芬太尼类新精神活性物质及其检验方法进展

王继芬，吕昱帆，范琳媛，董 泽，冯 源

(1.中国人民公安大学侦察与刑事科学技术学院，北京 102600；2.公安部物证鉴定中心，北京 100038；3.中国人民公安大学治安与交通管理工程学院，北京 102600)

芬太尼是一类药理、生理作用与吗啡类似的新型人工合成阿片受体激动剂[1-4]，属短时间强效麻醉性镇痛药，其不依赖于罂粟种植，合成工艺简单、价格低廉。该类物质属脂溶性药物[5]，易透过血-脑屏障，主要作用于μ阿片受体[6]，从而在体内产生与吗啡相似甚至更强的生理药理作用，其效应远高于吗啡和哌替啶[7]。最初由世界知名化学家和药学家保罗·杨森于1960年首次合成，用于临床镇痛，后迅速蔓延，成为继传统毒品、合成毒品后全球流行的第三代毒品，即新精神活性物质[8]。芬太尼类物质在欧美发达国家的滥用日趋严重，已有替代海洛因等传统阿片类毒品的趋势，加之生产加工工艺的不断发展，一系列活性更高的芬太尼类衍生物也相继诞生，如瑞芬太尼、舒芬太尼和硫代芬太尼等[9-13]，以N-[1-(2-苯乙基哌啶)]-N-苯基酰胺为母体结构，在此基础上通过多个位置的取代，从而成为效用更强、成本更低、利润更大的化学成品。

目前，在全球范围内芬太尼类物质制造、走私和滥用问题越来越突出，国内外已发生多例因服用芬太尼类新精神活性物质中毒、致死的案例[14-17]。2016年，美国在8个州发现400多起与剧毒化学品卡芬太尼相关的案件[18]。O’Donnell等[19]对美国、哥伦比亚等32个地区芬太尼类似物致死案例进行了汇总和梳理，发现在2016年7月—2017年6月，11 045名阿片类药物致死中，2 275名(20.6%)死者检测出芬太尼类似物阳性，与2016年下半年(764例)相比，2017年上半年(1 511例)死亡人数几乎翻了一番，其中俄亥俄州死亡人数增加最多且最大幅度增加。在此期间，任何芬太尼类似物或卡芬太尼的死亡比例几乎翻了一番。鉴于此，联合国毒品和犯罪问题办公室在2018年3月12日至16日的会议上把卡芬太尼列入国际控制麻醉药物目录。中国在2013年版《麻醉药品和精神药品目录》[20]中列管了乙酰-α-甲基芬太尼、阿芬太尼和α-甲基芬太尼等13种芬太尼类物质；在2015年10月1日发布的《非药用类麻醉药品和精神药品列管办法》[21]中增补了乙酰芬太尼、β-羟基硫代芬太尼和异丁酰芬太尼等6种芬太尼物质为列管药物；在2017年2月16日增补了卡芬太尼、呋喃芬太尼、丙烯酰芬太尼和戊酰芬太尼4种物质；2018年增补了四氟异丁酰芬太尼和四氢呋喃芬太尼。在2019年5月1日起，中国将芬太尼类物质全部列入《非药用类麻醉药品和精神药品管制品种增补目录》。研究发现人若吸食芬太尼，会导致呼吸抑制、肌肉僵硬、癫痫发作和低血压等[22]，严重时会引起呼吸衰竭而死亡。

通过查阅大量有关芬太尼类新精神活性物质研究的相关文献，对其药理毒理学性质、体内代谢情况、检测方法和前处理方法展开综述。

1 常见芬太尼类新精神活性物质

芬太尼常以枸橼酸盐形式存在，其枸橼酸盐外观为白色结晶粉末，味苦，亲水性好，水溶液呈酸性，易溶于热异丙醇，溶于甲醇，略溶于水或氯仿。芬太尼类物质易被皮肤吸收，通常被伪装成海洛因或者处方药如羟考酮[23]进行出售贩卖，常见的有芬太尼、瑞芬太尼、舒芬太尼和卡芬太尼等6种。目前报道的芬太尼类新精神活性物质已有60余种。中国已将芬太尼类物质全部列入《非药用类麻醉药品和精神药品管制品种增补目录》，涵盖国际禁毒公约管制的全部芬太尼类物质，表1为其中25种芬太尼新精神活性物质。药用剂型主要有用于麻醉和急性疼痛治疗的多种浓度注射液[24-25]、慢性疼痛的透皮贴剂[26-27]、口服片剂和锭剂[28]以及鼻腔喷雾剂[29]。

表1 25种芬太尼新精神活性物质

续表1

中文名分子式化学名称结构式CAS号奥芬太尼C22H27N2O2FN-(2-氟苯基)-2-甲氧基-N-{1-[2-苯基乙基]-4-哌啶基}乙酰胺101343-69-5乙酰α甲基芬太尼C22H28N2O1-(α-甲基苯乙基)-4-(N-乙酰苯胺基)哌啶101860-00-8阿芬太尼C21H32N6O3N-{1-[2-(4-乙基-4,5-二氢-5-氧代-1H-四唑-1-基)乙基]-4-(甲氧基甲基)-4-哌啶基}-N-苯基丙酰胺71195-58-9α甲基芬太尼C23H30N2ON-苯基-N-[1-(1-(1-苯基-2-丙烷基)-4-哌啶基]丙酰胺79704-88-4α甲基硫代芬太尼C21H28N2OSN-苯基-N-[1-(1-噻吩-2-基丙-2-基)哌啶-4-基]丙酰胺103963-66-2β羟基芬太尼C22H28N2O2N-[1-(2-羟基-2-苯基-乙基)-哌啶-4-基]-N-苯基-丙酰胺78995-10-5β羟基-3-甲基芬太尼C24H32N2O2N-[1-(2-羟基-2-苯基乙基)-3-甲基哌啶-4-基]-N-苯基丙酰胺78995-14-9芬太尼C22H28N2ON-苯基-N-[1-(2-苯基乙基)-4-哌啶基]丙酰胺437-38-73-甲基芬太尼C23H30N2ON-(3-甲基-1-苯乙基-哌啶-4-基)-N-苯基-丙酰胺42045-86-33-甲基硫代芬太尼C21H28N2OSN-[3-甲基-1-(2-噻吩-2-基乙基)哌啶-4-基]-N-苯基丙酰胺86052-04-2

续表1

中文名分子式化学名称结构式CAS号对氟芬太尼C22H27FN2ON-(4-氟苯基)-N-[1-(2-苯基乙基)-哌啶-4-基]丙酰胺90736-23-5瑞芬太尼C20H28N2O54-(甲氧羰基)-4-[(1-氧丙基)苯氨基]-1-哌啶丙酸甲酯132875-61-7舒芬太尼C22H30N2O2SN-[4-(甲氧基甲基)-1-(2-噻吩-2-基乙基)哌啶-4-基]-N-苯基丙酰胺56030-54-7硫代芬太尼C20H26N2OSN-苯基-N-[1-(2-噻吩-2-基乙基)哌啶-4-基]丙酰胺1165-22-6卡芬太尼C24H30N2O31-(2-苯乙基)-4-[苯基(丙酰基)氨基]哌啶-4-羧酸甲酯59708-52-0呋喃芬太尼C24H26N2O2N-(1-苯乙基哌啶-4-基)-N-苯基呋喃-2-羧酰胺101345-66-8丙烯酰芬太尼C22H26N2ON-(1-苯乙基哌啶-4-基)-N-苯基丙烯酰胺82003-75-6戊酰芬太尼C24H32N2ON-(1-苯乙基哌啶-4-基)-N-苯基戊酰胺122882-90-04-氟异丁酰芬太尼C23H29FN2ON-(4-氟苯基)-N-(1-苯乙基哌啶-4-基)异丁酰胺244195-32-2四氢呋喃芬太尼C24H30N2O2N-苯基-N-(1-苯乙基哌啶-4-基)四氢呋喃-2-羧酰胺2142571-1-3

2 芬太尼类新精神活性物质药理和毒理学性质及体内代谢过程

2.1 药理和毒理学性质

摄入芬太尼后的主要毒理学效应包括眩晕、低血压、视觉模糊及喉痉挛、胆道括约肌痉挛等，快速推注可引起胸壁、腹壁肌肉僵硬，大剂量使用时会出现呼吸抑制、窒息、肌肉僵直及心脏停搏，甚至死亡。动物实验研究发现，芬太尼镇痛效力约为吗啡的100～180倍，哌替啶的550～1 000倍[30]。镇痛作用产生快，但持续时间较短，静脉注射后1 min起效，4 min达到高峰，维持作用30～60 min。肌内注射后7～8 min起效，维持1～2 h，肌内注射生物利用度67%，蛋白结合率80%。舒芬太尼属于苯基哌啶类，是芬太尼 N-4位取代的衍生物，同时也是一种特异性m-阿片受体激动剂，对m-受体的亲合力比芬太尼强5～10 倍[31]。其化学结构中有独特的酯键，易被血和组织中的非特异酯酶代谢，与血浆蛋白结合率达92.5%，与α 1-酸性糖蛋白结合率为84%，血浆游离分数与α 1-酸性糖蛋白、白蛋白呈负相关[32]。代谢清除率0.84 L/min，消除半衰期为389 min。摄入舒芬太尼则会引起呼吸抑制、胸壁僵硬等，与芬太尼相比，其作用时间较长。阿芬太尼是芬太尼的四唑衍生物，作用效力约为芬太尼的 1/8，起效速度约为芬太尼的3倍，静脉注射后1.5～2 min达高峰，维持约10 min。与血浆蛋白结合率达92%，消除半衰期为 64～129 min。摄入阿芬太尼会引起高血压，心动过速，恶心和呕吐，过量摄入则会引起缓慢性心律失常，心律失常，低血压，胸壁僵硬，呼吸暂停和呼吸抑制等。瑞芬太尼是一种μ受体激动剂，与舒芬太尼一样，其化学结构中有独特的酯键，易被血和组织中的非特异酯酶代谢[33]。与血浆蛋白结合率为 70%～90%，消除半衰期为8.8～40 min，摄入瑞芬太尼会引起恶心呕吐、血压降低和心动过缓等。

2.2 体内代谢过程

芬太尼类新精神活性物质进入人体的主要途径有皮肤吸收、口服和静脉注射等，主要在肝脏和十二指肠中进行代谢活动，肝脏是主要的代谢场所，平均代谢速度约为十二指肠代谢的两倍[34-35]。芬太尼类物质的代谢途径包括哌啶N-脱烷基化成去甲芬太尼、酰胺水解成去甲硫基芬太尼、末端甲基羟基化成羟基芬太尼和羟基去甲芬太尼，酰胺N-脱烷基化成N-苯基丙酰胺[34]。在这些代谢途径中，哌啶N-脱烷基化成去甲芬太尼是代谢的主要途径，去甲芬太尼是代谢的主要产物，占芬太尼代谢的99%以上。这些代谢过程主要受细胞色素CYP3A4和CYP3A5影响，CYP3A4和CYP3A5是身体药物代谢中两种重要的酶，主要存在于肝脏和小肠[36]。其中，CYP3A4是人体含量最丰富的CYP酶，约占人肝 CYP总含量的30%，参与体内上50%以上的药物代谢，包括苯二氮卓类、吡喹酮、卡马西平、醋氨酚等及某些致癌物等[36-37]。CYP3A5占人肝 CYP总含量的20%～50%[38-39]，与CYP3A4具有84%的氨基酸序列同源性，这使得二者代谢活性具有诸多共同点[40]。

人体内突变型基因CYP3A4*1B和CYP3A5*3会导致CYP3A酶的遗传变异，表现为CYP3A4和CYP3A5酶活性降低甚至不存在[35]。其在白种人中的等位基因频率非常高，在亚洲人中的等位基因频率低，这使得大多数白种人在摄入芬太尼类物质后，无法有效地代谢该类物质，从而导致其体内芬太尼毒性增加，严重时引起死亡。

3 芬太尼类新精神活性物质的检验方法

3.1 常用的芬太尼类物质的检测方法

目前，常用于检测芬太尼类物质的方法有高效液相色谱法、反向离子对色谱法、气相色谱-质谱法、液相色谱串联质谱法、放射免疫法等。

3.1.1 高效液相色谱法

高效液相色谱又称为高速液相色谱，其以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对试样的分析[41]，其分离效能好，分离度可达到1.5，即相邻两色谱峰分离程度达99.7%以上；分析速度快，通常分析一个样品需用15～30 min，有些样品甚至在5 min内即可完成；检测灵敏度高，进样量在μL数量级；适用范围广，高效液相色谱法可用于分析70%以上的有机化合物，对于高沸点、大分子、强极性化合物更具备优势。

林长赋等[42]借助高效液相色谱法成功测定了人血浆中芬太尼的浓度，该方法采用外标法，色谱柱为Shim-Pack CLC-ODS(6.0 mm×150 mm, 5 μm)，流动相为0.015 mol/L NaH2PO4的乙腈-水溶液(30:70，V/V)，流速1.5 mL/min，紫外检测波长195 nm，灵敏度0.002 AUFS。结果表明标准曲线在 2.0～100 ng/mL线性关系良好(r=0.999)，最低检测浓度为1 ng/mL，方法回收率为91.70%±4.70%，提取回收率为97.38%±3.69%，日内日间相对标准偏差分别为6.50%±2.79%和6.70%±3.04%。该方法选用NaOH溶液碱化血浆，最大限度地减少了血浆中有机物的提取量和干扰，对血样离心静置后分两次转移浓缩了进样液的浓度，提高了进样量，有效地提高了检测精度。

3.1.2 反向离子对色谱法

反向离子对色谱法最早由Schill等于20世纪60年代发明，其把离子对试剂加入到含水流动相中，被分析的组分离子在流动相中与离子对试剂的反离子生成不带电荷的中性离子，从而增加溶质与非极性固定相的作用，使分配系数增加，改善分离效果[43]。

张燕婉等[44]借助反向离子对色谱建立了测定人血浆中芬太尼浓度的方法，该方法采用内标法，以阿芬太尼为内标物，色谱柱为μ-Bondapak C18柱(3.9 mm×250 mm)，流动相为水(含0.005 mol/L辛烷磺酸钠，0.01 mol/L磷酸)-乙腈(69:31，V/V)，流速1.2 mL/min，紫外检测波长220 nm，灵敏度0.000 5 AUFS。结果发现芬太尼浓度为10～200 ng/mL线性关系良好，r=0.999 6，最低检测浓度为5 ng/mL，芬太尼平均回收率为99.97%，日内日间的差异值均小于8%。该方法改变溶质的保留时间，调整了流动相中水与乙腈的比例让芬太尼和内标物在最佳时间出峰,既保证了两者的分离度,又提高了芬太尼的检测灵敏度。

3.1.3 气相色谱-质谱联用法

气相色谱-质谱法利用了气相色谱优良的分离性和质谱鉴定的高选择性，可实现复杂体系中有机物的定性及定量测定，是司法鉴定中检测毒物毒品最常用的方法。气相色谱-质谱法具有分析速率快、分离效果好、灵敏度高等优点，适合热稳定性好、易气化物质的检测，对于热稳定性差、挥发性低的物质则需要借助硅烷化、酰化、烷基化等衍生化方法处理后再进行检测，衍生化可以改善样品的热稳定性，增加样品的挥发度，提高检测灵敏度，从而得到更准确的分析结果。

Akira等[45]建立了使用气相色谱串联质谱定量全血和尿样中乙酰芬太尼的分析方法。检出限为0.1～1.0 ng/g，全血中乙酰芬太尼的回收率不低于88.3%，日内日间相对标准偏差分别小于3.2%和8.6%，尿液中乙酰芬太尼的回收率不低于88.9%，日内日间相对标准偏差分别小于5.8%和8.6%。该方法准确、灵敏、特异性好，可用于药物滥用人员全血和尿样中乙酰芬太尼的定量分析。

3.1.4 液相色谱串联质谱法

液相色谱串联质谱是一种分析复杂有机混合物的有效手段，其结合了液相色谱仪有效分离热不稳性及高沸点化合物的分离能力与质谱仪很强的组分鉴定能力，能够准确鉴定和定量血液，血浆，尿液和口腔液等复杂样品基质中的微量化合物，液相色谱与串联质谱或四极杆串联飞行时间质谱是目前法庭科学研究领域仪器分析方法的主要发展方向之一[46-47]。

郑海珍等[48]建立了测定人血浆中瑞芬太尼的液相色谱-串联质谱检测方法。实验用萃取液(乙酸乙酯:正己烷=4:1，V/V)提取健康志愿者静脉注射瑞芬太尼不同时间血浆中的瑞芬太尼，选用卡马西平为内标，流动相为甲醇-0.1%甲酸水溶液(80:20，V/V)。结果表明瑞芬太尼血药浓度为1.0～50.0 μg/L线性关系良好(r=0.998 9)，最低检测限为0.5 μg/L，相对回收率均在85%～115%，绝对回收率大于75%，日内和日间相对标准偏差均小于10%。方法操作简便、灵敏度高、精密度好。钱振华等[49]采用气相色谱-质谱和超高效液相色谱串联四极杆飞行时间质谱对2015—2016年国内检测发现的8种芬太尼类新精神活性物质进行分析和检测。气相色谱-质谱选用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，超高效液相色谱串联四极杆飞行时间质谱进样口温度280 ℃，质量扫描为 m/z 35～500，色谱柱选择UPLCCSHC18柱(100 mm×2.1 mm×1.7 μm),流动相A为0.1%甲酸水溶液，B为乙腈，进样量1 μL。气相色谱-质谱分析中8种芬太尼类新精神活性物质都出现了丰度较高的[M-91]峰和丰度较低的[M-134]峰，多数化合物出现m/z146、m/z158、m/z189、m/z105、m/z77峰；超高效液相色谱串联四极杆飞行时间质谱分析中发现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)+，二级质谱图中，多数化合物出现m/z105、m/z134、m/z146、m/z188峰。通过总结8类物质在两种模式下获得的碎片离子与分子结构的关系，推测其可能的碎裂途径，并归纳通过谱图推导未知芬太尼类新精神活性物质结构的方法，结果可为该类物质的鉴定提供参考。

3.1.5 放射免疫法

放射免疫法由美国医学物理学家雅洛于1959年发明[50]，主要原理是利用同位素标记的与未标记的抗原，同抗体发生竞争性抑制反应的方法，研究机体对抗原物质反应的发生、发展和转化规律, 该方法灵敏度高，检出限为10-18～10-9g；特异性好，能识别化学结构上非常相似的物质；应用范围广，操作简便易行等。

Henderson等[51]放射免疫分析技术测定了18种非法芬太尼类似物的粉末样品，经测定，其中11个样品呈阳性，发现含有芬太尼、α-甲基芬太尼、氟呋喃基、顺式-和反式-3-甲基芬太尼、噻吩基芬太尼、顺式-和反式-3-甲基噻吩基芬太尼，其余七个阴性样本含有咖啡因、可待因和海洛因。该方法提供了一种简单，快速，可靠的筛选方法。表2归纳整理了芬太尼类新精神活性物质检测方法。

表2 芬太尼类新精神活性物质检测方法

3.2 生物样品中芬太尼类物质的前处理方法

生物样品中芬太尼类物质的前处理方法主要包括蛋白质沉淀法、液液萃取法、固相萃取法、干血点法、蛋白质沉淀联合液液萃取法法、中空纤维液-液-液微萃取、分散液-液微萃取等。

其中，蛋白质沉淀法具有成本低、操作简单、快速等优点，但是样品浓度被稀释，检测限低，对仪器灵敏度要求较高[54]；液液萃取法分离效果好，但是有机溶剂用量大，污染环境，易发生乳化现象；固相萃取法适用于大多数液体生物样品的前处理，分析速度快，自动化程度高，回收率较高，但是由于固相萃取柱截面积小，流量低，生物样品易发生堵塞，导致提取效率降低、重复性较差；干血点法干血点法系将全血样品收集在卡纸上，方便血样采集及存储运输、简化样品前处理，但是要求采集时血样均匀，对点样工具、点样温度、点样体积要求比较高；中空纤维液-液-液微萃取极少量的有机溶剂即能有效去除基质中的复杂成分，方法的抗干扰能力强、萃取效率高；分散液-液微萃取提高了有机萃取剂在水相中的分散，增加了水相和萃取剂之间的接触表面，使目标化合物在样品溶液和萃取剂之间实现了快速转移[51]，该方法集萃取及富集于一体，有机溶剂用量少，萃取时间短，具有较高的萃取效率和富集倍数[52]。表3归纳整理了文献报道的生物样品中芬太尼类物质分析的前处理方法。

表3 芬太尼类物质的前处理方法

3 展望

通过介绍芬太尼类新精神活性物质检测方法及其生物样品中此类物质分析的前处理方法。免疫法常用于现场的快速检验，气相色谱/质谱和液相色谱串联质谱是最可靠和最有效的检测方法，前处理方法则要根据检材特点并结合后期的检测方法选择最佳的方法。目前，已成为世界各国重点关注的突出问题，在全球治理的非传统安全领域中，已被定性为对国际安全构成挑战的威胁客体[59-61]。地下非法制毒工厂以芬太尼为先导化合物，通过结构改造和构效关系研究，设计合成并筛选出越来越多的一系列活性更高的芬太尼类衍生物，对其检验研究工作任重道远，工作者重视其在生物检材的前处理和检测技术等方面的改进以及新型分析仪器在此方面的应用，以期实现对芬太尼类新精神活性物质的准确、快速、实时监测。