Keywords: Triplequad, QqQ, LC-MS/MS, 6500+, 7500, Sciex, NPS, chất hướng thần mới, nước thải.

Giới thiệu: Bài viết này có sử dụng nhiều nội dung trong nghiên cứu cùng tên của nhóm tác giả Emma L. Jaunay thuộc đại học Clinical and Health Sciences, University of South Australia, Úc. Cung cấp cho bạn đọc phương pháp phân tích định tính và định lượng các NPS, cũng như tình trạng sử dụng NPS tại Úc. Về tác giả, TS. Lê Sĩ Hưng, tốt nghiệp tiến sĩ tại đại học BOKU Vienna (Cộng hoà Áo) ngành hoá phân tích, đã có trên 10 năm kinh nghiệm làm việc với các thiết bị khối phổ, tập trung vào ứng dụng các kỹ thuật khối phổ trong phân tích các chất chuyển hoá và protein trong các đối tượng mẫu sinh học, ORCID: 0000-0002-0762-3492

Link bài nghiên cứu: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170473

1. Mở đầu

Hiện nay sự xuất hiện và gia tăng số lượng các chất hướng thần mới (Novel pyshoactive subtances – NPS) trên thị trường toàn cầu tiếp tục gây nhiều thách thức về sức khỏe và an toàn. NPS là nhóm chất độc được thiết kế để mô phỏng hiệu ứng của các loại ma túy nằm trong danh mục kiểm soát. Các NPS này thường được phân vào 4 nhóm chính: các chất gây ảo giác tổng hợp, các cannabinoid tổng hợp, các chất kích thích tổng hợp và các chất chống trầm cảm tổng hợp (bao gồm các opioid tổng hợp và benzodiazepine). Việc phân loại đơn giản này không thể hiện được sự đa dạng về tính chất hóa học, sự chuyển hóa, độc tính và độ mạnh, cũng như không nhấn mạnh tới mức độ nguy hiểm và sự phức tạp từ hiệu ứng kết hợp do các chất này gây ra. Hơn hết, tần suất xuất hiện của các NPS mới trên thị trường, sự thiếu thông tin về thành phần, độ tinh khiết và hiệu ứng thuốc, kết hợp với sự hạn chế của các chất chuẩn tham chiếu làm cho việc sàng lọc, phát hiện và giám sát các chất này trở nên vô cùng khó khăn, đặt ra yêu cầu cấp thiết cần có phương pháp sàng lọc kịp thời để phát hiện và xác định chính xác các NPS mới xuất hiện trên thị trường (Negri, n.d.).

Theo dõi các NPS trong nước thải là một công cụ quan trọng để giám sát và kiểm soát các hoạt động buôn bán và sử dụng các chất cấm. Việc phát hiện và đo lường các chất này trong nước thải giúp các cơ quan thực thi pháp luật và các tổ chức liên quan đánh giá và đối phó hiệu quả với nguy cơ lan rộng của các chất này. Bên cạnh đó, việc theo dõi các chất này trong nước thải cũng hỗ trợ trong việc đánh giá tác với môi trường và sức khỏe công cộng. Các dữ liệu này có thể được sử dụng để phát triển các chiến lược ngăn ngừa và giảm thiểu tác động tiêu cực của ma túy đối với cộng đồng và môi trường (Jaunay et al., 2024).

2. Phương pháp phân tích

2.1. Chuẩn bị mẫu

Các mẫu nước thải được thu thập từ 57 trạm xử lý nước thải trên toàn nước Úc trung bình 2 tháng một lần, bao gồm cả khu vực đô thị và khu vực xa. Tại mỗi điểm lấy mẫu, hàng tuần 1 mẫu của ngày trong tuần và 2 mẫu của 2 ngày cuối tuần sẽ được lấy. Mẫu được lấy hàng ngày trong 24 giờ và thêm natri metabisulfit (0,5 g/L) hoặc axit hydrochloric (pH ~2) để bảo quản và ngăn ngừa sự phân hủy của các hợp chất quan tâm. Các mẫu được bảo quản ở nhiệt độ -20°C và vận chuyển đến các phòng thí nghiệm tại Đại học Nam Úc và Đại học Queensland và được giữ ở -20 °C cho đến khi xử lý và phân tích.

2.2. LC-MS/MS

2.2.1. Phân tích định tính các NPS sử dụng chiết pha rắn

Cân bằng SPE cartridge UCT™ XRADH (500 mg/6 mL) lần lượt với MeOH, natri acetate (20 mM, pH 5). Nạp 100 mL mẫu nước thải lên cột SPE. Tiến hành rửa cột SPE lần lượt natri acetate, axit acetic (0,1 M) và MeOH. Các chất phân tích được rửa giải bằng dung dịch gồm dichloromethane: isopropanol: 28% ammonia (78:18:4). Dung dịch được làm khô bằng khí nitơ, sau đó được thêm 20 μL MeOH và 80 μL 0,1% axit formic trong nước.

Các phân tích định tính được thực hiện trên hệ thống LC-MS/MS Sciex Triple Quad 6500+ cho 35 NPS thuộc các nhóm amphetamines, cathinones, opioids, phenethylamines, piperazines, cannabinoids. Liên quan tới các tiêu chí định tính, nếu chỉ 1 trong 2 MRM của chất được phát hiện thì chất được coi là có thể tìm thấy nhưng không được xác nhận. Thời gian lưu của các chất phân tích trong mẫu nước thải khớp với thời gian lưu của các chất phân tích trong mẫu (RSD < 2 %). Mẫu trắng thiết bị (nước) được phân tích xen kẽ giữa các mẫu thật để hạn chế nhiễm bẩn chéo. Mẫu QC là mẫu nước thải được thêm chuẩn NPS được chuẩn bị kèm theo cho từng lô mẫu và phân tích để kiểm soát hiệu suất thu hồi. Để đánh giá ảnh hưởng của nền mẫu các chất nội chuẩn deuteri được sử dụng khi có thể.

2.2.2. Phân tích định lượng các NPS sử dụng bơm mẫu trực tiếp

Phân tích định lượng các NPS được thực hiện trên hệ Sciex Triple Quad 7500 LC-MS/MS. Cột: Kinetex biphenyl (kích thước 150 × 2,1 mm, 1,7 μm). Tốc độ dòng: 0,3 mL/phút. Thể tích mẫu: 2 μL. Pha động A (95% nước, 5% methanol, 0,1% axit formic) và pha động B (95% methanol, 5% nước, 0,1% axit formic). Chương trình pha động: Bắt đầu với B là 2%, sau đó tăng lên 20% trong 2 phút và đạt 45% trong 12 phút tiếp theo. Sau đó, trong 5 phút tiếp theo, B tăng tuyến tính lên 100% và duy trì trong 0,1 phút trước khi trở lại nồng độ ban đầu và duy trì ổn định trong 2,9 phút cuối cùng để cân bằng hệ thống, tổng thời gian chạy là 22 phút.

Thông số khối phổ: nhiệt độ nguồn: 450 °C, khí curtain: 20 psi, khí phá mảnh: mức trung bình, SI: 5500 V, khí GS1: 50 psi, khí GS2: 50 psi. Chế độ ghi tín hiệu: Giám sát đa phản ứng (MRM) ở mode dương. Để xác nhận và định lượng các NPS, giá trị RSD về thời gian lưu của chất phải ≤ 2% so với thời gian lưu của chất chuẩn và phải có đủ 2 MRM với tỉ lệ ion ≤ 20%.

3. Kết quả và thảo luận

Tần suất phát hiện các NPS trong nước thải được thể hiện ở bảng 1 (Bảng 1), trong 35 NPS theo dõi, 20 NPS khác nhau được phát hiện trong tất cả mẫu nước thải trên toàn Úc. Trong đó 9 NPS được phát hiện ở cả thành phố và các vùng xa, 6 NPS chỉ được phát hiện ở thành phố và 5 NPS chỉ được phát hiện ở khu vực xa. Tần suất phát hiện các NPS ở thành phố lớn cao hơn ở các khu vực xa, việc này có thể giải thích là do số người sử dụng NPS ở thành phố lớn nhiều hơn so với các khu vực khác. NPS được phát hiện nhiều nhất là chất kích thích eutylone (44%), pentylone (65%), N,N-DMP (60 %), para-methoxyamphetamine (PMA) (25%) và phenibut (72%). Lưu ý là pentylone là chất chuyển hoá của N,N-DMP nhưng bản thân cũng là 1 NPS.

Kết quả chỉ ra sự thay đổi trong xu hướng sử dụng NPS vào năm 2022, với việc sử dụng eutylone giảm dần trong khi pentylone tăng đáng kể trong nửa sau của năm. Xu hướng giảm tần suất phát hiện của pentylone cũng được nhận thấy Mỹ trong cùng thời điểm. Theo Hệ thống Cảnh báo Sớm Về Ma Túy Quốc gia Mỹ, tần suất phát hiện eutylone trong các mẫu sinh học và mẫu ma túy bị thu giữ giảm từ cuối năm 2021 đến năm 2022. Sau giai đoạn giảm này, tần suất phát hiện N,N-DMP và pentylone tại Mỹ tăng từng quý, đạt đỉnh vào đầu năm 2023. Úc cũng đã đưa ra các cảnh báo về pentylone từ tháng 2 năm 2023 do số lượng bệnh nhân nhập viện tăng cao, cùng với nhiều vụ bắt giữ liên quan tới N,N-DMP trong năm 2022. Kết quả nghiên cứu trong nước thải cũng chỉ ra sự tương đồng khi các chất N,N-DMP và pentylone đã được phát hiện từ tháng 2 năm 2022 tại một số nơi (Bảng 1). 

Bảng 1. Tần suất phát hiện các NPS tại các khu vực lấy mẫu trong thời gian từ 22.2.2022 – 22.2.2023 (Trong đó, ^: NPS chỉ được bao gồm trong phương pháp bơm mẫu trực tiếp và được phân tích tại các địa điểm thành phố lớn; *: NPS được bao gồm trong cả hai phương pháp, #: NPS chỉ được bao gồm trong phương pháp SPE, C: các địa điểm thành phố lớn, R: các địa điểm xa, Màu xanh: tần suất thấp của các mẫu phát hiện, màu đỏ: tần suất cao của các mẫu phát hiện, –: các mẫu không được thu thập trong khoảng thời gian này).

Hình 1. Tần suất phát hiện của eutylone và pentylone trong thành phố từ tháng 02.2022 – 02. 2023.

Việc tính toán tải lượng NPS chuẩn hoá theo dân số (Population-normalised mass loads) cũng được thực hiện cho các NPS có tần suất phát hiện cao trong nước thải gồm eutylone, pentylone, N,N-DMP và phenibut. Tải lượng chuẩn hoá theo dân số là một chỉ số để so sánh mức độ ảnh hưởng của các nguồn ô nhiễm đến môi trường, bất kể kích thước của dân số trong khu vực nghiên cứu. Kết quả cho thấy tải luợng N,N-DMP và pentylone tăng từ tháng 2 đến tháng 12 năm 2022, với tải lượng cao nhất quan sát được từ tháng 10 đến tháng 2 năm 2023 (Hình 2a,b). Phenibut một chất có tác dụng thần kinh được sử dụng để giảm hội chứng lo lắng xã hội, hiện đang bị cấm tại Úc, được phát hiện với mức đáng kể tại tất cả các bang và lãnh thổ của Australia trong năm 2022, với tải lượng cao nhất được quan sát vào tháng 2 năm 2023 (~ 70 mg/ngày/1000 dân) (Hình 2d).

Hình 2. Tải lượng chuẩn hoá theo dân số của 4 NPS có tần suất xuất hiện cao nhất tại Úc trong khoảng thời gian từ 02.2022 tới 02.2023.

4. Kết Luận

Nghiên cứu cung cấp cái nhìn toàn diện về mức độ sử dụng NPS tại Úc trong năm 2022 - 2023. Phương pháp phân tích nước thải chứng minh hiệu quả trong việc theo dõi và cảnh báo sớm về xu hướng sử dụng NPS tại Úc, giúp giảm thiểu rủi ro cho người dùng và hỗ trợ các cơ quan y tế trong việc phản ứng nhanh chóng với các nguy cơ mới. Tuy nhiên do sự xuất hiện liên tục của các NPS, các phương pháp phân tích có mục tiêu sẽ chịu nhiều hạn chế và có thể bỏ lọt nhiều NPS. Để thu được kết quả toàn diện hơn, các phương pháp phân tích không mục tiêu ứng dụng khối phổ phân giải cao (ví dụ: QTOF, Oribitrap...) cần được triển khai để có thể sàng lọc các chất NPS mới một cách tin cậy hơn. Tuy nhiên liên quan tới độ nhạy, các phương pháp phân tích có mục tiêu sẽ vẫn có lợi thế và do đó cả 2 phương pháp cần được sử dụng đồng thời trong các phòng thí nghiệm độc học và pháp y.

5. Tài liệu tham khảo

- Jaunay, E. L., Bade, R., Paxton, K. R., Nadarajan, D., Barry, D. C., Zhai, Y., Tscharke, B. J., O’Brien, J. W., Mueller, J., White, J. M., Simpson, B. S., & Gerber, C. (2024). Monitoring the use of novel psychoactive substances in Australia by wastewater-based epidemiology. Science of The Total Environment, 170473. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170473

- Negri, P. (n.d.). Expanding NPS screening capabilities in the forensic toxicology laboratory Screen for over 900 compounds using the vMethod application on the SCIEX X500R QTOF system. Retrieved March 5, 2024, from https://sciex.com/tech-notes/forensic/toxicology/expanding-nps-screening-capabilities-in-the-forensic-toxicology-