运用电化学方法快速检测冰毒的研究

摘 要: 近年来随着吸毒人员的逐渐增多,毒品犯罪案件的不断发生已经成为一个不容忽视的现实.而冰毒作为近年来逐渐兴起的一种新型毒品,对于其的检测越来越引起公安机关的重视.本文主要介绍了运用电化学方法快速检测冰毒的可行性,运用电化学方法在三电极体系下检测 100mg/L 冰毒,发现出现了三个明显的氧化峰,由此判断运用电化学方法可以检测冰毒,并且检测时间仅为 1 分钟,速度非常快.同时研究了响应峰电流密度与扫速平方根的关系,以及响应峰电流密度与浓度的关系.从中发现,低浓度的冰毒在BDD 电极上的电催化氧化属于扩散控制型传递过程,并且在低浓度下,冰毒在 BDD 电极上的电催化氧化为一级反应.

1 前言

随着社会经济的发展科学技术的进步,毒品犯罪案件的不断发生已经成为一个不容忽视的现实.冰毒,就是兴奋剂甲基苯丙胺,因其原料外观为纯白结晶体,晶莹剔透,所以经常被吸毒贩毒者称为 “冰” (Ice) [1].由于它的毒性剧烈,人们便称之为“冰毒” .又因苯丙胺(Amphetamine)有其译音名安非他明或安非它命之称,故甲基苯丙胺也有甲基安非他明之称.此外,甲基苯丙胺是在麻黄素化学结构基础上改造而来,故又有去氧麻黄素之称[2].

冰毒对于社会的危害是巨大的,冰毒的成瘾者,以每天要强迫性服用大量毒品为待征.这些人已对毒品产生了较强的依赖性,毒品已成为他们生活的必需品[3].并且服用冰毒后极易导致精神病状态,表现出活动过度,情感冲动,野蛮,妄想,偏执狂,幻觉甚至有杀人倾向[4].过量的使用冰毒可导致急性中毒.严重者出现精神混乱、 性欲亢进、 焦虑、烦躁、 幻觉状态[5].

由于冰毒滥用问题在近年来表现的尤为突出,因此快速、 准确地检测出可疑物中的甲基苯丙胺是一项十分有意义工作.在现今侦查案件中,毒品案件所占比重越来越大,这就使得毒品分析内容和范围越来越广泛,同时涉及中毒案件及毒品犯罪案件的毒品种类也大幅度地增长[6-8];近年来随着刑事诉讼法的重新修订,证据成为案件侦破过程中及其重要的一部分,这就对涉毒案件侦查检验的要求也愈来愈高,因此,必须采用现代分析手段、 先进分析技术才能满足对毒物毒品分析的需要.所以如何准确分析与检验毒品,已经成为摆在我们面前的重要挑战[9].目前许多学科的新理论、 新成果和新设备不断地被引进毒品分析与检测领域,如分子药理学和药物代谢动力学等学科的新理论,另外,化学显色法、 紫外分光光度法、 荧光分析法、 化学发光分析法、 拉曼光谱法[10]、 免疫学检测法等一系列新方法的应用也促进了该毒品检验领域的发展.这些方法各有各的优缺点,而对于冰毒的检测方法,本文介绍运用电化学的方法快速检测冰毒.电化学方法是一种根据溶液中物质的电化学性质及其变化规律,建立在以电位、 电导、 电流和电量等电学量与被测物质某些量之间的计量关系的基础之上,对组分进行定性和定量的仪器分析方法[11].具有灵敏度较高、准确度高、 测量范围宽、 仪器设备较简单和价格低廉的特点.

运用电化学的方法快速检测冰毒的方法国内研究较少,本篇论文的研究拓宽了对于冰毒的快速检测方法.

2 实验方法

2.1 实验设备及试剂

KH2PO4,Na2HPO4,NaCl,KCl 均为分析纯,北京化工厂;冰毒,即甲基苯丙胺由吉林省公安厅提供,所有溶液均用超纯水 (电阻率 18.25 MΩ· cm)配制.FA/JA 系列电子天平(上海精密科学仪器有限公司),PARSTAT2273 电化学工作站,美国阿美特克公司.

实验中采用 PBS 缓冲溶液,组成为 0.27g/LKH2PO4, 1.42g/L Na2HPO4,8g/L NaCl,0.2g/L KCl,pH=7.4.

2.2 实验方法

本实验采用三电极体系,其中以自制电极面积1.7cm2 的掺硼金刚石(boron doped diamond,BDD)薄膜电极(其制备方法见文献[12,13]) 为工作电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,电极面积 1cm2 网状钌钛锡(Ti/RuO2-TiO2-SnO2 ) 电极为对电极.在此三电极体系中,运用循环伏安方法检测溶液中的甲基苯丙胺,探索运用电化学方法快速检测甲基苯丙胺.

2.3 测试方法

以 BDD 薄膜电极为工作电极,扫数 50mv/s,测定含有 100mg/L 冰毒,即甲基苯丙胺的 10.0 mMPBS 缓冲溶液和不含有甲基苯丙胺的 10.0 mMPBS 缓冲溶液的线性扫描图,进行比较.

3 研究结果与分析

3.1 电化学方法快速检测冰毒的可行性



图 1 运用电化学方法检测冰毒的线性扫描图(A 为含有冰毒的线性扫描图;B 为不含冰毒的线性扫描图)

运 用 电 化 学 方 法 在 三 电 极 体 系 下 检 测100mg/L 冰毒,扫速为 50mv/s.从图 1 中看出,A 为含有冰毒的线性扫描图,与 B 不含冰毒的线性扫描图(空白)进行相比,发现含有冰毒的扫描曲线出现了三个明显的氧化峰(a、 b、 c),由此判断可以选择运用电化学方法检测冰毒,并且检测时间约为 1分钟,检测速度非常快[14].快速准确检测是当前冰毒检测首先需要解决的问题,对于吸毒人员的检测公安机关一般采取的尿检.通常将尿液从疑似吸毒人员身上提取后,带到公安机关相关部门进行检测都需要一定的时间,而在这段时间里由于尿液的蒸发等原因可能造成检测结果的不真确,但是运用电化学方法检测冰毒可以在现场进行,因为电化学仪器设备非常简单,携带方便.并且对于疑似吸毒人员是否吸毒都需要马上进行确定,例如现今争论比较多的毒驾问题,这都需要进行快速检测,以便快速确认驾驶员是否毒驾,而运用电化学方法检测冰毒仅需要 1 分钟左右,时间短,同时准确度较高.从图1 中可以看出,由于运用电化学方法检测冰毒的线性扫描图上只出现了氧化峰,说明对于电化学方法检测冰毒的过程只有氧化反应,而没有还原反应[15].

3.2 低浓度下电化学方法检测甲基苯丙胺的可行性

3.2.1 响应峰电流密度与扫速平方根的关系研究



图 2 电化学方法检测冰毒过程中,响应峰电流密度与扫速的平方根关系

由于对于疑似吸毒人员,其所吸食冰毒的含量一般都是低浓度的,并且随着吸食时间的推移,其在体内的含量会越来越少,所以通常来说对于低浓度冰毒的检测显得尤为重要. 从图 2 中可以看出,运用电化学方法检测 100mg/L 冰毒,其响应峰电流密度与扫速的平方根成正比.这说明了,低浓度的冰毒在 BDD 电极上的电催化氧化属于扩散控制型传递过程,而对于对于低浓度的冰毒,电化学方法对其具有良好的检测效果.

3.2.2 响应峰电流密度与浓度的关系



图 3 电化学方法检测冰毒过程中,响应峰电流密度与浓度的关系

由图 3 可以看出,低浓度范围内,冰毒的氧化峰响应电流密度与冰毒浓度呈很好的线性关系,随着冰毒浓度的增加,所需要的电流密度也随之增加,冰毒浓度和电流密度成正比关系.由此可以看出,运用电化学方法检测疑似吸毒人员的尿液样品时,仅需要施加较低的电流密度就可检测出样品中是否含有冰毒,由此可以说明运用电化学方法检测冰毒经济实用.并且从图 3 中可以看出,在低浓度下,冰毒在 BDD 电极上的电催化氧化为一级反应.

4 结论

随着从传统的鸦片类毒品转向以冰毒为典型代表的新型毒品的转变,毒品案件具有了源头渠道广,制毒窝点多变和高隐蔽等特点.而对于这类案件的查处必然要求毒品检验分析不仅要能进行简单的定性定量分析,而且要更为准确、 快速,同时最好能追溯到源头. 而面对这种新的挑战和新形势,本文主要介绍了运用电化学方法快速检测冰毒的研究.电化学方法具有灵敏度较高、 准确度高、 测量范围宽、 仪器设备较简单和价格低廉的特点,而这些特点对于运用电化学方法检测冰毒均具有益处.

本文介绍了运用电化学方法快速检测冰毒的可行性,运用电化学方法在三电极体系下检测 100mg/L冰毒,发现含有冰毒的扫描曲线出现了三个明显的氧化峰,由此判断可以选择运用电化学方法检测冰毒,并且检测时间约为 1 分钟,检测速度非常快.同时研究了响应峰电流密度与扫速平方根的关系,以及响应峰电流密度与浓度的关系.从中发现,低浓度的冰毒在 BDD 电极上的电催化氧化属于扩散控制型传递过程,并且在低浓度下,冰毒在 BDD 电极上的电催化氧化为一级反应.

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