衍生化在气相色谱-质谱法检测苯丙胺类毒品中的应用进展
杨洪国, 李重阳, 丁斌
甘肃政法学院公安技术学院,兰州 730070
李重阳Tel:13893372937; E-mail: lcy6059@gmail.com

作者简介:杨洪国(1982—),男,山东日照人,硕士研究生,主要从事毒物分析研究。

摘要

衍生化是气相色谱-质谱法检测苯丙胺类毒品的重要步骤。衍生化可改善苯丙胺类化合物的色谱行为,增加其质谱分析的质量和特征离子峰,使质谱更加独特,提高了苯丙胺类毒品的检测灵敏度,从而为检验鉴定提供准确可靠的实验结果。本文综述了衍生化在气相色谱-质谱法检测苯丙胺类毒品中的应用进展。

关键词: 衍生化; 气相色谱-质谱; 苯丙胺类毒品
中图分类号:DF795.1 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2013)05-0037-04
The application of GC/MS combined derivatization techniques in the detection of Amphetamine
YANG Hong-guo, LI Chong-yang, DING Bin
Gansu Institute of Political Science and Law, Lanzhou 730070, China
Abstract

Chemical derivatization of analyte is a very important process in the sample preparation. In this paper, the applications and progress of derivatization techniques in detection of Amphettamine were summarized.

Keyword: derivatization; GC/MS; amphetamine

苯丙胺类毒品是苯丙胺及其衍生物的统称, 具有药物依赖性(主要是精神依赖性)、中枢神经兴奋、致幻、食欲抑制和拟交感能效应等药理、毒理学特性, 是联合国精神药品公约管制的精神活性物质[1]。目前在我国出现的苯丙胺类化毒品主要有:苯丙胺(AM)、甲基苯丙胺(MAM), 3, 4-亚甲二氧基苯丙胺(MDA)、3, 4-亚甲二氧基甲基苯丙胺(MDMA)。国内外学者对苯丙胺类毒品的检测进行研究中, 认为色谱-质谱联用法(如LC-MS、LC-MS-MS、GC-MS等)具有色谱的高效分离能力和质谱的高灵敏度、高特异性的双重优势, 其中GC-MS在苯丙胺类毒品的检验鉴定中应用最为广泛。由于苯丙胺类毒品的化学特性及其生物检材基质的复杂性, 对样品的衍生化处理直接影响GC-MS分析结果的准确性和可靠性, 本文即对GC-MS法检测苯丙胺类毒品的衍生化进行综述。

1 衍生化方法研究

苯丙胺类毒品中含有氨基, 直接用于气相色谱分析, 极性基团与固定相会形成氢键, 导致峰形拖尾、检测灵敏度低的同时, 结构相近组分之间的分离度也会变小。因此, 衍生化方法的应用成为气相色谱法分离检测苯丙胺类毒品的重要环节[2]。苯丙胺类毒品可用不同的化学方法衍生化, 包括硅烷化、酰基化、手性衍生化等。衍生化不但改善了苯丙胺类化合物的色谱行为, 而且使其分子量明显增大, 增加了质谱分析的质量和特征离子峰, 使质谱更加独特, 检测结果更加可靠。

苯丙胺类化合物中只含1个可衍生基团时, 可直接进行衍生化; 对于含2种以上衍生基团的化合物, 既可用一种试剂衍生化, 也可选用多种衍生化试剂分别对不同基团进行衍生。孟品佳[3] 建立了摇头丸毒品制剂的MSTFA与MBTFA双试剂联合衍生化方法, 可在一次分析中同时获得苯丙胺类毒品三氟乙酰化、糖类稀释成分硅烷化的产物, 实现了同步对苯丙胺类毒品定量、对稀释成分定性的工作。Solans等[4]对含有苯丙胺兴奋剂的多种药物及其代谢物筛选实验中, 先在样品萃取液中加入MSTFA, 置于60℃下加热5min生成三甲基硅烷化衍生物, 冷却后再加入MBTFA, 置于60℃下加热5min生成三氟乙酰化衍生物, 实现了MSTFA对羟基、羧基的衍生化和MBTFA对胺基的衍生化。Pizarro等[5]人在对男性志愿者血浆和尿液中MDMA对映体以及它的代谢物MDA、4-羟基-3-甲氧基-甲基苯丙胺(HMMA)、4-羟基-3-甲氧基-苯丙胺(HMA)的衍生化研究中, 采用两步衍生, 用色谱纯莫舍试剂[(R)-MTPA]作为第一种衍生化试剂与氨基和羟基反应, 生成的HCl用三乙胺中和; 用六甲基二硅亚胺作为第二种衍生剂, 衍生代谢物中残留的酚羟基; 该方法提高了检测MDMA及其代谢物的灵敏度, 与一种衍生剂对化合物中不同基团的衍生化相比, 此方法产生的衍生物的物理化学特性不同, 质谱行为更具特异性。

2 衍生化方式选择

常用的衍生化方式是将含有待测物的溶剂挥发后, 加入衍生化试剂, 在适宜的温度下发生衍生化反应。与此衍生化方式不同的, 还有萃取衍生、柱衍生。

萃取衍生, 该方法是将萃取和衍生结合起来, 在萃取剂中加入衍生化试剂, 在萃取过程中, 毒品进入萃取剂并与衍生化试剂反应, 从而达到萃取和衍生的同步进行, 此方法不需要溶解衍生化试剂、衍生加热及蒸发萃取溶剂, 缩短了毒品的分析检测时间。Hara等[6]以4-甲氧基甲基苯丙胺-d5作为内标, 成功地用含1-溴七氟丙烷的萃取剂同时萃取衍生苯丙胺、甲基苯丙胺、4-羟基苯丙胺和4-羟基甲基苯丙胺, 取得GC-MS的高效检测。Meatherall[7]把200μ L尿中的苯丙胺和甲基苯丙胺提取到含有丙酰氯的有机溶剂中, 这两种胺立即和丙酰氯反应生成衍生物, 移除水相, GC-MS分析有机相。该方法的变异系数在6%~10%, 定量检出限分别为50 ng/mL和5 ng/mL, 线性最高限达到10000ng/mL。萃取衍生化物在室温下能稳定存在60天。此种方式实现了萃取和衍生同步进行, 但要求衍生化试剂在常温下能够极易与苯丙胺类毒品反应, 并且衍生化产物能稳定存在, 在萃取剂中有足够的溶解度, 这对衍生试剂的选择非常重要。

柱衍生是萃取液和衍生化试剂同时注入气相色谱仪的进样口时, 在高温环境下, 迅速发生衍生化反应。Eiceman等[8]采用苯丙胺与三氟乙酸酐在进样口衍生、GC-MS分离检测。与以前报道的衍生化方法相比, 检测限提高100倍。此方法存在一定缺陷, 若衍生化反应的副产物为羧酸时, 羧酸会与气相色谱柱的固定相反应, 加重了色谱柱维护的负担。

3 衍生化试剂的选择
3.1 酰基化试剂衍生

许多研究者采用醋酸酐衍生, 与其它衍生物相比, 乙酰基相对较小, 衍生物的质谱特征强, 干扰少。Kraeme等[9]研究了氯丙苯丙胺及其在体内的代谢物苯丙胺, 对尿液样品进行酸性水解, 萃取, 醋酸酐衍生, GC-MS分离检测, 氯丙苯丙胺和苯丙胺的检出限分别为50ng/mL和100ng/mL, 在服用氯丙苯丙胺32h~68h后, 仍能检测出苯丙胺。陈朝阳等[10]人采取血浆、肝组织, 加入丙基解痉素, NaOH消解, 硼酸缓冲液调节pH至10, 乙醚4mL提取两次, 水浴加热挥干溶剂, 三氟乙酸(TFA)衍生化, 乙醇定容, GC-MS分析检测了血浆中的AMP、MAM、MDMA, 其线性范围为0.02μ g/mL~2.0μ g/mL, 最低检出限0.005μ g/mL; 肝组织中AMP、MAM、MDMA的线性范围为0.05μ g/mg~5.0μ g/mg, 最低检出限0.010μ g/g。回收率在92.1%~105.2%之间。本实验回收率高, 重复性好, 提供了一种快捷、实用、有效检测苯丙胺类毒品的方法。王玉瑾等[11]人采取血清及尿液样品1mL, 加入丙基解痉素, 硼酸缓冲液2mL, 乙醚5mL提取2次, 水浴挥干, 残渣加入乙酸乙酯、TFA各25μ L, 衍生化后用30μ L甲醇定容, GC-MS分析检测。AM、MAM在血清中的线性范围为0.01mg/L~5.0mg/L, 尿液中为0.1mg/L~50 mg/L; 回收率在95.50%~103.16%之间。此方法检测灵敏度高、重复性好, 适用于临床苯丙胺类毒品中毒的快速鉴定。

孟品佳[12]考察了用N-甲基双三氟乙酰胺(MBTFA)衍生3, 4-亚甲二氧基甲基苯丙胺(MDMA), 当两者用量比例为1μ L∶ 1μ g时, 衍生化完全, 其检出限为0.06ng。另一研究中身体健康志愿者服用100mgMDMA, 提取其血浆和尿液样本, 水解后固相萃取, 用含有2%氨水的乙酸乙酯洗脱, 40℃下氮气浓缩; 萃取液用50μ LMBTFA于70℃下衍生20min, GC-MS检测。MDMA的线性范围为25ng/mL~400ng/mL, 其代谢物MDA、HMMA、HMA的线性范围为2.5ng/mL~40ng/mL、250ng/mL~2000ng/mL、100ng/mL~1000ng/mL。此方法线性范围良好, 挥发损失少, 提高了检测的准确性和灵敏度[13]

研究人员还成功地将其它衍生试剂用于苯丙胺类毒品的衍生化, 包括五氟丙酸酐(PFPA)、七氟丁酸酐(HFBA)、全氟辛酰氯以及乙氧基羰基六氟丁酰氯(GB)等。Valentine等[14]让十名志愿者口服剂量30mg/70Kg的右旋甲基苯丙胺, 以服药前空白尿液作比对, 用五氟丙酸酐衍生萃取物, GC-MS分析检测。甲基苯丙胺的回收率约为20%, 其代谢物苯丙胺约为2%; 尿液中甲基苯丙胺的含量在4h~6h时达到最高, 随后逐渐下降, 7天内仍能检出。Thurman等[15]从尿液中提取苯丙胺、甲基苯丙胺和拟交感神经胺类药物麻黄碱、六氢脱氧麻黄碱、伪麻黄碱、去甲麻黄碱、间羟基去甲麻黄碱、去氧肾上腺素、苯丁胺、3, 4-亚甲二氧基苯丙胺(MDA)及3, 4-亚甲二氧基甲基苯丙胺(MDMA), 用七氟丁酸酐(HFBA)衍生化, GC-MS选择离子分析检测。由于这类物质具有相同结构, 裂解后会产生相同离子, 当选择苯丙胺m/z 240和甲基苯丙胺m/z 254为检测离子, 可以将苯丙胺、甲基苯丙胺与拟交感神经胺类区分开。

Valentine等[16]建立了一种快速鉴别尿液中拟交感神经胺类的方法, 这些拟交感神经胺包含伯胺、仲胺、肼和羟基基团, 10%氟代酸酐衍生化, 氟代酸酐包括三氟乙酸酐(TFAA)、五氟丙酸酐(PFPA)、七氟丁酸酐(HFPA)。拟交感神经胺类的TFAA和PFPA衍生化产物的保留时间与原体化合物基本相同, 而HFPA衍生物的保留时间显著推后。进样口温度设定为260℃, HFPA衍生化, 可以提高色谱分辨率和灵敏度, 使离子碎片丰度达到最高。0.1 mL样本尿液添加苯丙胺-d5和甲基苯丙胺-d5作为内标, 然后用硼酸盐缓冲液调节pH值至9.3, 用9∶ 1的氯仿∶ 异丙醇离心萃取, 分离有机相, 加入10%的甲醇盐酸, 在氮气氛围下蒸发, 在进样口用HFBA试剂衍生, GC-MS分析。所建立的方法适用于临床毒理学分析的尿液样品检测。

Gjerde等[17]建立了检测血液中苯丙胺和甲基苯丙胺的定量方法, 用环己烷萃取血液样本, 全氟辛酰氯衍生, GC-MS选择离子扫描。苯丙胺和甲基苯丙胺的线性范围分别为14mg/L~2700mg/L和15mg/L~3000mg/L, 最低检出限为11mg/L和13mg/L, 定量限为22mg/L和34mg/L, 误差率为5%和8%。在腐败的血液样本中, 只有苯丙胺中的m/z 118检测受到干扰, 甲基苯丙胺和苯丙胺的其它检测离子均未受到干扰。

3.2 硅烷化试剂衍生

孟品佳[3]2考查了MSTFA和MBTFA对苯丙胺类中的极性基团氨基和羟基的衍生化效果, 发现MSTFA未能将苯丙胺类毒品完全衍生化, 而MBTFA可将其完全衍生。

Scheper等[18]人让8名志愿者每日口服10mg S-(+)-MDMA盐酸盐4次, 服用7天, 停用三周后, 其中的5名志愿者每日口服20mg S-(+)-MDMA盐酸盐4次。分别采集1mL唾液和血液, 加入100μ L 1μ g/L的内标溶液(MDMA-d11和AM-d10)和3mL 2.0mol/L醋酸钠缓冲液(pH4.0), 离心分离5min, 取上层清夜, 用1mL含有二氯甲烷、异丙醇、14.5mol/L氨水(体积比为80∶ 20∶ 2)预处理Clean Screen® 固相萃取柱, 萃取后依次用两份1mL去离子水、1.5mL 0.1mol/L的盐酸溶液、两份1mL甲醇清洗柱表面, 固相萃取柱干燥后用1mL含有二氯甲烷、异丙醇、14.5mol/L氨水(体积比为80∶ 20∶ 2)洗脱4次, 向洗液中加入20μ L含有1%特丁基二甲基氯硅烷(TBDMCS)的N-(叔丁基二甲基硅烷基)-N-甲基三氟乙酰胺(MTBSTFA), 80℃衍生45min, GC-MS分析。结果表明在第一次口服剂量后, 0.25h~2h内在血液中发现MDMA, 浓度在14.5μ g/Lμ g/L~33.8μ g/L(口服10mgMDMA)之间, 在2h~12h内发现MDMA, 浓度在26.2μ g/L~44.3μ g/L(口服20mgMDMA)之间。唾液检测表明在0.08h~2h内发现MDMA, 浓度在24.7μ g/L~312.2μ g/L(10mg)和75.3μ g/L~321.7μ g/L(20mg)之间; 血液中MDMA在2h~24h内含量变化显著, 在24h时志愿者血液中MDMA含量为7.3± 5.5μ g/L, 唾液中为18.8 ± 18.0 μ g/L。虽然尿液可检测高浓度分析物, 提供较宽的检测窗口, 但尿液容易掺假造成假阴性结果, 此实验检测唾液、血液可提供可靠性检测结果, 避免造成误检。

3.3 手性试剂衍生

手性试剂衍生化可以影响化合物本身的性质, 以便进行选择性操作(如对映体分离); 苯丙胺类毒品有一个不对称中心, 有两种对映体, 这两种对映体生理活性截然不同, 但是在一般的分析方法(如气相色谱和液相色谱)中表现相同。分离鉴别对映体的方法, 一是用含有与对映体作用的固定相色谱柱, 达到分离目的。手性分析GC柱用于对映体分离, 尽管有效, 但是该方法也有缺点。手性柱比非手性柱价格贵, 在GC高温环境下, 手性柱的性能更易下降, 因此更换频率高, 造成分析成本高。另一种对映体分析方法是使用手性衍生化试剂, 将对映体转变为非立体异构体, 用标准色谱柱分离检测。

常用的苯丙胺类手性试剂是N-三氟乙酰-l-脯氨酰氯(l-TPC)、五氟丙酰-l-脯氨酰氯(l-PPC)和七氟丁酰-l-脯氨酰氯(l-HPC)。Hensley等[19]建立了一种同时测定尿液中l-和d-的AM、MAM、MDA、MDMA、MDEA的方法, 实验采用液-液萃取, l-TPC衍生, GC-MS分析。当尿液中AM和MAM的含量大于或等于10ng/mL, MDA、MDMA和MDEA的含量大于或等于25 ng/mL时, 该方法可提供准确和可靠的检测结果。8名被测者尿液中l-MDMA的百分含量最高; d-MDA的最初含量高于l-MDA, 随时间的变化, 尿液中l-MDA的含量逐渐增加, 在服药后36h, l-MDA含量超过d-MDA。张建新等[20]研究了甲基苯丙胺对映异构体衍生化方法, 在碱性条件下用1-氯丁烷萃取甲基苯丙胺, 然后用(S)-(+)-α -(三氟甲基)苯基乙酰氯[(S)-(+)-α -MTPACl]直接衍生化, GC-MS分析MTPA-MDMA非对应异构体为主要产物, 不受其它峰影响, 分离效果好, 在2ng/mL~80ng/mL范围内线性良好, 检出限0.0016ng。有学者还研究了(-)N-三氟乙酰-l-脯胺酰氯(TPC)对苯丙胺类毒品的手性衍生化, 发现衍生产物不稳定, 不适宜于对映异构体的定量分析。Shin等[21]用手性衍生化试剂α -甲氧基-α -(三氟甲基)苯乙酰氯将苯丙胺对映体衍生化, 在衍生化前, 先用N-甲基-N-甲硅烷基酰胺将苯丙胺盐酸盐转化成苯丙胺, 将羟基甲硅烷化, 衍生化反应迅速, 能立即进行GC-MS选择离子扫描检测。此方法可以应用于生物检测中苯丙胺的定量分析。

衍生化改变了苯丙胺类毒品的挥发性, 在用气相色谱分析这些化合物时, 由于它们的保留时间比未衍生的化合物更长, 衍生的药物更容易和其它化合物分离; 苯丙胺类毒品的GC分离易产生拖峰现象, 而衍生物的色谱行为变好, 能产生更好的峰形。而且衍生化使苯丙胺类毒品产生了高特异性的离子碎片峰, 有利于确定毒品成分, 提高检验鉴定效率。

The authors have declared that no competing interests exist.

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