污水毒品監(jiān)測技術(shù)：進(jìn)展、挑戰(zhàn)與展望

向平

（司法鑒定科學(xué)研究院 上海市法醫(yī)學(xué)重點實驗室 上海市司法鑒定專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺司法部司法鑒定重點實驗室，上海 200063）

1 進(jìn)展

污水監(jiān)測又稱為污水流行病學(xué)（Wastewater-Based Epidemiology，WBE），是通過對生活污水采樣后分析其中人類使用的藥品、化學(xué)品、外源性污染物和營養(yǎng)物質(zhì)的含量，以掌握采樣區(qū)域內(nèi)該物質(zhì)的使用情況。污水監(jiān)測雖然起源于環(huán)境學(xué)科，但是進(jìn)入21世紀(jì)后在毒品、精神活性物質(zhì)等禁毒領(lǐng)域得到飛速發(fā)展。2019冠狀病毒病（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）暴發(fā)后，因發(fā)現(xiàn)污水監(jiān)測可實時掌握COVID-19的時間、空間變化趨勢而備受矚目，并由此幫助決策者采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。因此，污水監(jiān)測仍是一個不斷發(fā)展的研究領(lǐng)域，并已顯示出在公共衛(wèi)生健康監(jiān)測方面的巨大應(yīng)用潛力。

經(jīng)過近二十年的發(fā)展，污水毒品監(jiān)測已成為當(dāng)前禁毒領(lǐng)域的“黑科技”。該項技術(shù)能夠提供更加準(zhǔn)確、持續(xù)、真實的毒品消耗量信息，以及更加經(jīng)濟(jì)、快速地實時監(jiān)測毒情，通過早期預(yù)警來彌補傳統(tǒng)方法的時間滯后性、數(shù)據(jù)局限性等缺陷。歐洲藥物和藥物成癮監(jiān)測中心（European Monitoring Centre for Drugs and Drug Addiction，EMCDDA）高度評價了該項技術(shù)，并自2016年起在年報中公布了污水毒品監(jiān)測數(shù)據(jù)。芬蘭家庭事務(wù)和社會服務(wù)部在發(fā)布關(guān)于污水毒品監(jiān)測的通知時稱：通過污水監(jiān)測獲得的新數(shù)據(jù)將立即提交給所有相關(guān)部門，國家毒品政策協(xié)調(diào)小組負(fù)責(zé)保證不同部門之間的有效合作，并跟蹤毒品的變化情況。由此可見，污水監(jiān)測已成為政府禁毒部門制定政策的重要依據(jù)。目前，瑞士、挪威、意大利、英國、澳大利亞等國家均在推廣與應(yīng)用該項技術(shù)。

我國的污水毒品監(jiān)測技術(shù)研究始于國際間學(xué)者的合作。2014年，北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院首次在Science of the Total Environment雜志上報道了我國北京、上海、廣州和深圳四大城市的毒品消耗情況。隨后，公安部國家禁毒情報技術(shù)中心、中國藥科大學(xué)、大連海事大學(xué)和司法鑒定科學(xué)研究院等單位均加入了此項研究。2019年，公安部積極推廣城市污水監(jiān)測在毒情監(jiān)測評估中的應(yīng)用。自2020年起，國家禁毒委員會辦公室（以下簡稱“國家禁毒辦”）已將城市生活污水毒品監(jiān)測結(jié)果全面應(yīng)用于對“全國禁毒示范城市”創(chuàng)建工作成效的重要評估內(nèi)容之一。

污水毒品監(jiān)測主要包括樣品采集、樣品前處理、儀器分析和毒品消耗量推算等過程，除了樣品采集外，其他過程均在實驗室內(nèi)完成，相關(guān)研究成果也已在國內(nèi)專業(yè)雜志上有較多綜述。筆者結(jié)合WBE技術(shù)的研發(fā)與實踐經(jīng)驗，探討目前該項技術(shù)在我國推廣與應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)，并對未來的研究方向進(jìn)行展望，以期促進(jìn)國內(nèi)同行更多地關(guān)注與WBE技術(shù)相關(guān)的科學(xué)問題。

2 挑戰(zhàn)

2.1 污水監(jiān)測實驗室的專業(yè)性

污水監(jiān)測技術(shù)是環(huán)境、藥學(xué)、毒物、數(shù)據(jù)分析和緝毒等多學(xué)科交叉的成果，哪些實驗室適合該項工作呢？文獻(xiàn)資料顯示，污水中毒品監(jiān)測除了與環(huán)境相關(guān)的實驗室外，許多大學(xué)的法庭科學(xué)或犯罪學(xué)實驗室、獨立的司法鑒定機構(gòu)中均有開展此項研究。自2010年起，F(xiàn)orensic Science International雜志上陸續(xù)發(fā)表了污水中毒品監(jiān)測的研究。2018年，芬蘭國家衛(wèi)生和福利研究所（National Institute for Health and Welfare）的法醫(yī)毒物室甘納（Gunnar）博士在國際法醫(yī)毒物學(xué)家協(xié)會（TIAFT）年會上作了《Wastewater-based epidemiology complements traditional information on illicit drug use》的報告。2019年，F(xiàn)orensic Sciences Research雜志亦刊登了來自澳洲悉尼科技大學(xué)法庭科學(xué)中心、瑞士洛桑大學(xué)法庭科學(xué)中心、比利時安特衛(wèi)普大學(xué)毒物中心、美國紐約城市大學(xué)約翰杰刑事司法學(xué)院等學(xué)者的污水監(jiān)測研究。

有著毒品相關(guān)檢測經(jīng)歷的實驗室在承擔(dān)污水監(jiān)測項目時具有明顯優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）該技術(shù)是針對毒品的，這類實驗室對于毒品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)品的獲取、保存與使用有著嚴(yán)格的規(guī)范程序。（2）該項技術(shù)時效性非常強，需要隨著當(dāng)前市場上吸毒人員不斷變化的流行性特點來監(jiān)測目標(biāo)物。（3）毒品檢測實驗室更能夠發(fā)現(xiàn)實驗中的異常情況。比如，曾有很多禁毒同行詢問為何收到的本地污水監(jiān)測報告中顯示甲卡西酮陽性，而在偵查過程中并未發(fā)現(xiàn)任何線索？對此，了解當(dāng)前流行性特點的實驗室可能會思考出現(xiàn)異常的原因，以及是否存在其他來源產(chǎn)生的可能性。事實上，國外已有研究表明，常見的次氯酸和過氧化氫（俗稱“雙氧水”）等家用氧化劑均可使污水中的偽麻黃堿氧化成甲卡西酮。（4）由于該項技術(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)果可能成為禁毒成效的考核指標(biāo)，因此其分析結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性、可靠性等同于法醫(yī)毒物鑒定的定性、定量要求。實驗室開展此項目時需要進(jìn)行完善的方法驗證，以保證定性、定量結(jié)果的準(zhǔn)確性，特別是要謹(jǐn)防假陽性結(jié)果。（5）該項技術(shù)不僅限于對污水中毒品及其代謝物進(jìn)行測定，還需要基于藥代動力學(xué)進(jìn)行研究與建模，并結(jié)合當(dāng)?shù)夭楂@毒品的方式、毒品的吸食方式等內(nèi)容不斷修正推算模型。（6）由于污水樣品可反映人群生存狀況而備受關(guān)注，需要注意樣品的生物安全性、隱私性等特征，雖然歐美國家、澳大利亞等開展此項技術(shù)研究較為普遍，但是也有像日本等國家持有謹(jǐn)慎態(tài)度。筆者認(rèn)為，開展該項技術(shù)的實驗室應(yīng)嚴(yán)格控制數(shù)量、規(guī)模，并保證污水樣品及其檢測結(jié)果的保密性。

2.2 實驗室結(jié)果的準(zhǔn)確性與可比性

當(dāng)前，污水監(jiān)測已在全國普遍開展，許多禁毒部門直接將結(jié)果作為緝毒成效的考核指標(biāo)，故實驗室結(jié)果的準(zhǔn)確性尤為重要。國家禁毒情報中心雖然通過在全國范圍內(nèi)的檢測機構(gòu)實驗室間進(jìn)行比對，篩選出較為合格的檢測機構(gòu)。但在實施過程中，無論是采樣環(huán)節(jié)還是實驗室檢測環(huán)節(jié)均存在層次、水平參差不齊的現(xiàn)狀，如何規(guī)范整個流程，以保證實驗室間數(shù)據(jù)結(jié)果的可靠性、可比性是需要關(guān)注的重要問題。筆者所在實驗室在上海市禁毒委員會辦公室、上海市司法鑒定協(xié)會的支持下，于2021年推出團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《生活污水采樣及常見毒品監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（T/SHSFJD 0001—2021），可在一定程度上保障檢測質(zhì)量，但在實施過程中僅據(jù)此技術(shù)規(guī)范仍然是不夠的。

污水監(jiān)測可獲得監(jiān)測區(qū)域內(nèi)各采樣點在地理、時間上的變化規(guī)律，即可進(jìn)行同一時間、不同采樣點間毒品消耗量的高低比較；針對同一采樣點，觀察不同時間點（年、季度、月、周、節(jié)假日、重要活動等）毒品消耗量的變化。但這些變化規(guī)律的準(zhǔn)確度受許多因素的影響，除了采樣點的選擇、樣品的代表性、可靠性以及推算模型的準(zhǔn)確度外，污水中毒品的準(zhǔn)確測定是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對實驗室技術(shù)能力要求非常高。通常污水中毒品的質(zhì)量濃度在ng/L水平，而目前實驗室的極限能力也與該水平相當(dāng)。因此，不同實驗室即使在完全合規(guī)的操作下，該痕量污水的檢測在實驗室間依然存在較大誤差，這種誤差甚至可能超過污水中毒品本身的質(zhì)量濃度，可能導(dǎo)致采樣點間毒品消耗量的高低顛倒。應(yīng)對這一難題的有效策略是將污水樣品集中送檢，一個省/市、區(qū)域內(nèi)的樣品集中由同一實驗室完成，經(jīng)過同一實驗室的批處理測定，即使獲得的樣品質(zhì)量濃度不是真實值，但不同樣品之間仍可進(jìn)行比較，其高低變化趨勢不受影響，這樣才可基于此項技術(shù)進(jìn)行禁毒成效的考核。

2.3 監(jiān)測目標(biāo)物

近年來，新精神活性物質(zhì)（New Psychoactive Substances，NPS）以驚人的速度在全球蔓延擴散。我國政府也高度重視NPS的管制工作，于2021年7月1日起將整類合成大麻素類物質(zhì)和氟胺酮等18類物質(zhì)列管。NPS種類多、變化快，針對目前禁毒新形勢、新任務(wù)下存在的現(xiàn)實需求，亟須研發(fā)易于推廣、涵蓋目標(biāo)物范圍廣、快速簡便、高通量與評估精細(xì)污水中包括新列管毒品的分析監(jiān)測技術(shù)，以及時掌握毒情。疫情過后，不法分子可能會制造毒品以追求巨額利潤，為了更有效地發(fā)揮污水監(jiān)測效能，易制毒類物質(zhì)也應(yīng)納入監(jiān)測目標(biāo)物范圍。

目前，污水中NPS分析研究甚少，在生活污水環(huán)境中的穩(wěn)定性尚未可知。生活污水環(huán)境被認(rèn)為是一個生物和化學(xué)反應(yīng)器，下水道內(nèi)的氧濃度、pH值、溫度、流速和沉積物等均可能對NPS穩(wěn)定性造成影響。同時，各種新列管毒品的毒理學(xué)數(shù)據(jù)未知、其進(jìn)入體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化以及排出率不明確，缺乏用于生活污水分析的目標(biāo)物以及進(jìn)行反推毒品消耗量的校正因子，無法實現(xiàn)毒情的準(zhǔn)確評估。

3 展望

污水毒品監(jiān)測以其便捷、客觀和實時監(jiān)測等優(yōu)勢已在禁毒領(lǐng)域顯現(xiàn)出較大潛力，不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)為污水監(jiān)測發(fā)展提供了新方向。比如，新型固相萃取材料、中空纖維液相微萃?。℉ollow-Fibers Liquid Phase Microextraction，HF-LPME）等新技術(shù)可在基質(zhì)復(fù)雜、含量甚微的污水監(jiān)測中發(fā)揮作用。目前，污水監(jiān)測多采用固相萃?。⊿olid Phase Ex-traction，SPE）等前處理方法，這些方法雖然可有效去除污水中雜質(zhì)干擾，但是過程繁瑣、費時。近年來，新型固相萃取材料被廣泛應(yīng)用于污水中藥物和個人護(hù)理用品檢測的前處理，其具有較大的表面積和優(yōu)異的吸附性能，可用于生物體液樣品和廢水中酸性、堿性、兩性藥物的共萃取，且耗時短，加快了樣品的制備過程。污水中雜質(zhì)干擾多，且目標(biāo)分析物的含量低，研發(fā)新型固相萃取材料等技術(shù)可有效簡化樣品前處理步驟、去除污水中雜質(zhì)干擾，并對目標(biāo)毒品分子進(jìn)行富集使其滿足儀器的檢出限。如WANG等研制不同的磁性納米材料分別吸附污水中的抗生素、農(nóng)藥等，使得樣品前處理、萃取時間明顯減少。HF-LPME具有操作簡單、快速、高富集倍數(shù)等優(yōu)點，可與復(fù)雜的污水基質(zhì)分離。華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院的黃垂秀教授研究團(tuán)隊開發(fā)的HF-LPME方法可同時檢測污水中甲基苯丙胺、氯胺酮和芬太尼等6種毒品，最低檢出限為0.3~8.7 ng/L。

為提高污水監(jiān)測的能力，不僅需要不斷擴大已知目標(biāo)物的篩選范圍，而且還需借助高分辨質(zhì)譜技術(shù)（High Resolution Mass Spectrometry，HRMS）來增強未知物的鑒別能力。近年來，物質(zhì)濫用呈現(xiàn)種類繁多、不斷變換的特征，已建立的定性、定量分析方法難以俘獲不斷變化以及新出現(xiàn)的濫用物質(zhì)。HRMS可在全掃描范圍內(nèi)高速、循環(huán)地對每個窗口中的所有離子進(jìn)行選擇、碎裂及檢測，從而無遺漏、無差異地獲得樣本中所有離子的全部碎片信息，并且HRMS不僅能提供目標(biāo)物可能的結(jié)構(gòu)信息，還可對預(yù)測代謝物的生物轉(zhuǎn)化類型、區(qū)分同質(zhì)量數(shù)代謝產(chǎn)物等發(fā)揮一定的作用。如JES等利用HRMS進(jìn)行未知物篩查，發(fā)現(xiàn)1 207個疑似工業(yè)來源化合物，最后確認(rèn)54個。筆者團(tuán)隊利用SPE對污水樣品進(jìn)行前處理，采用超高液相色譜-高分辨質(zhì)譜法從實際污水樣品中發(fā)現(xiàn)嗎啡、可待因、哌替啶、曲馬多、甲基苯丙胺、地西泮、去甲西泮、艾司唑侖、阿普唑侖等多種濫用物質(zhì)。

如何實現(xiàn)污水監(jiān)測的“快、精、準(zhǔn)”，除了污水中毒品測定的準(zhǔn)確性，毒品消耗量推算的科學(xué)性、準(zhǔn)確性同等重要。近年來，人工智能技術(shù)的發(fā)展給大數(shù)據(jù)的處理帶來了契機，為識別、處理大量數(shù)據(jù)信息提供了有效解決方案。其中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，ANN）是對人腦神經(jīng)元信息處理活動的模擬，是一種具有分布式并行信息處理的特征抽象數(shù)學(xué)模型，是大量簡單神經(jīng)元廣泛相連而成的一個自適應(yīng)動力系統(tǒng)。ANN能夠通過對已知數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，避免某些中間過程對結(jié)果帶來影響，目前已廣泛應(yīng)用于判別分類、復(fù)雜非線性預(yù)測評價、數(shù)據(jù)處理等方面。在與禁毒部門的通力合作下，綜合分析毒品種類及其分布特點，使用不斷開展的污水監(jiān)測、緝毒、吸毒人員等數(shù)據(jù)，構(gòu)建ANN預(yù)測模型并不斷修正。

污水毒品監(jiān)測技術(shù)是一項客觀、實時、有效的毒情研判新技術(shù)。針對目前禁毒新形勢、新任務(wù)下存在的現(xiàn)實需求和技術(shù)難題，亟須研發(fā)易于推廣、快速檢測、預(yù)警準(zhǔn)確與評估精細(xì)的污水中包括新列管毒品的分析監(jiān)測技術(shù)，本期將報道“污水中毒品監(jiān)測”的專題研討，希望通過大家的分享、交流，推進(jìn)污水毒品監(jiān)測在我國的發(fā)展。