2018, Vol. 38 
β-受体激动剂是类似肾上腺素和去甲肾上腺素功能的一类合成化合物，其基本化学结构为苯乙醇胺，该类物质具有促进畜禽生长，增强体内脂肪代谢的作用，可显著提高动物瘦肉率，常被称为“瘦肉精”[1]。β-受体激动剂的剂量超过5 mg·kg-1才能有效促进动物生长并改善肉质，但高剂量的β-受体激动剂易在动物体内残留，导致食用动物组织的人中毒[2]。农业部公告第193号和235号均将克伦特罗、沙丁胺醇、西马特罗及其盐、酯列为食品动物禁用的兽药化合物清单，规定其在动物性食品中不得检出；农业部公告第1519号禁止多种β-受体激动剂在动物饲料和饮用水中使用[3-5]，但在经济利益的驱动下，仍有不法商人在动物养殖过程中非法使用β-受体激动剂，因此，对β-受体激动剂进行有效监测对动物源食品安全具有重要意义。
质谱可直观反映化合物的结构。近年来，四极杆-飞行时间质谱（quadrupole time of flight mass spectrometry，Q-TOF MS）、静电场轨道阱质谱（orbitrap mass spectrometry）等高分辨质谱的发展和应用，为食品中风险物质的筛查提供了有力工具[6-7]。目前，虽然有关动物体内β-受体激动剂的测定方法已有大量文献，但对其质谱裂解机理的报道较少[8]，且涉及的化合物种类较少[9-10]。由于β-受体激动剂种类繁多，不法商贩为了逃避监管和处罚，近几年衍生出了许多新型药物，给动物源食品中β-受体激动剂的监管和检测带来极大挑战。
本文按结构特征将β-受体激动剂分为3类，以7种化合物为代表，结合碎片离子，对这3类化合物的裂解途径进行了详细分析和归纳，为β-受体激动剂的结构鉴定提供依据，对动物源性食品中β-受体激动剂的筛查确证及新型β-受体激动剂的发现跟踪具有重要意义。
1 材料与方法 1.1 仪器与设备Agilent 1290高效液相色谱仪串联Agilent 6540 Q-TOF质谱测定仪，配电喷雾离子源Dual-ESI（Agilent公司）；Milli-Q超纯水仪（Millipore公司）。
1.2 材料与试剂β-受体激动剂混合标准甲醇溶液（其中氯丙那林CAS 3811-25-4，纯度99.9%，质量浓度为101.1 μg·m L-1；特布他林CAS 23031-32-5，纯度98.0%，质量浓度为100.7 μg·m L-1；西布特罗CAS 54239-39-3，纯度99.7%，质量浓度为100.9 μg·m L-1；克伦特罗CAS 21898-19-1，纯度99.1%，质量浓度为99.1 μg·m L-1；莱克多巴胺CAS 90274-24-1，纯度95.9%，质量浓度为101.7 μg·m L-1；沙丁胺醇CAS 51022-70-9，纯度99.5%，质量浓度为100.7 μg·m L-1；西马特罗CAS 54239-37-1，纯度99.9%，质量浓度为99.9 μg·m L-1）（A ChemTek Inc.）；甲醇（质谱级，Fisher Science）；乙腈（质谱级，Fisher Science）。
1.3 待测溶液制备准确量取7个β-受体激动剂混合标准溶液1.0 mL，置于10 mL量瓶中，加入甲醇定容、摇匀，经0.22 μm滤膜过滤，即得。
1.4 质谱条件离子源：电喷雾离子源；监测模式：正离子模式；干燥气温度：350 ℃；干燥气流速：10 L·min-1；毛细管电压：3.5 kV；雾化气压力：2.76×105 kPa；毛细管出口电压：125 V；锥孔电压：65 V；碰撞气体：高纯氮气。通过一级质谱扫描确认母离子后，对准分子离子[M+H]+进行诱导碰撞解离（collision-induced dissociation，CID），根据得到的二级质谱图对产生的碎片离子进行分析，研究待测物的裂解特征。
2 结果与分析根据结构特征，按苯环上取代基不同，可将β-受体激动剂分为3类，包括胺取代型、酚羟基取代型及卤取代型。由于各类β-受体激动剂均具有苯乙醇胺的基本结构，其-NH-基团易质子化形成[M+H]+的准分子离子，可在正离子模式下进行测定。当β-受体激动剂的苯环上具有酚羟基取代时，在负离子模式下测定也具有一定的响应，对2种模式进行比较，在正离子模式下测定的响应更强，因此主要对正离子模式的测定结果进行分析。
2.1 苯胺型β-受体激动剂裂解规律苯胺型β-受体激动剂在苯环上具有-NH2取代，根据图 1-A中R1、R2、R3基团不同，可形成不同的化合物。
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图 1 苯胺型β-受体激动剂的结构式（A）、质谱图（B）及裂解规律（C） Figure 1 Structure(A), MS/MS spectra(B), fragmentation pattern(C)of anilineβ-adrenergic agonists |
西马特罗的准分子离子峰[M+H]+为m/z 220.144 4，对碰撞诱导解离后产生的碎片离子（图 1-B，碰撞电压为10 eV）进行解析，[M+H]+母离子易脱去一分子水得到m/z 202.133 9的碎片离子，继续碰撞后，脱去一分子丙烯，生成m/z 160.086 9的碎片离子，随后可通过失去NH3或CH2=NH分子的途径分别得到m/z 143.060 2、131.059 6的碎片离子。m/z 143.060 2的碎片离子可进一步失去苯环上的-CN基团并与相邻的-NH2基团形成三元环结构。
西布特罗和克伦特罗的裂解方式与西马特罗基本一致，见图 1-C。西布特罗的准分子离子峰[M+H]+为m/z 234.160 1，分别通过脱水、脱2-甲基丙烯形成m/z 216.149 5、160.086 9的碎片离子，之后失去NH3或CN2=HN分子形成m/z 143.060 4、131.060 4的碎片离子，m/z 143.060 4的离子可进一步形成m/z 116.049 5的碎片离子。克伦特罗的准分子离子峰[M+H]+为m/z 277.086 6、279.083 8、281.080 8，其丰度比约为9:6:1（23.6:15.6:2.1），这与苯环上具有2个氯取代的分子结构一致；经脱去水、2-甲基丙烯分子后，形成m/z 259.076 0、203.013 1等碎片离子，其同位素丰度比均约为9:6:1，说明还保留着2个氯原子。m/z为203.013 1的碎片离子可进一步裂解，首先失去1个氯取代基，生成m/z 168.044 7的离子，之后失去1个HCl分子并形成N取代的三元环，即m/z 132.068 0的离子。此外，西布特罗和克伦特罗的质谱图中均可见m/z为57.069 9的碎片离子峰，这是由于两者的R3位同为叔丁基，诱导解离时叔丁基从母离子中断裂，产生该碎片离子。
2.2 酚羟基取代型β-受体激动剂裂解规律β-受体激动剂在苯环上可具有1个或多个酚羟基，如沙丁胺醇在苯环上具有1个酚羟基，特布他林在苯环上具有处于间位的2个酚羟基取代，莱克多巴胺的2个苯环上各具有1个酚羟基。
莱克多巴胺的结构式见图 2-A，在正离子模式下测定，碰撞电压为20 eV，其准分子离子峰[M+H]+为m/z 302.175 1，对其进行质谱解析（图 2-B），首先母离子脱去一分子水，得到m/z 284.164 5的碎片离子，进而通过3个途径解离，分别生成m/z 164.107 0、136.075 7、107.049 1的碎片离子，前2个碎片离子可继续裂解，得到m/z 121.064 8、91.054 2的碎片离子。整个裂解途径见图 2-C。
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图 2 莱克多巴胺的结构（A）、质谱图（B）及裂解途径（C） Figure 2 Structure(A), MS/MS spectrum(B), fragmentation pattern(C)of ractopamine |
特布他林的结构式见图 3-A。在正离子模式下检测，碰撞电压为10 eV，特布他林质子化可得到m/z 226.143 8的准分子离子峰（图 3-B），脱去水分子后产生m/z 208.133 2的碎片离子，该碎片离子可脱去2-甲基丙烯得到m/z 152.070 6的碎片离子。该离子继续裂解成m/z 135.044 6、107.049 7，其裂解途径见图 3-C。由质谱图可见，存在m/z 170.081 2的碎片离子，根据精确质量数计算，推断应为[M+H-56.062 6]+，即母离子脱去2-甲基丙烯得到，随后该碎片离子继续脱去一分子水，可得到m/z 148.075 9的碎片离子。另外，与西布特罗、克伦特罗类似，特布他林也具有叔丁基，可在诱导解离时裂解成质荷比为m/z 57.069 9的碎片离子。
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图 3 特布他林的结构（A）、质谱图（B）及裂解途径（C） Figure 3 Structure(A), MS/MS spectrum(B), fragmentation pattern(C)of terbutaline |
沙丁胺醇具有2-羟基苯甲醇结构，在苯环上具有邻位取代的酚羟基和醇羟基，其结构式见图 4-A。碰撞电压为10 eV时，沙丁胺醇的准分子离子峰[M+H]+为m/z 240.159 4（图 4-B），通过脱去水分子得到m/z 222.148 9的碎片离子，该碎片离子进一步脱去2-甲基丙烯得到m/z 166.086 3的碎片离子。该离子在苯环邻位脱水成环形成m/z 148.075 7的离子，裂解途径见图 4-C。此外，沙丁胺醇的叔丁基可在诱导解离时裂解成质荷比为m/z 57.069 9的碎片离子。
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图 4 沙丁胺醇的结构（A）、质谱图（B）及裂解途径（C） Figure 4 Structure(A), MS/MS spectrum(B), fragmentation pattern(C)of salbutamol |
与前几类不同，卤取代型β-受体激动剂的苯环上既没有氨基，也没有羟基，只有卤原子取代，如氯丙那林，其结构式见图 5-A。氯丙那林的准分子离子峰[M+H]+为m/z 214.099 3、216.096 5，其丰度比约为3:1，这是分子中具有1个氯取代的典型特征，经脱去水、2-甲基丙烯分子后，形成m/z 196.089 1、154.041 9等碎片离子，其同位素丰度比均为3:1，说明还保留着氯原子。m/z为154.041 9可脱去1个HCl分子形成吡咯环，得到m/z 118.065 1的碎片离子。质谱图见图 5-B（碰撞电压为10 eV），此外，氯丙那林的母离子可在诱导解离时裂解成质荷比为m/z 60.086 1的碎片离子。裂解途径见图 5-C。
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图 5 氯丙那林的结构（A）、质谱图（B）及裂解途径（C） Figure 5 Structure(A), MS/MS spectrum(B), fragmentation pattern(C)of clorprenaline |
β-受体激动剂的基本结构为苯乙醇胺，根据苯环取代基不同可分为不同的类型。在电喷雾电离的条件下，相同类型的β-受体激动剂具有相似的裂解行为。β-受体激动剂形成[M+H]+后一般的裂解途径为：脱去水分子形成与苯环共轭的碎片离子；脱去与苯乙醇胺的-NH-相连的基团形成碎片离子；与苯乙醇胺的-NH-相连的基团形成碎片离子。
当苯环上的取代基中具有氨基时，为苯胺型，除上述一般途径外，还有1种裂解途径是可脱去苯环上与氨基相邻的基团形成含N原子的三元环[11]。当苯环上的取代基具有羟基时，由于酚羟基的弱酸性，在负离子模式下检测也具有一定响应，但正离子模式下的响应较好，因此选用正离子模式进行分析测定。苯环上的酚羟基可具有不同的个数和位置，羟基脱去C=O，得到[M+H-28]+（-CO）或[M+H-29]+（-CHO）的碎片离子[12]，形成五元环、四元环等。当苯环上的取代基仅有卤元素时，为卤取代型。氟、碘无同位素，氯和溴均为典型的A+2同位素。由于自然界中37Cl与35Cl的丰度比约为3:1，当具有2个氯取代时，丰度比约为9:6:1；79Br与81Br的丰度比约为1:1，当具有2个溴取代时，丰度比约为1:2:1，由此可确定化合物中的氯或溴取代个数[12]。此外，苯环上的卤原子取代基可通过失去氯化氢分子或失去中性卤自由基的方式进行裂解[13]。
4 结论本文选取7种代表性β-受体激动剂，按结构特征将其分为3类，通过电喷雾-四极杆飞行时间质谱对其裂解机理进行研究和解析，总结归纳β-受体激动剂可能的解离途径。由于β-受体激动剂具有苯乙醇胺的-NH-结构，在正电离模式下易于获得质子形成[M+H]+的准分子离子，该结构易于丢失水分子，且与-NH-相连的碳键易断裂，产生与苯环共轭的碎片离子，这些质谱特征有助于β-受体激动剂类化合物的结构分析和鉴定。
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