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尚权研究丨王勃：毒品鉴定意见的实质审查（二）：色谱仪与质谱仪
作者：尚权律所 时间：2023-05-09
王勃
北京市尚权律师事务所律师
尚权有组织犯罪研究与辩护部副主任
上一篇文章介绍了毒品鉴定意见审查的定义与学习路径，本篇文章将正式对基本原理进行讲解。主要以甲基苯丙胺为例展开介绍，熟练掌握甲基苯丙胺定性与定量鉴定的原理，其它种类毒品鉴定就触类旁通。
毒品鉴定的仪器主要是色谱仪和质谱仪，学习基本原理，首先就要了解它们是什么。色谱仪和质谱仪可用三句话概括：
1.色谱仪主要用作定量分析，少数情况下可作定性分析，而质谱仪只能作定性分析。
2.色谱的作用是分离，质谱则是通过“打碎”物质，来给待测物质定性。
3.定量分析只使用色谱仪，而定性分析要色谱仪和质谱仪混用。先用色谱仪分离，再接质谱仪检测。
以《疑似毒品中甲基苯丙胺的气相色谱、高效液相色谱和气相色谱-质谱检验方法：GB/T 29636-2013》（下文简称《GB/T29636》）为例，其对鉴定范围的描述为：“本标准规定了甲基苯丙胺的气相色谱-质谱（GC-MS）定性分析和气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）定量分析”。可以看到，对甲基苯丙胺的定性检测方式为气相色谱-质谱联用（简称气-质联用），也就是上文提到的“先用色谱仪分离，再接质谱仪检测”。而定量检测只使用色谱仪。这是因为色谱仪本质是一种分离仪器，它将甲基苯丙胺从杂质中分离出来。至于物质分离出来做什么，就与色谱仪无关了。我们可以在色谱仪后面添加各种检测器，对分离出来的物质进行定性分析，质谱仪只是其中一种而已。对联用的仪器，我们简称为气-质联用仪。
在使用气-质联用仪检测时，实验人员主要的操作集中在色谱仪部分，比如预处理和进样。而对已经进入质谱仪的物质，无论是实验人员还是想要对鉴定意见挑错的辩护律师，面对的都是一个“准黑箱”，能做的工作就很少了。对于辩护律师而言，关注人为错误比关注机械错误更有意义，人工进行的环节越多，出错的概率也就越大。所以，了解色谱检测的每个环节，是开展实质审查的重要前提。
一、色谱与色谱仪
色谱这一知识点在高中生物教材中有出现，叶绿素分离实验就是非常简易的色谱模型。胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b在层析液中的溶解度不同，利用这一特性可以让不同物质在滤纸条上分离出来，最终显示出不同的颜色。这就是色谱的基本含义。
色谱仪，顾名思义，就是利用色谱分离物质的仪器。根据进入色谱柱物质（流动相）的极性、沸点等一系列性质的不同，色谱柱吸附物质（固定相）对它们有不同的吸附和解吸附能力，导致化合物在色谱柱上被分离。
色谱本质是一个长跑比赛，根据到达终点的先后顺序，将物质分离。色谱柱内发生的事情就像超人和蝙蝠侠比赛跑步，谁先到终点并不取决于它们的能力，而是取决于我们如何设计跑道。如果跑道两边全是超人的狂热粉丝，他们会不断求合影，干扰超人跑步，蝙蝠侠会获胜。反之亦然。这里的狂热粉丝就是固定相，超人和蝙蝠侠就是流动相。不同固定相对化合物的分离能力是不一样的。通过设计不同的固定相，就可以使得物质分离开来。流动相可以是液体，也可以是气体，这就是气相色谱和液相色谱的区分。
为实现分离目标，色谱仪通常由四部分组成：进样口、色谱柱、推进器与检测器。
进样口可以理解为起跑线。它负责将样品引入系统。如果是液相色谱可直接进样。如果是气相色谱，在进样前还需要加热将液体汽化。需要注意的是，在气相色谱中，不同物质进入进样口的顺序是不同的，顺序取决于进样时的温度是否达到该物质的沸点。如果进样口的温度未达到标准，待检测的物质只有很少量会汽化，无法进入色谱柱，实验肯定会失败。
色谱柱可以理解为跑道，它是色谱仪中最核心的部分。待测样品（流动相）从进样口进入色谱柱之后，会先被色谱柱的吸附物质（固定相）吸附，之后实验人员会添加洗脱液（液相色谱中使用），将物质从固定相中解吸附。吸附和解吸附构成两个独立的过程，在每一个过程中，固定相与不同流动相之间的吸附程度都会影响物质的分离效率。实验人员可以通过仪器实时监测不同物质出来的时间，对该物质进行收集。此时收集到的物质的纯度是很高的。
推进器可以理解为物质在色谱中的运动动力。当待测物质进入进样口之后，如果没有外力推动，仅凭自由扩散无法完成色谱分离。因此需要有外部的动力推着待测物质在色谱柱内移动。气相色谱仪使用合适的气体作为载气推动流动相，液相色谱则直接使用泵提供动力。
检测器相当于跑道尽头的裁判，它负责将物质的化学信号转变为电信号，从而记录各种物质到达终点的时间。但这个裁判被蒙上了双眼，它只能记录“在A时间点，a物质到达了终点”这样的信息。为了让这个裁判更聪明点，实验人员设计了很多种不同的检测器。比如光学检测器、火焰离子化检测器（FID）、二极管阵列检测器等等，目的都是为了更准确的将化学信号转变为可读取的电信号。但检测器并不是万能的，单独的色谱仪只能得知a物质的到达时间与相对浓度，a物质具体是什么，色谱仪一般是不能直接给出结论的。但色谱仪不是完全不能用来做定性分析，粗略定性在一定程度上也被允许。比如，控制两次实验参数相同，先让甲基苯丙胺跑一遍柱子，得到数据与时间的曲线。再换成待测物质重复一遍实验，得到另一组数据。将两组数据的曲线进行比对，看待测物质的曲线中是否有类似已知甲基苯丙胺的数据曲线。如果曲线出现的时间点一致，那么就可以判断待测物质中存在甲基苯丙胺。它的认定逻辑是：因为a和b在色谱柱跑的一样快，所以a和b是同种物质。很显然，这个逻辑并不那么可靠，存在很多例外情况。这也是《GB/T29636》不单独使用色谱仪进行定性鉴定的原因。
那么问题来了，怎样进行具有强说服力的定性检测呢？这个时候该质谱仪登场了。
二、质谱与质谱仪
经过色谱柱的分离，物质纯度达到了一定的标准，此时在色谱仪后接一个质谱仪就能进行定性检测了。前文谈到，色谱仪如果拿来做定性分析，其逻辑是根据移动速度是否一致，判断物质是否相同。这个原理听上去并不那么靠谱，相对而言，质谱仪检测的原理就好得多。
质谱仪如何做定性分析？简而言之，它是把物质“砸碎”，根据砸碎后形成碎片的特征，与已知的物质的碎片信息进行比对，如果一致，就认定两者为同一物质。幸运的是，每种化合物被“砸碎”后的碎片几乎是独一无二的，如果将物质在色谱中的保留时间，结合质谱进行分析，定性失误小于百万分之一。因此鉴定人员可以通过与已有的质谱图进行比对，准确得知待测物质的成分。
质谱仪本质上是分析“碎片”质量的仪器，它将分析样品电离成带电离子（“砸碎”），再使带电粒子在电场或磁场的作用下实现空间或时间上的分离。这些离子被检测器检测后，即可得到其质荷比（m/z）与相对强度的质谱图，进而推算出分析物中分子的质量。
如图所示，在电场、磁场等物理作用下，离子运动的轨迹会受到场力的影响产生差异，产生不同的离子的质量不一样，在质谱仪中就会有不同的运动轨迹。检测器可将不同的离子转换成电信号，再以各种方式转换成质谱图。
上图为丙烯腈的质谱图，横坐标为生成离子的质荷比（m/z），纵坐标代表离子的相对强度，质谱中强度最高的峰称为基峰，离子相对强度的计算方法是以基峰的信号强度定为100%，其它离子峰以百分比强度表示。由于不同结构的分子被电离的难易度及效率不同，分子离子峰的强弱随化合物的结构不同而异。即使两个化合物质量一样，它们在电离后产生相同质量的裂解碎片，且各碎片又具有相同强度比的概率是很低的。可以说，质谱图可以称得上是化合物的“指纹”。
该图为甲基苯丙胺的标准质谱图。使用质谱图为物质定性的方法，是寻找特征离子峰。简单来说，就是在横轴寻找特定数字上是否存在明显的吸收峰，并且对比该吸收峰的相对丰度是否与甲基苯丙胺标准质谱图是否一致，从而确定待测物质成分。甲基苯丙胺的特征离子峰为m/z58，其余峰为m/z91，m/z134，m/z148。在分析时首先寻找主特征离子峰是否存在，再配合次峰进行比对。很明显，m/z58既是甲基苯丙胺的基峰，又是特征离子峰。
上图为海洛因的标准质谱图。可以看到，海洛因的质谱图吸收峰更为丰富。最高的吸收峰m/z327，但这并不是海洛因的特征离子峰。第二高的m/z369才是特征离子峰，其余特征峰为m/z310,m/z268。
如果理解了上述原理，辩护律师就会发现一个关键问题：司法实践中大多数毒品案件的定性鉴定意见都没有附上质谱图，这种“常态”本不应该存在。定性鉴定的最后一步，就是比照标准质谱图，与鉴定底稿进行比对。比对的过程并不复杂，附上待测物质的质谱图也并非难事。但绝大多数案件都故意回避这一点，使得证明逻辑无法形成闭环。很难想象在一份伤情鉴定中，认定被鉴定对象构成骨折的鉴定意见，居然不附带骨折的X光片。但毒品案件的鉴定就敢长期“特立独行”。
面对这种不合理的常态，辩护律师并不能退缩。律师应当针对合法性与真实性，对缺少质谱图的鉴定意见提出实质审查意见，向法官阐明没有质谱图的鉴定意见在形式和实质上均不能被采信，并申请法院调取司法鉴定底稿。而这一切的基础，都是律师自己首先要理解色谱与质谱的基本原理。
