 1 甲基苯丙胺盐酸盐 2460（仲胺盐NH, m, 伸缩振动）、1454（C-H, m, 变形振动）、1386 (C-H, m, 变形振动)、1192 (C-N, w, 伸缩振动)、1046 （C-H, w, 弯曲振动）、699 (单取代苯环C-H, s, 变形振动) 3 海洛因盐酸盐 1735(C=O, s, 伸缩振动)、1369 (C-H, m, 变形振动)、1177 (C-O-C, s, 伸缩振动)、1156 (C-O-C, m, 伸缩振动)、910 (C-H, m, 弯曲振动) 4 海洛因碱 1738(C=O, s, 伸缩振动)、1448 (C-O, m, 伸缩振动)、1367(C-O, m, 伸缩振动)、1192 (C-O-C, s, 伸缩振动)、1100 (C-O-C, m, 伸缩振动)、942 (C-H, w, 变形振动)、908 (C-H, w, 变形振动)、886 (C-H, w, 变形振动) 5 可卡因盐酸盐 1728(C=O, s, 伸缩振动)、1712 (C=O, s, 伸缩振动)、1300 (C-O-C, w, 伸缩振动)、1266 (C-O, s, 伸缩振动)、1231 (C-O, m, 伸缩振动)、1208 (C-O-C, w, 伸缩振动)、1107 (C-O-C, s, 伸缩振动)、730 (C-H, s, 变形振动) 6 可卡因碱 1735(C=O, s, 伸缩振动)、1707 (C=O, s, 伸缩振动)、1317 (C-O-C, s, 伸缩振动)、1228 (C-O, s, 伸缩振动)、1148 (C-O-C, m, 伸缩振动)、1108 (C-O-C, s, 伸缩振动)、1069 (C-H, m, 弯曲振动)、1037 (C-O-C, s, 伸缩振动) 7 氯胺酮盐酸盐 1720(C=O, s, 伸缩振动)、1580 (NH2, m, 变形振动)、1461 (C-H, m, 变形振动)、1450 (C-H, m, 变形振动)、1118 (C-N, m, 伸缩振动)、1088 (C-N, m, 伸缩振动)、1044 (C-H, m, 弯曲振动)、772 (C-Cl, s, 伸缩振动) 8 氯胺酮碱 1699(C=O, s, 伸缩振动)、1129 (C-H, m, 弯曲振动)、1035 (C-H, s, 弯曲振动)、840 (C-H, m, 变形振动)、808 (C-Cl, m, 伸缩振动)、751 (C-Cl, s, 伸缩振动)、717 (C-Cl, s, 伸缩振动)

表1 4种常见毒品红外光谱主要特征吸收峰及其归属 Table 1 The characteristic peaks and their ascription for methamphetamine, ketamine, heroin, and cocaine

为验证所确定的毒品化合物特征吸收峰的专属性, 采用KnowItAll软件用峰检出法（全部吸收峰均要求检出, 不考虑峰的相对强度, 峰位允许容差3 cm^-1）对各毒品化合物的特征吸收峰（表1）进行了验证, 结果表明在包含28万种物质的谱库中均唯一检出目标毒品化合物。为验证所确定的特征吸收峰法的适用性, 选取了1124份缴获毒品样品进行了测试（表2）。其中1114份样品检出了对应目标毒品化合物的全部特征吸收峰, 阳性检出率为99.1%; 10份样品中只检出了部分特征吸收峰, 这10份样品中对应目标毒品化合物的纯度均小于10%。贵阳市公安局毒品检验中心2018年1月至5月份通过红外光谱法共定性检测可疑毒品样品1448份（其中海洛因1122份, 冰毒259份, 麻古67份）, 采用特征吸收峰法作为定性判定依据的阳性检出率为92%。综合评价, 采用特征峰法作为判别依据, 专属性强、适用范围宽、定性结果准确可靠。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 特征吸收峰法用于毒品定性鉴定的结果验证 Table 2 The qualitative validation by the characteristic peaks of drugs 编号 毒品种类 样品 数量 纯度 范围/% 样品数量 检出全部特征吸收峰 未检出全部特征吸收峰 1 甲基苯丙胺盐酸盐 414 6.5~97.3 409 5 2 海洛因盐酸盐 196 5.2~79.5 191 5 3 海洛因碱 73 15.1~77.0 73 0 4 可卡因盐酸盐 110 10.6~98.6 110 0 5 可卡因碱 41 15.5~89.9 41 0 6 氯胺酮盐酸盐 287 8.8~99.9 287 0 7 氯胺酮碱 3 15.6~43.8 3 0 8 合计 1124 2.3~99.9 1114 (99.1%) 10 (0.9%)

表2 特征吸收峰法用于毒品定性鉴定的结果验证 Table 2 The qualitative validation by the characteristic peaks of drugs

我国采用红外光谱法对毒品进行定性鉴定的标准一直空白, 为进一步推广红外光谱方法, 本研究的相关内容已形成3个检验鉴定技术规范, 其中《可疑物品中甲基苯丙胺、海洛因、可卡因、氯胺酮定性分析-傅里叶变换红外光谱法》涵盖了我国年破案数占案件总数90%以上的4种最常见的毒品（甲基苯丙胺、海洛因、可卡因、氯胺酮）类型; 《可疑物品中13种易制毒化学品定性分析-傅里叶变换红外光谱法》涵盖了用于制造毒品的主要一类易制毒化学品种类; 《可疑物品中83种非药用类麻醉药品和精神药品定性分析-傅里叶变换红外光谱法》涵盖了我国已管制的新精神活性物质种类的60%。这些技术规范为采用红外光谱法进行定性检测工作提供了标准化的测试程序和统一的判定依据, 有利于红外光谱的推广应用。

已发布的关于常见毒品红外光谱定性的技术规范采用了特征吸收峰法作为定性判别依据, 通过挑选不受常见掺杂物干扰的特征吸收峰, 使得该方法不仅可以用于高纯度样品的检测, 也可以用于经过掺假的、中低纯度样品的检测。统计结果表明, 纯度高于10%的常见毒品一般均可采用红外光谱法实现定性分析。同时, 红外光谱还可区分毒品的盐型, 这是色谱法和质谱所无法实现的。如图2中所示的海洛因盐酸盐和海洛因碱的红外光谱图, 差异明显。为牟取暴利, 一些不法分子常用外观类似的物质来冒充毒品。如常被用来冒充甲基苯丙胺晶体的N-异丙基苄胺、二甲基砜和明矾, 其红外光谱与甲基苯丙胺晶体差异很大, 可以被很好地区分（图3）。

图2

Fig.2

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	图2 海洛因盐酸盐和海洛因碱红外光谱图Fig.2 ATR-FTIR spectra of both alkaline and hydrchloric heroin

图3

Fig.3

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	图3 甲基苯丙胺盐酸盐、N-异丙基苄胺、二甲基砜和明矾的红外光谱图Fig.3 ATR-FTIR spectra of methamphetamine, N-isopropylbenzylamine, methyl sulfone, and aluminum potassium sulfate dodecahydrate

易制毒化学品是国家规定管制的可用于制造毒品的前体、原料和化学助剂等物质。红外光谱法可用于常见易制毒化学品的定性鉴定。强酸性液体如硫酸、盐酸会腐蚀红外光谱仪的ATR附件, 因此测试液体可疑物前应先用pH试纸测试其pH值, 如果pH值小于3, 应改用其他方法检测。醋酸酐等腐蚀性较强, 会损坏溴化锌材质的ATR附件, 所以测液体可疑物时必须采用金刚石ATR附件。部分液态易制毒化学品如醋酸酐、溴代苯丙酮等易产生刺激性气味, 检测应在通风条件下完成。

目前, 新精神活性物质已成为全球流行的第三代毒品。联合国数据显示已有报道的新精神活性物质的种类已经超过800种, 我国已列管新精神活性物质达170种。数量庞大并不断增加的新精神活性物质对各实验室的检测能力提出了严峻的考验。国家毒品实验室现已建成涵盖200余种新精神活性物质的红外光谱谱库, 并不断加入新发现物质的谱图, 实时更新。与GC-MS法相比, 红外光谱用于新精神活性物质定性分析测试速度更快, 且可区分位置异构体。图4为2-甲基甲卡西酮（2-MMC）、3-甲基甲卡西酮（3-MMC）和4-甲基甲卡西酮（4-MMC）这三种卡西酮类物质的红外光谱图, 其苯环振动区的差别明显, 与之相比使用GC-MS分析时三者保留时间和质谱图都十分接近, 容易造成误判。新精神活性物质目前主要通过寄递渠道走私出境, 红外光谱法具有强大的快速筛查能力, 有望在海关和物流的现场查缉站点发挥巨大作用。

图4

Fig.4

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	图4 2-甲基甲卡西酮、3-甲基甲卡西酮和4-甲基甲卡西酮红外光谱图Fig.4 ATR-FTIR spectra of 2-, 3-, and 4-MMC (methylmethcathinone)