根据近年来发表的重要研究成果，科研人员专门评估了核磁共振法用于分析新型精神活性物质（NPS）的可能性。所有相关研究均是为了应对重大的分析挑战，即其他技术（色谱法、质谱法等）需要使用化合物特定的参考物质，以鉴定和/或定量某种未知物质；同时，鉴于NPS化合物的多样性和变化速度之快，根本无法提供这些参考物质，以及时进行警察、海关、边境管制和一线执法机构要求的分析。
在此篇应用文档中，我们说明了NPS相关的使用模式、临床影响和分析挑战。我们还着重介绍了布鲁克核磁共振系统中已建立的合成卡西酮类的新试验方法，并且探讨了这种新方法如何适应布鲁克分布式实验室拓扑结构（DLT）的总体理念。
NPS 问题
在最新发布的《2022年欧洲毒品报告：趋势和发展》中，欧洲毒品和毒瘾监测中心（EMCDDA）主任Alexis Goosdeel表示：
“我从今年报告中得出的总体结论如下：我们当前面临着更加复杂的毒品形势，其特点包括毒品供应量高且毒品消费模式更加多样化。从关于新型精神活性物质现象的报告中可以看出，几乎所有具有精神活性潜力的物质现在都有在市面上出现的风险，并且往往被贴上假标签。这意味着那些使用这些物质的人可能不知道他们实际使用的是什么。”
这份最新报告似乎证实了其他报告中提到的新趋势，即尽管国际管制药物的使用量普遍减少，但NPS的影响却在持续增加。重要的是，考虑到NPS复杂的药理作用，越来越多人担心与NPS摄入相关的急性/慢性精神疾病发病问题。
一份相关的评析文章1概述了NPS相关的多个问题：临床前影响、流行病学影响和临床药理学影响；与NPS摄入相关的医学和精神病理后果。这篇论文还总结了与NPS现象相关的分析化学挑战和法医分析挑战。
为了评估这些新化合物的流行程度，一款爬虫/导航软件（NPS.Finder[rk1] ®）自2017年以来一直用于自动扫描开放的网络，帮助发现新型和新兴的NPS。运行大约18个月后，并且经消除误报和重复，该软件共记录了4,204种独特的NPS分子2。
这其中包括171种卡西酮类，分属四个类别。它们具有以下效果：
- 似甲基苯丙胺效果
- 可卡因/3,4-亚甲基二氧甲基苯丙胺相关效果
- 似3,4-亚甲基二氧甲基苯丙胺效果
- 似吡咯戊酮效果
过去几年市面上大多数的NPS卡西酮衍生物均采用环取代方法制成。图1提供了一些合成卡西酮类的结构示例。其中，EMCDDA报告了25种以上用作活性药物成分（API）的卡西酮衍生物的取代模式。这些卡西酮衍生物在缉获的毒品、出于监测目的采集的样品中被发现，或在互联网网站*上销售。
在“天然”状态下（即未进行环取代），卡西酮类是中枢神经系统（CNS）兴奋剂。用于合成卡西酮类的化学取代反应可能会对兴奋剂特性产生一些影响，但更重要的是，合成卡西酮类很容易生产，并且执法机构和法律程序将每种合成卡西酮视为一种“新分子”。毒品相关犯罪的司法实践要求提供关于非法物质类型（鉴别）和数量（定量）的明确信息，从而对任何被告的定罪决策提供支持。
核磁共振已解决的分析挑战
改变化学结构，市面上的NPS产品可能含有未知比例的环取代分子的混合物，市面上经常出现新药品……这些问题都构成了重大的分析挑战。
色谱法（比如，HPLC、UHPLC和LC-MS）虽然具有分析速度快、可靠性高和可重现性等优势，但均需要合适的化合物特定参考物质帮助进行定性和定量测定。核磁共振分析则不需要使用参考物质，并且仅依靠一个通用的内标物即可区分几乎相同的分子并完成定量分析（图2）。
除此之外，核磁共振法还具有诸多其他优势，包括：
无损“初步分析”技术
简单的样品制备和处理要求
靶向和非靶向鉴定
验证已知分子结构和阐明新分子结构
已知和未知物质的定量
混合物中物质的定量
开创NPS分析用核磁共振法
2021年底，中国药科大学苏梦翔教授团队与中国国家禁毒委员会、公安部禁毒情报技术中心合作，研究生赵钰馨（Yuxin Zhao）为第一作者共同发表了一项研究成果，其中详细介绍了该团队如何首次开发出卡西酮类似物的定量核磁共振（qNMR）分析法。
实验
所有实验均使用布鲁克 500 MHz 核磁共振波谱仪仪进行。该波谱仪配备了QNP四元核探头（Quattro Nucleus Probe），探头温度保持在303 K。布鲁克TopSpin 2.0软件用于数据处理。该软件具有手动设置基线、相位校正和集成功能。
实验初期阶段使用了公安机关查获的四份样品进行结构验证和鉴定。合成卡西酮类的1H核磁共振信号分为三部分：苯环、次甲基和烷基链。苯环和次甲基的核磁共振信号可以被视为合成卡西酮类的特定特征。
在后期阶段，该团队通过将马来酸作为内标物，以合成卡西酮类化合物母体结构上的共享信号（即次甲基氢）为定量峰值，建立了1H定量核磁共振（1H qNMR）法。选择马来酸的原因如下：其独特的化学位移不影响卡西酮类的共享信号，并且其在所选缓冲系统中产生了尖锐的单峰[赵钰馨1] 。
团队用3-甲氧基-2-(甲胺基) -1-(4-甲苯基)丙烷-1-1（mexedrone）作为受试化合物，优化了采集参数并进行方法验证，包括对特异性、线性、准确度、精密度和耐用性进行评估。
实验结果及分析
查看上述实验的完整数据，请参考原论文。总的来说，核磁共振法对四种结构的样品清晰地进行了鉴定和表征。
此外，该团队利用经优化的1H qNMR方法，对mexedrone及其类似物，包括1-(3-氯苯基)-2-(乙胺基)-丙烷-1-1（3-CEC）、4-氯-α-吡咯-二硝基苯丙酮（4-Cl-α-PVP）、1-(3,4-亚甲二氧基苯基)-2-丙胺-丙烷-1-1(丙酮)和甲卡西酮，进行了准确的定量。
qNMR法的特异性、线性、准确度、精密度和稳定性数据均达到常规方法的预期。已发表论文中提供了完整的试验数据。
该论文的作者认为，这种新方法不仅可以用于合成卡西酮类的定性和定量分析，也可以用于其他类似物质的定性和定量分析。
本地分析作为分布式拓扑结构的一部分
在NPS市场快速发展的背景下，布鲁克是唯一一家同时提供落地式核磁共振仪和功能强大的易用型台式核磁共振系统的供应商。该公司的独特DLT（分布式实验室拓扑结构）理念，支持政府机构和商业法医服务机构制定计划和建立核磁共振仪器网络，满足在每个地点开展工作的需求（图3）。
越来越多的文献强调了台式核磁共振技术在法医、合成化学和天然产物分析方面的潜在应用。近期一项评析论文4概述了台式核磁共振系统在法医学领域的应用。此外，多个团队正在利用台式核磁共振系统和实验样品研究该理念的实用性。其中一份已发表论文5分析了7种基于2,5-二甲氧基-苯基乙胺的迷幻“策划药”。研究发现，台式核磁共振系统生成的1H-NMR数据与之前文献报告的化学位移和信号模式十分一致。
结论
立足落地式核磁共振设备的使用经验（在本应用说明中以颠覆性的合成卡西酮类定性和定量核磁共振法开发工作为例），布鲁克为在全球40多个国家的警察、海关、联邦、州和边境管制实验室工作的客户提供可靠支持。
布鲁克将这一专长与台式核磁共振系统相结合，建立了独特的DLT理念。根据该理念，中央（参考）权威实验室使用传统的高功率核磁共振仪器进行方法开发、工作流定义和数据库管理。比如，区域卓越中心也可根据需要使用落地式核磁共振系统进行高水平分析和深入筛查，同时当地实验室在台式核磁共振系统上运行经批准的方法，在当地即可开展分析工作。
