刘翠梅，韩 煜，贾 薇，花镇东

公安部禁毒情报技术中心，毒品监测管控与禁毒关键技术公安部重点实验室，北京 100193

引 言

新精神活性物质(new psychoactive substances，NPS)又被称为策划药(designer drug)、毒品类似物(drug analogue)或合法兴奋剂(legal highs)。 近年来，NPS问题呈高速发展蔓延态势，新品种层出不穷，滥用形势日趋严峻。 截至2018年年底，联合国毒品和犯罪问题办公室(UNODC)统计各国发现的NPS已达近千种，这一数量远超《1961年麻醉品单一公约》和《1971年精神药品公约》附表管制的毒品数量，对公众健康和社会安全造成了严重危害[1]。 UNODC按照化学结构特点将新精神活性物质分为合成大麻素类、合成卡西酮类、苯乙胺类、色胺类、苯环利定类、哌嗪类、氨基茚类、植物类和其他类等9个大类。 NPS品种繁多，从结构上看，他们一部分是全新设计和筛选出来的，另一部分则是通过对已列管毒品进行细微的结构修饰而得到的，因此存在很多结构类似物。 这些结构类似物有的已被列入管制，有的尚未列入管制，如何对这些结构类似物进行准确的定性分析，是相关案件侦办的关键技术需求。

现有的NPS定性分析方法包括气相色谱-质谱法(GC-MS)、液相色谱-质谱法(LC-MS)、红外光谱法、拉曼光谱法和核磁共振波谱法(NMR)[2-4]。 GC-MS，LC-MS和NMR法准确度高、但样品前处理繁琐、检测速度慢、成本高、不能用于现场快速检验。 拉曼光谱测试速度快、可用于现场的快速检验，但易受到荧光干扰； 衰减全反射-傅里叶变换红外光谱法具有无需样品前处理、测试速度快、检测成本低、绿色环保等优点，便携式红外光谱仪还可用于现场快速检验。 红外光谱技术现已被广泛用于毒品的筛查、分类与定性鉴定分析[5-9]，但其在NPS领域的应用还仅限于辅助结构鉴定和快速筛查分析[2, 10]，目前尚未有采用红外光谱对NPS进行定性鉴定分析的系统研究。 本研究分析了301种NPS对照品，深入分析了红外光谱对各类NPS的区分能力，并对红外光谱用于NPS定性鉴定的判定依据进行了考察。

1 实验部分

1.1 仪器与方法

Frontier傅里叶变换红外光谱仪(PerkinElmer, Waltham, MA, USA)，配备金刚石光窗单次衰减全反射附件。 红外图谱的采集和分析采用Spectrum软件(PerkinElmer)。 如未特别指明，文中的匹配度系数是指采用PerkinElmer Spectrum软件的Correlation算法计算得到，匹配度系数的数值范围为0～1，0为完全不相关，1为完全相关。

IRSpirit傅里叶变换红外光谱仪(SHIMADZU，Kyoto, Japan)，配备金刚石光窗单次衰减全反射附件。 红外图谱的采集和分析采用IRsolution软件(SHIMADZU)。

取研磨均匀的固体样品适量，均匀地铺展在ATR窗口的上表面，压紧使紧密接触，采集全反射光谱。 波数范围4 000～650 cm-1，分辨率4 cm-1，采样次数8次。 样品的测定时间小于1 min。

1.2 NPS对照品

301种NPS对照品由公安部禁毒情报技术中心国家毒品实验室提供，其中包括合成大麻素类100种、合成卡西酮类81种、苯乙胺类42种、色胺类9种、苯环利定类7种、哌嗪类5种、氨基茚类2种、其他类55种(含芬太尼类24种)。 301种NPS对照品的红外光谱图详见《新精神活性物质分析手册 第二版 红外光谱分册》[1]。

2 结果与讨论

2.1 红外光谱对于NPS结构类似物的区分效果

2.1.1 烷基链上不同位置取代同分异构体

α-PiHP与α-PHP、Ethylone与Dimethylone[图1(a)]的结构区别在于甲基的取代位置不同。 其红外光谱图的差异显著[图1(b)]，α-PiHP与α-PHP的匹配度系数为0.6，Dimethylone与Ethylone的匹配度系数为0.2。 因此可见，红外光谱对于烷基链上不同位置取代的同分异构体区别度高。

图1 α-PiHP，α-PHP，Ethylone和Dimethylone的结构式和红外光谱图Fig.1 Structures and ATR-FTIR spectra of α-PiHP, α-PHP, Ethylone, and Dimethylone

2.1.2 苯环上不同位置取代同分异构体

在合成卡西酮和苯乙胺类NPS中存在大量苯环上不同位置取代的同分异构体，如4-FA，3-FA，2-FA[图2(a)]。 三个化合物红外光谱图的差异显著[图2(b)]，2-FA与3-FA的匹配度系数为0.1，3-FA与4-FA的匹配度系数为0.01，3-FA与4-FA的匹配度系数为0.2。

苯环上二取代化合物在680～860 cm-1具有显著性的差异[11]，邻二取代NPS在770～735 cm-1有一强吸收峰，间二取代NPS在810～680 cm-1有三个强吸收峰，对二取代NPS在860～800 cm-1有一个强吸收峰。 例如，邻二取代的2-FA在757 cm-1，2-MMC在753 cm-1，2-FMC在765 cm-1，2-FMA在760 cm-1，2-MAPB在754 cm-1均有一强吸收峰； 间二取代的3-FA在797/746/690 cm-1，3-MMC在804/753/721 cm-1，3-FMC在810/760/730 cm-1，3-Cl-CA在804/777/734 cm-1，3-MEC在798/740/715 cm-1，3-CMC在806/733/711 cm-1均有三个强吸收峰； 对二取代的4-FA在848 cm-1，4-FMC在847 cm-1，4-Cl-CA在840 cm-1，4-MMC在832 cm-1，4-MEC在830 cm-1，4-FEC在844 cm-1，4-MEAPP在834 cm-1均有一个强吸收峰。

对于某些苯环上不同位置取代同分异构体，因其分子结构差别细微，其色谱质谱行为相似，所以采用GC-MS和LC-MS难以区分，给检验鉴定造成困难[12]。 对于这类化合物可采用红外光谱进行分析，根据化合物在680～860 cm-1的出峰情况，确定取代基的取代位置。

图2 4-FA，3-FA和2-FA的结构式和红外光谱图Fig.2 Structures and ATR-FTIR spectra of 4-FA, 3-FA, and 2-FA

2.1.3 苯环上取代基不同结构类似物

NPS中存在大量苯环上取代基不同的结构类似物，例如2C-I-NBOMe，2C-B-NBOMe，2C-C-NBOMe，2C-E-NBOMe和2C-D-NBOMe这些2C-NBOMe系列化合物，其结构差异在于苯环的4位分别存在碘原子、溴原子、氯原子、乙基、甲基取代基[图3(a)]。 这5种化合物的红外光谱图差异显著[图3(b)]，化合物间两两匹配度系数均小于0.72。 因此可见，红外光谱对于苯环上取代基不同的结构类似物区分度高。

2.1.4 烷基链逐渐增长结构类似物

α-PNP，α-POP，α-PHPP，α-PiHP，α-PHP，α-PVP，α-PBP和α-PPP同属于吡咯烷基卡西酮类化合物，其结构区别在于烷基链不断加长。 从α-PPP到α-PNP，烷基链逐渐从甲基变为庚烷基[图4(a)]。 这7种化合物的红外光谱图见图4(b)，由图中可以看出，当烷基链上碳原子数少于5时，各化合物的谱图均有明显的差异； 当烷基链上碳原子数多于5时，各化合物谱图间的相似性逐渐增强，其中α-PHPP与α-POP的匹配度系数为0.87、α-POP与α-PNP的匹配度系数为0.89、α-PHPP与α-PNP的匹配度系数为0.91。

图3 2C-NBOMe系列化合物的结构式和红外光谱图Fig.3 Structures and ATR-FTIR spectra of 2C-NBOMeserial compounds

图4 α-PNP，α-POP，α-PHPP，α-PiHP，α-PHP，α-PVP，α-PBP和α-PPP的结构式和红外光谱图

2.2 红外光谱对NPS的整体区分能力

为整体考察红外光谱对NPS的区分情况，首先建立了一个包含301种NPS对照品的红外光谱库，然后将每个化合物逐一进行谱库检索，各化合物与其第二匹配化合物的匹配度系数统计直方图见图5。 匹配度系数最低值为0.25，最高值为0.93，匹配度系数低于0.90的化合物数量占比为97%。 这一结果证明红外光谱对NPS化合物的整体区分能力非常高。

图5 301种NPS化合物的第二匹配化合物匹配度系数值统计直方图Fig.5 The histogram of the second matchingcoefficient value of 301 NPS compounds

匹配度系数高于0.90的有8组，涉及4对化合物，其中2C-T-2与2C-T-7的谱图最为相似，匹配度系数为0.95； 其次为ADB-PINACA和5F-ADB-PINACA，匹配度系数为0.94； AB-CHMINACA与ADB-CHMINACA的匹配度系数为0.93； α-PHPP与α-PNP的匹配度系数为0.91。 这4对化合物整体结构均较为复杂，且差异仅为一个甲基或卤素原子[图6(a)]，从而造成了光谱图的相似性[图6(b)]。 2C-T-2与2C-T-7的主要差异表现在1 256，1 237，823和751 cm-1处，ADB-PINACA和5F-ADB-PINACA的主要差异在1 181，1 174和1 066 cm-1处，AB-CHMINACA与ADB-CHMINACA的主要差异在1 397，1 132，825和814 cm-1处，α-PHPP与α-PNP的主要差异在于1 229，1 124，1 133，881和774 cm-1处，利用这些特征吸收峰可将各化合物相互区分。

图6 α-PNP，α-PHPP，ADB-CHMINACA，AB-CHMINACA，5F-ADB-PINACA，ADB-PINACA，2C-T-7和2C-T-2的结构式和红外光谱图

2.3 红外光谱定性鉴定NPS的判定依据

2.3.1 匹配度系数法

匹配度系数法是谱库检索最常用的方法，操作简单，但需要注意的是匹配度系数的计算结果由谱图质量、软件、算法等多个因素决定，因此难以确定普适性的阳性检出阈值。 本研究分别采用两台红外光谱仪测定了2C-T-2/2C-T-7，ADB-PINACA/5F-ADB-PINACA，α-PHPP/α-PNP和AB-CHMINACA/ADB-CHMINACA这四组红外光谱谱图最为相似的结构类似物，对不同谱图、软件、算法的匹配度系数计算结果进行了比较，详见表1。 以2C-T-2/2C-T-7为例，计算得到的匹配度系数范围为0.77～0.99； 即使均选用Correlation算法，采用不同谱图和软件计算的结果分别为0.95和0.98，有较大差异。 因此，由于难以确定普适性的阳性检出阈值，匹配度系数法只能用于定性结果初筛。

表1 不同仪器和算法匹配度系数比较Table 1 Comparison of similarity coefficients by using different instruments and algorithms

表2 结构类似物特征吸收峰Table 2 Characteristic peaks of structural analogues

2.3.2 特征吸收峰法

特征吸收峰法已被选作红外光谱法的定性判定依据，用于毒品的快速定性鉴定分析[9]。 经过大量实验验证，最终将NPS阳性判定特征吸收峰的选取原则确定为： 一般情况下，在其对照品红外光谱图的2 500～650 cm-1范围内选取8个相对强度较高的吸收峰作为特征吸收峰； 针对某些结构类似物，需选取一些强度较低、但能将它与其类似物区分开的吸收峰作为特征吸收峰。 2C-T-2与2C-T-7，ADB-PINACA与5F-ADB-PINACA，α-PHPP与α-PNP，AB-CHMINACA与ADB-CHMINACA这四组结构类似物的特征吸收峰见表2。 根据上述原则，最终确定了我国已列管168种NPS的特征吸收峰，并将所有特征吸收峰均检出作为阳性判定依据，相关内容已形成了公共安全行业标准《法庭科学 疑似毒品中2-氟苯丙胺等168种新精神活性物质检验 气相色谱-质谱、红外光谱和液相色谱法》。

3 结 论

分析了合成大麻素类、合成卡西酮类、苯乙胺类、色胺类、苯环利定类、哌嗪类、氨基茚类、其他类共计301种NPS对照品的红外光谱，考察了红外光谱对各类NPS的整体区分能力，并对红外光谱法定性鉴定NPS的判定依据进行了比较。 结果表明，红外光谱可实现对所有NPS的区分，其中对于97%的NPS红外光谱区分度高，包括烷基链上不同位置取代、苯环上不同位置取代、苯环上不同取代基取代等NPS结构类似物。 对于某些差异仅为一个甲基或卤素原子的NPS类似物，红外光谱相似度高，但也可实现区分。 相比较于匹配度系数法，采用特征吸收峰法对NPS进行定性鉴定，结果更加准确可靠。 采用基于特征吸收峰的红外光谱法对NPS进行定性分析，将极大提高NPS定性检验的鉴定效率、降低检验鉴定成本。