SCIEX高分辨系统+CID与EAD技术揭示17种尼秦类物质裂解路径与异构体识别

2026-01-06 10:14:06, SCIEX SCIEX

第一作者：张淼硕士（中国药科大学）

通讯作者：严慧研究员、赵君博副研究员（司法鉴定科学研究院）

论文：https://doi.org/10.1021/jasms.5c00081

图文摘要（Graphical Abstract）

成果简介

近日，司法鉴定科学研究院严慧研究员与赵君博副研究员等在Journal of the American Society for Mass Spectrometry上发表了题为“Characterization and Elucidation of the Fragmentation Pathway of 17 Nitazenes by Liquid Chromatography High-Resolution Mass Spectrometry Using Collision-Induced Dissociation and Electron Activated Dissociation”的论文

(DOI: org/10.1021/jasms.5c00081)。

本研究基于SCIEX ZenoTOF^® 7600 系统将碰撞诱导解离（CID）与电子活化解离（EAD）两种质谱裂解技术结合，应用于17种尼秦类新型合成阿片的裂解路径分析与异构体识别。研究不仅揭示了8条裂解路径，还成功区分了8对异构体，并在实际缴获样本中鉴定出一种新型尼秦——N,N-二甲基依托尼秦，为法医毒理学研究提供了强有力的技术支撑。

全文速览

本研究聚焦一类具有严重公共健康风险的新型合成阿片类物质——尼秦（nitazenes），针对其检测中碎裂途径不明确、异构体难区分的问题，采用SCIEX ZenoTOF^® 7600质谱系统结合碰撞诱导解离（CID）与电子活化解离（EAD）两种碎裂技术，对17种尼秦类物质（含8对异构体）进行系统表征。研究阐明了两种模式下尼秦的碎裂机制，发现EAD相比CID能产生更丰富的碎片离子和独特碎裂途径（EAD新增4种），且可通过碎片离子相对丰度差异实现同分异构体区分。

引言

尼秦类物质是2-苄基苯并咪唑类新型合成阿片类物质（NSOs），因滥用率攀升已成为全球公共健康重大威胁。该类物质具有极强的镇痛活性，但极易引发呼吸抑制、中枢神经抑制等严重不良反应，具有极高的滥用风险和致命性，亟需高效的监测技术进行严格管制。质谱法是尼秦检测的主流技术，但传统方法存在明显不足：常规CID碎裂技术难以提供足够碎片信息，无法有效区分异构体；现有研究对尼秦的碎裂途径和异构体鉴定机制探讨有限，制约了检测准确性。

本研究通过“CID+EAD”双碎裂策略，系统构建了尼秦类物质的质谱碎裂图谱，揭示了其独特的碎裂机制与异构体区分特征。

图文导读

CID中尼秦类物质的碎裂机制解释（途径I-IV）

Figure 3. Proposed mechanisms of nitazenes in CID. (a) Precursor ions produce fragment ion ① by inductive cleavage pathway I.(b) Precursor ions produce fragment ion ② by inductive cleavage pathway II. (c) Precursor ions produce fragment ion ③ by inductive cleavage pathway III. (d) Precursor ions produce fragment ion ④ by inductive cleavage pathway IV.

1. 途径I：

氢重排+诱导裂解生成碎片离子①

前体离子首先发生氮原子质子化（质子化位点为R₂取代基连接的苯并咪唑环氮原子），随后通过“氢原子重排+诱导裂解”协同作用，断裂R₂侧链与母核的连接键，生成碎片离子①

2. 途径II：

苯并咪唑环氮质子化+诱导裂解生成碎片离子②

与途径I的质子化位点不同，途径II中前体离子的质子化发生在苯并咪唑母核的另一个氮原子（非R₂连接的氮原子），随后通过诱导裂解断裂母核与R₃取代基（苯环上的取代基，如-OH、-OCH₃、-OC₂H₅）的连接键，生成碎片离子②

3. 途径III：

R₂侧链氮质子化+中性丢失生成碎片离子③

前体离子的质子化位点仍为R₂连接的苯并咪唑环氮原子，但裂解方式比途径I更复杂：诱导裂解后不仅生成碎片离子③，还伴随中性分子丢失（中性丢失的质量由R₂决定），具体过程为：质子化后C-N键断裂，R₂侧链以中性分子形式丢失，母核部分形成带正电荷的碎片离子③

4. 途径IV：

烷胺侧链氮质子化+4-中心消除生成碎片离子④

途径IV的质子化位点为苯并咪唑母核上烷胺侧链的氮原子（非R₂连接的氮原子），随后通过“4-中心消除反应”（4-center elimination）断裂侧链与母核的连接键，生成碎片离子④，同时伴随中性丢失

EAD中尼秦类物质的碎裂机制解释（途径V-VIII）

Figure 4. Proposed mechanisms of nitazenes in EAD. (a) Precursor ions produce fragment ion ⑤ by inductive cleavage pathway V.(b)Precursor ions produce fragment ion ⑥ by inductive cleavage pathway VI.(c) Precursor ions produce fragment ion ⑦ by inductive cleavage pathway VII. (d)Precursor ions produce fragment ions ⑧ and ⑨ by inductive cleavage pathway VIII.

1. 途径V：

诱导裂解生成碎片离子⑤

该途径的核心是前体离子通过诱导裂解丢失R₁取代基，形成自由基离子⑤

2. 途径VI：

氢重排+诱导裂解生成碎片离子⑥

途径VI通过氢原子重排与诱导裂解协同作用，使前体离子生成自由基离子⑥，同时伴随相应自由基的丢失。与途径V类似，该途径产生的碎片离子⑥仍为自由基离子

3. 途径VII：

诱导裂解生成碎片离子⑦及中性产物

途径VII是EAD中尼秦类物质的普适性碎裂途径（所有17种尼秦均能通过此途径碎裂），具体机制为：前体离子经诱导裂解产生碎片离子⑦，同时释放与R₃取代基结构相关的中性产物

4. 途径VIII：

形成双电荷离子[M+H]²⁺^.及衍生碎片

途径VIII的核心是前体离子中未质子化的氮原子失去一对孤对电子，形成双电荷离子[M+H]²⁺^.

基于EAD模式下，同分异构体区分机制解释

Figure 5. Mass spectra and retention time of 8 pairs of isomers in EAD. (a) Mass spectra of 4′-hydroxynitazene (#1) and N-desethyl etonitazene (#2). (b) Mass spectra of ethyleneoxynitazene (#8) and N-pyrrolidino etonitazene (#9). (c) Mass spectra of butonitazene (#3) and isobutonitazene (#4). (d) Mass spectra of butonitazene (#3) and sec-butonitazene (#5). (e) Mass spectra of iso-butonitazene (#4) and sec-butonitazene (#5). (f) Mass spectra of isotonitazene (#7) and protonitazene (#6). (g) Mass spectra of metonitazene (#13) and N-desethylisotonitazene (#14). (h) Mass spectra of N-piperidinyl etonitazene (#12) and N-pyrrolidino protonitazene (#11)