气相色谱–质谱法测定8 种芬太尼及N-苯乙基-4-哌啶酮

张爱平，王红卫，王超颖，曹海峰，侯晋

（1.南通海关，江苏南通 226004； 2.如东海关，江苏如东 226499）

芬太尼由比利时知名化学家和药学家保罗·森杨于1960 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［1］。之后，研究者们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］，这类物质以N-［1-(2 苯乙基哌啶)］-N-苯基酰胺为母体结构，符合以下一个或多个特征：一、使用其它酰基替代丙酰基；二、使用任何取代或未取代的单环芳香基团替代与氮原子直接相连的苯基；三、哌啶环上存在烷基、烯基、烷氧基、酯基、醚基、羟基、卤素、卤代烷基、氨基及硝基等取代基；四、使用其它任意基团（氢原子除外）替代苯乙基。

新精神活性物质，又称“策划药”或“实验室毒品”，是不法分子为逃避打击而对管制毒品进行化学结构修饰得到的毒品类似物，具有与管制毒品相似或更强的兴奋、致幻、麻醉等效果，已成为继传统毒品、合成毒品后全球流行的第三代毒品［3］。在芬太尼类药物研发的同时，该类药物的滥用问题越来越严重。由于芬太尼类物质的前体化合物及相关生产设备较易获得，合成工艺简单，导致生产该类物质的地下加工厂显著增多。近年来，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，通常被伪装成海洛因或者处方药进行出售，在全球尤其是北美，已发生数百起致死案例［2］。联合国毒品与犯罪问题办公室（UNODC）对新精神活性物质的定义：未被国际禁毒公约管制，但存在滥用并会对公众健康带来威胁的物质。从2019 年5 月1 日起，中国将芬太尼类物质列入《非药用类麻醉药品和精神药品管制品种增补目录》。许多新精神活性物质的毒理作用比海洛因、吗啡等传统毒品更加强烈，如芬太尼的衍生物卡芬太尼，其药效是芬太尼的100 倍，海洛因的5 000倍，吗啡的10 000 倍，只需2 mg 就足以使一个成年人毙命［2］。

目前，国内外报道芬太尼类新精神活性物质及其前体检测方法有气相色谱–质谱法［1，4–6］、高效液相色谱法［7–8］、液相色谱–质谱法［9–12］、电化学法等方法［13–14］等，目前报道的毒品检测对象多集中于吗啡、海洛因、可卡因等传统毒品，对新型毒品及麻醉药物的综合检测分析很少。笔者利用乙腈水溶液提取药物中芬太尼类物质，采用固相萃取柱净化，用气相色谱–质谱仪鉴别鉴定和定量测定，建立了8 种芬太尼及前体N-苯乙基-4-哌啶酮的分析方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱–质谱联用仪：Agilent 7890A 型气相色谱仪与5975C 型质谱仪联用，美国安捷伦科技有限公司。

离心机：800B 型，上海安亭科学仪器厂。

微孔纤维素滤膜：孔径为0.45 μm，美国安捷伦科技有限公司。

N-苯乙基-4-哌啶酮标准物质：纯度大于98%，上海市刑事科学技术研究院。

芬太尼标准物质：乙酰芬太尼（纯度大于99.5%）、异丁酰芬太尼（纯度大于99.5%）、丙烯酰芬太尼（纯度大于98%）、4-氟丁酰芬太尼（纯度大于99.5%）、舒芬太尼（纯度大于98%）、奥芬太尼（纯度大于99.5%）、戊酰芬太尼（纯度大于98%）、呋喃芬太尼（纯度大于98%），上海市刑事科学技术研究院。

乙腈、甲醇：均为色谱纯，德国默克公司。

试验样品：进出口海关查验的货物及模拟样品。

实验所用其它试剂均为分析纯。

实验用水为超纯水，由Milli-Q 超纯水设备制得。

1.2 标准溶液的配制

将N-苯乙基-4-哌啶酮、芬太尼标准物质溶解于乙腈，配制成1 mg／mL 标准储备液，避光冷藏保存。将标准储备液用乙腈稀释至适当浓度，配制成混合标准工作溶液，保存于4℃冰箱中。

1.3 样品前处理

称取样品1.00 g（取适量固体样品研磨成粉末，搅拌均匀后称量。液体样品充分振摇均匀后称量），加入3 mL 乙腈和2 mL 水，涡旋溶解，超声提取20 min，以9 500 r／min 离心5 min，吸取全部上清液于HLB 固相萃取柱（预先用5 mL 乙腈活化）中，用5 mL 乙腈淋洗。将流出液于40℃水浴中以氮气吹至近干，加入乙腈并定容至1.00 mL，用0.45 μm 有机膜过滤，上机测定。

1.4 仪器工作条件

1.4.1 气相色谱仪

色谱柱：HP–5 型石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技有限公司）；柱温：程序升温，初始温度为200 ℃，保持5 min，以10℃／min 升至300℃，保持5 min；进样口温度：300℃；传输线温度：350 ℃；载气：高纯氦气，流量为1.0 mL／min；进样体积：1 μL；进样方式：分流进样，分流比为10∶1。

1.4.2 质谱仪

参照文献［1，4–6］设定。

2 结果与讨论

2.1 提取溶剂的选择

根据芬太尼类新精神活性物质及前体特点、溶剂性质和可能的样品基质特点，选取乙腈–水体系作为提取溶剂。考查了乙腈与水的不同比例对模拟样品提取效果的影响（如图1 所示）。实验结果表明，加入适量的水，可增加模拟样品的溶解度，提高目标化合物的提取效率；但加入过多的水不利于样品浓缩和测定。当取样质量为1.00 g 时，选择3 mL 乙腈和2 mL 水作为提取溶液。

2.2 HLB 净化柱

图1 乙腈–水不同配比对应的提取效率

芬太尼类新精神活性物质及前体多数为弱极性，试样干扰物一般为糊精、色素、纤维素、淀粉、糖分等。HLB 固相萃取柱填料是亲脂性二乙烯苯和亲水性N-乙烯基吡咯烷酮单体按一定比例聚合生成的大孔共聚物。本实验采用HLB 固相萃取柱作为正相柱，吸附弱极性芬太尼类新精神活性物质及其前体，以净化试验样品。

2.3 洗脱溶剂的选择

分别选择乙腈、甲醇作为洗脱溶剂进行试验，结果表明乙腈洗脱效果好，回收率高，是适于本实验的洗脱溶剂。分别取3、4、5、6、7 mL 乙腈溶剂，比较了不同用量的洗脱溶剂对应的回收率（如图2 所示）。实验结果表明，洗脱溶剂乙腈用量为5 mL 时，目标化合物的整体回收率最高，为82.1%～96.4%。

图2 乙腈不同用量对应的回收率

2.4 质谱特征分析

N-苯乙基-4-哌啶酮及8 种芬太尼的质谱图如图3 所示。

图3 N-苯乙基-4-哌啶酮与8 种芬太尼的质谱图

9 种化合物的质谱图具有以下特点：（1）由于分子离子不稳定，分子离子丰度均很小，分子离子峰几乎看不到。这是由于在电子的轰击下，连接苯环和哌啶环的C—C 键发生α 断裂，失去一个卓鎓离子，形成特征离子A，为大多数化合物的基峰（M–91）；（2）特征离子A中酰胺的C—N进一步发生α断裂，脱去COR1，得到特征离子B；（3）分子离子哌啶环中1、2 位的N—C 键和5、6 位的C—C 键发生断裂，重排形成四元环，得到特征离子C；特征离子C 中酰胺的C—N 进一步发生α 断裂，脱去COR1，得到特征离子D；（4）分子离子哌啶环中1、2 位的N—C键和1、6 位的N—C 键发生断裂，得到特征离子E和F；（5）分子离子哌啶环中N 原子与苯乙基间化学键发生断裂形成碎片离子G；（6）卓鎓离子和苯乙基离子不稳定，进一步裂解得到特征离子H(苯基离子)。

9 种化合物主要碎片离子见表1。由表1 可知，除舒芬太尼外，这些物质最大丰度离子等于相对分子质量减去91。这些物质几乎均有质量数为105、77 的碎片离子；绝大多数有189、146、158、132 的碎片离子。因此，通过气相色谱–质谱法鉴别未知物质的时候，通过关注这些分子离子，可以判断是否含有这些芬太尼物质或者类似的芬太尼物质。上述分析结果表明，气相色谱–质谱法可用于鉴别鉴定进出口海关查验的物质是否含有8 种芬太尼及前体N-苯乙基-4-哌啶酮或者类似芬太尼物质。

表1 种芬太尼类新精神活性物质及前体N-苯乙基-4-哌啶酮的质谱信息

2.5 仪器工作条件的优化

2.5.1 色谱条件

本实验参考了文献［1，4–6］的相关实验条件，但不完全等同于其设定条件。HP–5 型石英毛细管柱是常规气相色谱–质谱联用仪的色谱柱。考虑到待测物质沸点较高（≥200℃），进样口温度设定为300℃，初始温度为200℃，最高温度为300℃。通常情况下，传输线温度高于色谱柱温度30～50℃，因此设定为350℃。1.0 mL／min 流量和1 μL 进样体积为常规条件。若分流比过大，则影响检测限；若分流比太小，则影响色谱峰形。实验最终选择分流比为10∶1。

2.5.2 质谱条件

质谱条件采用气相色谱–质谱联用仪的基本设置，由于常规气相色谱–质谱联用仪标准谱图在此条件下绘制，因此未改变质谱条件。

2.6 混合标准溶液的总离子流色谱图

取适量的混合标准工作溶液，用0.45 μm 有机膜过滤后上机测定，N-苯乙基-4-哌啶酮及8 种芬太尼的总离子流色谱图如图4 所示。由图4 可知，在最佳实验条件下，9 种化合物可有效分离且色谱峰形尖锐、对称，适于定量。

图4 N-苯乙基-4-哌啶酮与8 种芬太尼混合标准溶液的总离子流色谱图

2.7 方法的线性范围、检出限

在优化的实验条件下，对系列浓度的混合标准溶液进行测定，以溶液的质量浓度为自变量、色谱峰面积为因变量进行线性回归，计算线性方程和相关系数；以信噪比（S／N）为3 计算方法的检出限。本方法的线性范围、相关系数和检出限列于表2。由表2 可知，N-苯乙基-4-哌啶酮与8 种芬太尼的质量浓度在5～100 mg／L 范围内与色谱峰面积具有良好的线性关系，线性相关系数为0.975 6～0.995 1。N-苯乙基-4-哌啶酮与8 种芬太尼的检出限为1.05～2.78 mg／L。

表2 方法的线性范围、线性方程、相关系数和检出限

2.8 方法的精密度与准确度

配制N-苯乙基-4-哌啶酮与8 种芬太尼的质量浓度均为10 mg／L 的模拟样品溶液，用所建立的方法平行测定5 份，测定结果列于表3。

由表3 可知，测定结果的相对标准偏差为4.7%～8.1%，9 种化合物平均回收率为78.5%～96.7%。表明本方法具有较高的灵敏度和较好的重现性。

2.9 实际样品分析

使用某种药品作为模拟样品，进行N-苯乙基-4-哌啶酮与8 种芬太尼的加标试验，样品空白与加标样品总离子流色谱图分别如图5、图6 所示。由图5、图6可知，本法可有效鉴别、检出样品中的N-苯乙基-4-哌啶酮与8 种芬太尼。

图6 加标样品总离子流色谱图

图5 空白样品总离子流色谱图

3 结语

建立了气相色谱–质谱法定量测定N-苯乙基-4-哌啶酮与8 种芬太尼新精神活性物质，9 种化合物的质量浓度在5～100 mg／L 范围内与色谱峰面积线性关系良好。该法精密度、准确度较高，可用于进出口海关查验的物质中N-苯乙基-4-哌啶酮与8 种芬太尼新精神活性物质的鉴别和定量，为海关执法查验提供强有力的技术支撑。