芬太尼类新精神活性物质的 质谱特征研究

钱振华， 李 彭，郑 珲， 刘翠梅

(1.公安部物证鉴定中心，北京 100038；2.公安部禁毒情报技术中心，北京 100193)

目前，全球范围内新精神活性物质的制造、贩卖、走私、滥用问题越来越突出，已成为国际禁毒领域公认的难题。合成阿片类物质是新精神活性物质其中的一类，主要由芬太尼及其类似物组成[1]。芬太尼于1959年首次合成，为阿片受体激动剂，是临床应用广泛的新型强效镇痛和麻醉药物，具有起效快、作用强、不良反应少等特点。以芬太尼为先导化合物，通过结构改造和构效关系研究，设计合成并筛选得到了一系列活性更高的芬太尼类衍生物[2-12]，这类物质以N-[1-(2苯乙基哌啶)]-N-苯基酰胺为母体结构，在此基础上进行多个位置的取代。在芬太尼类药物研发的同时，该类药物的滥用问题也越来越严重。由于芬太尼类物质的前体物质及设备较易获得，合成工艺简单，导致生产该类物质的地下加工厂显著增多。自2014年以来，大量芬太尼及通过对芬太尼的丙酰基链进行修饰或取代得到的类似物涌入新精神活性物质市场[13-17]，通常被伪装成海洛因或者处方药(如羟考酮)进行出售，在全球尤其是北美，已引起数百起致死案例[18-26]。

目前，联合国已列管15种芬太尼类物质；我国共列管23种芬太尼类物质，其中2013年版《麻醉药品和精神药品目录》中列管13种，《非药用类麻醉药品和精神药品列管办法》中列管10种。在列管的23种芬太尼类物质中，芬太尼、瑞芬太尼、舒芬太尼可作为药品使用，其余20种无医疗用途。芬太尼类物质的药效很强，其对阿片受体的激动能力超过海洛因。国家食品药品监督管理总局2004年10月发布的《非法药物折算表》和国家禁毒办印发的《104种非药用类麻醉药品和精神药品管制品种依赖性折算表》中，1 g芬太尼相当于40 g海洛因，1 g其他芬太尼类物质相当于1.25～66.8 g海洛因。

2015～2016年，我国在新精神活性物质市场上共查获乙酰芬太尼、芬太尼、丁酰芬太尼、戊酰芬太尼、3-甲基丁酰芬太尼、丙烯酰芬太尼、4-氟异丁酰芬太尼、呋喃芬太尼等共8种芬太尼类物质。本研究拟采用气相色谱-质谱(GC/MS)法和超高效液相色谱-串联四极杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF MS)法分析这8种物质，并对获得的质谱图进行解析，探讨其在电子轰击源(EI)和电喷雾正离子碰撞诱导解离模式下的分子裂解机理，希望为快速鉴定芬太尼类新精神活性物质提供参考。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

QP-2010 ultra气相色谱-质谱联用仪：日本岛津公司产品；Acquity UPLC I-Class超高效液相色谱仪：美国Waters公司产品；Q-TOF MS 5600高分辨四极杆-飞行时间质谱仪：美国AB Sciex公司产品。

经核磁共振确定乙酰芬太尼、芬太尼、丁酰芬太尼、戊酰芬太尼、3-甲基丁酰芬太尼、丙烯酰芬太尼、4-氟异丁酰芬太尼、呋喃芬太尼结构的8种芬太尼类物质样品：由国家毒品实验室提供；乙腈：色谱纯，美国Fisher公司产品；甲酸、甲醇：色谱纯，德国Merck公司产品；超纯水：由美国Millipore公司的超纯水器制得。

1.2 样品溶液的制备

将每种样品研磨均匀，称取适量，用甲醇溶解，摇匀，配制成0.5 g/L的甲醇溶液，再用0.1%甲酸水溶液稀释至1 mg/L，离心，取上清液。

1.3 实验条件

1.3.1GC/MS条件 色谱柱：Aglient DB-5MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；柱温60 ℃，以20 ℃/min升至280 ℃，保持20 min，再以10 ℃/min升至300 ℃，保持10 min；载气(He)流速1 mL/min；分流进样，进样量1 μL，分流比20∶1；进样口温度280 ℃。

EI电离模式；电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；接口温度250 ℃；质量扫描范围m/z35～500。

1.3.2UPLC-Q-TOF MS条件 色谱柱：Waters Acquity UPLC CSH C18柱(100 mm × 2.1 mm×1.7 μm)，柱温40 ℃；流动相：A为0.1%甲酸水溶液，B为乙腈；梯度洗脱程序：0～1.5 min(2%B)，1.5～6.5 min(2%～90%B),6.5～9.4 min(90%B),9.4～9.5 min(90%～2%B), 9.5～12 min(2%B)；流速0.4 mL/min；进样量1 μL。

DuoSpray离子源，ESI正离子模式，离子源温度600 ℃，喷雾电压5 500 V，雾化器压力344.7 kPa，辅助加热气压力344.7 kPa，气帘气压力206.8 kPa；TOF全扫描模式，去簇电压80 V，碰撞能量5 V，质量扫描范围m/z100～1 000；二级碰撞诱导解离(CID)模式，碰撞能量(35±15) V，质量扫描范围m/z50～1 000。

2 结果与分析

2.1 GC/MS分析及碎裂规律推测

在1.3.1节条件下，8种芬太尼类新精神活性物质对照品得到完全分离，其总离子流色谱图及质谱图分别示于图1、图2。

由图2可以看出，芬太尼类新精神活性物质的EI质谱图呈现以下特点：1) 分子离子峰丰度都很低，几乎看不到；2) 都出现了[M-91]峰，且丰度较高，为多数化合物的基峰；3) 都出现了[M-134]峰，但丰度较低；4) 多数化合物出现m/z146、158、189、105、77峰。推测其碎裂途径示于图3。首先，连接苯环和哌啶环的C—C键发生α断裂，失去1个卓鎓离子，得到离子A[M-91]；离子A中酰胺的C—N键进一步发生α断裂，脱去COR1，得到离子B。哌啶环中1-2位的N—C键和5-6位的C—C键发生断裂，重排形成1个四元环，得到离子C[M-134]；离子C中酰胺的C—N键发生α断裂，脱去COR1，得到离子D。哌啶环中1-2位和1-6位的N—C键发生断裂，得到离子E和F。离子G和H分别为苯乙基和苯基碎片。8种化合物的保留时间及主要特征离子信息列于表1。

注：a.芬太尼；b.乙酰芬太尼；c.丁酰芬太尼； d.戊酰芬太尼；e.3-甲基丁酰芬太尼；f.丙烯酰芬太尼； g.4-氟异丁酰芬太尼；h.呋喃芬太尼 图1 8种对照品的总离子流色谱图Fig.1 TIC chromatogram of NPS fentanyl analogues

2.2 UPLC-Q-TOF MS分析及碎裂规律推测

在1.3.2节条件下，8种芬太尼类新精神活性物质对照品均有较好的分离，其提取离子流色谱图示于图4。

在电喷雾正离子模式下，8种芬太尼类新精神活性物质的一级质谱均只出现1个峰，即准分子离子峰([M+H]+)。推测其裂解途径为：[M+H]+中N-苯基酰胺部分的C—N键发生α断裂，脱去1个烷基醛，得到离子A。哌啶环中N—C键和C—C键断裂，使得[M+H]+碎裂为离子F和G，离子A进一步碎裂为离子B和C。当取代基R1较小，为杂环取代基或者碳数小于2的烷基取代基时，离子A消失，完全碎裂为离子B和C，如乙酰芬太尼、芬太尼、丙烯酰芬太尼和呋喃芬太尼。离子D为苯乙基碎片。[M+H]+中哌啶环与N-苯基酰胺取代基发生断裂，得到离子E，其是二级谱图中丰度最高的离子。8种芬太尼类物质的二级质谱图示于图5，推测的碎裂途径示于图6，各化合物的保留时间及二级质谱中的主要碎片离子信息列于表2。

注：a.芬太尼；b.乙酰芬太尼；c.丁酰芬太尼；d.戊酰芬太尼；e.3-甲基丁酰芬太尼； f.丙烯酰芬太尼；g.4-氟异丁酰芬太尼；h.呋喃芬太尼 图2 芬太尼类新精神活性物质的EI-MS质谱图Fig.2 Mass spectra of NPS fentanyl analogues by EI-MS

图3 EI模式下，芬太尼类新精神活性物质可能的碎裂途径Fig.3 Proposed fragmentation pathways of product ions for NPS fentanyl analogues by EI-MS

化合物Compounds保留时间tR/min主要特征离子 Characteristic ions (m/z)ABCDEFGH乙酰芬太尼13.8723118918814615813210577芬太尼14.4024518920214615813210577丁酰芬太尼15.6125918921614615813210577戊酰芬太尼15.98273189230146158132105773-甲基丁酰芬太尼16.1027320323016017214610577丙烯酰芬太尼14.50243189200146158132105774-氟异丁酰芬太尼14.0027720723416417615010577呋喃芬太尼18.8928318924014615813210577

注：a.芬太尼；b.乙酰芬太尼；c.丁酰芬太尼； d.戊酰芬太尼；e.3-甲基丁酰芬太尼；f.丙烯酰芬太尼； g.4-氟异丁酰芬太尼；h.呋喃芬太尼 图4 UPLC-Q-TOF MS分析8种芬太尼类新精神 活性物对照品的提取离子流色谱图Fig.4 XIC chromatogram of NPS fentanyl analogues obtained by UPLC-Q-TOF MS

3 结论

采用GC/MS和UPLC-Q-TOF MS法分析了8种芬太尼类新精神活性物质，由于该类物质具有相同的骨架和类似的分子结构，因此它们在EI和ESI-CID模式下的碎裂途径和碎片离子也具有高度的相似性。鉴于目前芬太尼类新精神活性物质层出不穷，更多结构相似的物质可能被合成和滥用，在对可疑样品进行分析时，本实验总结的该类物质的碎裂规律可作为判断其是否属于芬太尼类新精神活性物质的依据，据此推测其可能的结构。

注：a.芬太尼；b.乙酰芬太尼；c.丁酰芬太尼；d.戊酰芬太尼；e.3-甲基丁酰芬太尼；f.丙烯酰芬太尼； g.4-氟异丁酰芬太尼；h.呋喃芬太尼 图5 芬太尼类新精神活性物质的二级质谱图Fig.5 MS/MS spectra of NPS fentanyl analogues obtained by UPLC-ESI-Q-TOF MS

图6 ESI-CID模式下，芬太尼类新精神活性物质可能的碎裂途径Fig.6 Proposed fragmentation pathways of product ions for NPS fentanyl analogues by ESI-CID

化合物Compounds保留时间tR/min碎片离子Ions化学式Chemicalformulas理论值Theoreticalmass (m/z)实测值Experimentalmass (m/z)误差Error/10-6 相对强度Relativeintensity/%乙酰芬太尼3.528[M+H]+C21H27N2O+323.2118323.21200.6241.9A—————BC10H12N+146.0964146.09661.373.2CC9H10N+132.0808132.0807-0.764.0DC8H9+105.0699105.0697-1.906.5EC13H18N+188.1434188.14350.53100FC9H12N+134.0964134.0963-0.751.9GC13H16NO+202.1226202.12270.496.0芬太尼3.780[M+H]+C22H28N2O+337.2274337.2274028.9A—————BC10H12N+146.0964146.09650.683.8CC9H10N+132.0808132.0806-1.515.9DC8H9+105.0699105.07011.9016.9EC13H18N+188.1434188.14371.59100FC9H12N+134.0964134.09650.754.0GC14H18NO+216.1383216.13871.855.2丁酰芬太尼3.967[M+H]+C23H31N2O+351.2431351.24371.7135.5AC19H25N2+281.2012281.20151.073.0BC10H12N+146.0964146.09661.373.4CC9H10N+132.0808132.08101.513.5DC8H9+105.0699105.07022.8619.6EC13H18N+188.1434188.1431-1.59100FC9H12N+134.0964134.0962-1.493.1GC15H20NO+230.1539230.15431.744.5

续表2