液相質(zhì)譜測定非極性或弱極性物質(zhì)的研究進(jìn)展

劉綱勇， 羅杰鴻， 黃錦波

（1. 廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510000；2. 廣州金評(píng)檢測研究院有限公司，廣東 廣州 510000）

非極性或者弱極性化合物由于其軟電離機(jī)理，很難用ESI和MALDI等大氣壓電離技術(shù)進(jìn)行分析，借助氣相色譜雖然可以測定非極性或弱極性物質(zhì)，但氣相色譜并不能測定眾多高沸點(diǎn)的非極性或弱極性物質(zhì)。

在液相質(zhì)譜離子源發(fā)展的初期，一些接口技術(shù)，例如傳送帶接口技術(shù)、粒子速接口技術(shù)等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)非極性或弱極性物質(zhì)的測定。它們大多數(shù)的原理都是基于液體直接引入的方式，盡管它們盛極一時(shí)，但是由于機(jī)械裝置過于復(fù)雜以及對(duì)溶液流速的限制，最終導(dǎo)致這些方式的式微。

電噴霧離子源（ESI）[1]、大氣壓化學(xué)電離（APCI）[2]、基質(zhì)輔助激光解吸附電離（MALDI）[3]等離子源是現(xiàn)今最流行的離子源。但是，能夠在這些離子源實(shí)現(xiàn)檢測的被測物，基本上是能夠電離形成離子的物質(zhì)，不管是經(jīng)過施加高電壓電離或者基質(zhì)輔助激光解吸電離。

2003年，Hayen等[4]首次對(duì)液相質(zhì)譜測定非極性或弱極性物質(zhì)的研究進(jìn)行綜述，但其主要內(nèi)容傾向于講述衍生方式在非極性或弱極性物質(zhì)檢測中的應(yīng)用以及一些新型離子源的應(yīng)用。本文結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的一些研究內(nèi)容，以一些代表性物質(zhì)為例，對(duì)液相質(zhì)譜測定非極性或弱極性物質(zhì)的研究進(jìn)行綜述。

1 衍生方式

衍生反應(yīng)[5]是通過化學(xué)反應(yīng)，在分子結(jié)構(gòu)的活性基團(tuán)上修飾一些能夠在液相質(zhì)譜響應(yīng)的基團(tuán)。它可以改變分析物的各種物理化學(xué)性質(zhì)和增強(qiáng)離子化效率，因此被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的分析檢測中。表1列舉了衍生反應(yīng)的類型與試劑。

表1 衍生反應(yīng)的類型與試劑

1.1 醛酮類化合物

醛酮類化合物一般為非極性或弱極性物質(zhì)。其中，腙化反應(yīng)[6]是常見的醛酮衍生反應(yīng)之一，廣泛應(yīng)用于醛類、酮類的衍生化檢測，反應(yīng)的機(jī)理是肼類物質(zhì)的氨基進(jìn)攻醛酮缺電子的羰基，脫水后生成亞氨基化合物，亞氨基化合物具有結(jié)合氫離子或者脫去氫離子的能力，從而能夠在液相質(zhì)譜中進(jìn)行檢測。

陳芳等[7]建立了使用苯并吖啶酮-5-乙酸酰肼作為衍生試劑結(jié)合高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測地表水中11種醛類化合物的分析方法，采用了響應(yīng)面優(yōu)化法對(duì)衍生條件進(jìn)行優(yōu)化。使用標(biāo)準(zhǔn)加入法計(jì)算檢出限，各目標(biāo)物的檢出限范圍為0.21～0.58 μg/L。測試了地表水中目標(biāo)物質(zhì)的加標(biāo)回收和精密度，回收率范圍為95.8%～102.7%，RSD范圍為2.06%～3.80%。

苯甲醛由于羰基結(jié)合質(zhì)子的能力比較弱，在液相質(zhì)譜并不能有效測定。彭雪等[8]利用新型化學(xué)衍生試劑羅丹明 B酰肼作為衍生試劑，建立了柱前衍生-高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法測定苯甲醛的方法。該方法采用甲醇提取后，羅丹明 B酰肼衍生化，采用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法進(jìn)行測定。結(jié)果表明，該方法加標(biāo)回收率為93.3%～104.0%，在0.05～6.00 ng/mL時(shí)呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.996 2，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.8%～2.6%，可滿足蜂蜜中苯甲醛殘留的測定。

1.2 醇類化合物、胺類化合物

這兩類物質(zhì)一般具有一定的極性，能夠在液相質(zhì)譜中檢測。但部分物質(zhì)極性比較弱，在液相質(zhì)譜中響應(yīng)值低，因此需要通過衍生方法提高其離子化效率。醇類化合物和胺類化合物的衍生方式比較類似，一般采用親核反應(yīng)進(jìn)行衍生，例如丹磺酰氯衍生[9]、2-氟-1-甲基吡啶衍生[10]等。

人參二醇在藥品、食品和化妝品具有重要作用，但它缺乏能帶來高效質(zhì)譜離子化效率的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此，液相質(zhì)譜測定人參二醇難以滿足實(shí)際需求。趙先恩等[11]以羅丹明B為質(zhì)譜增敏衍生化試劑，通過超聲波輔助-分散液液微萃取和羅丹明 B衍生化聯(lián)合的策略，建立了超高效液相色譜三重四極桿質(zhì)譜檢測人參二醇的分析方法?；瘖y品和人參藥材中人參二醇經(jīng)超聲波輔助-分散液液微萃取進(jìn)行萃取富集，以羅丹明B為衍生試劑，在N,N-羰基二咪唑（CDI）和4-二甲氨基吡啶（DMAP）的催化作用下，加熱微波輔助衍生30 min后得到衍生產(chǎn)物。人參二醇衍生物的多反應(yīng)監(jiān)測（MRM）模式質(zhì)譜測定3 min內(nèi)完成，方法檢出限4.0 ng/L，定量限達(dá)到15.0 ng/L，線性、精密度和回收率良好，與以往報(bào)道的方法相比，本方法具有靈敏度高和基質(zhì)效應(yīng)低的特點(diǎn)。

1.3 烯烴與炔烴

烯烴和炔烴主要為非極性或者弱極性物質(zhì)，烯烴和炔烴的衍生研究比較少報(bào)道。烯烴與炔烴的衍生方法主要是針對(duì)烯烴上的雙鍵和炔烴上的叁健進(jìn)行官能團(tuán)化，常見的例子為亞砜氯化物（如3-硝基-4-羧基苯基亞磺酰氯）加成反應(yīng)、高錳酸鉀氧化、過氧苯甲酸過氧化、甲氧汞化等方式[12]。

2 離子加合

離子加合是一種在檢測的物質(zhì)中普遍存在的現(xiàn)象，利用這種現(xiàn)象，能夠測定一些非極性或者弱極性物質(zhì)。這種方法應(yīng)用于一些缺乏帶來高效質(zhì)譜離子化效率的化學(xué)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，可取得良好的效果。表2列舉了離子加合的類型與試劑。

表2 離子加合的類型與試劑

2.1 正離子加合

正離子加合一般指銨根離子加合、鈉離子加合、鉀離子加合等，其具有一定的相似性。銨根離子加合常用于檢測非極性或者弱極性物質(zhì)，例如加入乙酸銨測定咯菌腈[13]。

與咯菌腈一樣，噁唑菌酮也缺乏帶來高效質(zhì)譜離子化效率的化學(xué)結(jié)構(gòu)，直接測定噁唑菌酮，響應(yīng)值并不高。苗水等[14]利用液相串聯(lián)質(zhì)譜測定三七中508種農(nóng)藥殘留時(shí)，采用銨根離子對(duì)噁唑菌酮進(jìn)行加合測定。樣品經(jīng)改良的QuEChERS方法提取，分散固相萃取管凈化后，在多反應(yīng)監(jiān)測（MRM）模式下進(jìn)行LC-MS/MS分析。通過向兩個(gè)流動(dòng)相添加甲酸銨，從而能夠生成穩(wěn)定的銨根加合離子。

2.2 負(fù)離子加合

負(fù)離子加合一般指甲酸根、乙酸根、氯離子、亞硝基離子、硝基離子等加合模式。宣宇等[15]采用高選擇性和靈敏度的LC/APCI/MS方法定量分析粉塵樣品中的HMX、RDX等幾種炸藥成分。測定HMX時(shí)，硝基負(fù)離子、亞硝基負(fù)離子等負(fù)離子加合也是常用的方式。Zencak等[16]較早提出，利用三氯甲烷等氯源對(duì)氯化石蠟進(jìn)行加合測定。馬賀偉等[17]采用LC-MS/APCI對(duì)皮革的短鏈氯化石蠟（SCCPs）進(jìn)行分析，該方法采用三氯甲烷作為氯源加合，能夠在APCI離子源中檢測氯化石蠟。結(jié)果表明，SCCPs的質(zhì)譜圖包含了多簇離子碎片峰，其響應(yīng)值表現(xiàn)出對(duì)氯含量的依賴性。

3 離子源

現(xiàn)在市場上已經(jīng)有超過100多種離子源面世。對(duì)離子源的研發(fā)，是分析工作的重要組成部分。APCI[18]、APPI[19-20]、DESI[21]等離子源的開發(fā)，為測定非極性或弱極性物質(zhì)提供了重要的工具。由于離子源數(shù)量眾多，各種測定原理也不同，本文主要介紹APCI、APPI、DESI三種離子源在這方面的應(yīng)用。表3列舉了不同離子源可以測定的物質(zhì)。

表3 不同離子源的測定物質(zhì)

3.1 APCI離子源

3.1.1 多溴聯(lián)苯醚

多溴聯(lián)苯醚極性比較低，一般情況下不適合用ESI電離模式，采用APCI作為電離模式可以有效地檢測多溴聯(lián)苯醚。利用APCI測定多溴聯(lián)苯醚等非極性物質(zhì)，能夠觀察到脫溴加氧的加合離子[22]，從而實(shí)現(xiàn)測定。

溫泉等[23]建立了 LC/APCI/MS方法分析魚油中的 PBDE-100、PBDE-154、PBDE-047、PBDE-099、PBDE-153、PBDE-209和PBDE-028這7種多溴聯(lián)苯醚殘留。樣品制備后采用正己烷提取，中性硅膠和酸性硅膠SPE小柱凈化后，APCI負(fù)模式多反應(yīng)監(jiān)測模式（MRM）測定。結(jié)果表明，多溴聯(lián)苯醚（PBDEs）含量在1～1 000 mg/L濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，方法檢測下限為1 ng/m L。該方法操作簡單，準(zhǔn)確性高，重現(xiàn)性好，適用于檢測魚油中的多溴聯(lián)苯醚。

3.1.2 三硝基甲苯

三硝基甲苯，也叫TNT，由于其熱不穩(wěn)定性，液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法適合于測定三硝基甲苯。趙海雨等[24]建立液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測浮土中三硝基甲苯的方法。方法以乙腈作為溶劑提取浮土中的TNT，過濾后直接測定，APCI源負(fù)離子模式監(jiān)測。結(jié)果表明，該方法檢測TNT的線性范圍為0.05～100 ng/g，相關(guān)系數(shù)為0.999 1，定量下限為0.05 ng/g，加標(biāo)回收率為88.5%～96.1%。該方法操作簡單、提取方便，靈敏度高，基質(zhì)效應(yīng)小，滿足對(duì)爆炸殘留物中TNT的檢測要求。

3.2 APPI 離子源

APPI是利用光化學(xué)作用將氣相中的樣品進(jìn)行電離的離子化技術(shù)。石龍凱等[25]建立了有機(jī)溶劑萃取、硅膠固相萃取柱凈化、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（LCMS/MS法）測定食用油脂中EPA 16種多環(huán)芳烴的檢測方法。樣品加入乙腈萃取，蒸干溶解于環(huán)己烷中，硅膠固相萃取柱凈化后環(huán)己烷洗脫，氮?dú)獯蹈蓮?fù)溶于乙腈，液相質(zhì)譜APPI離子源檢測。該方法前處理簡單，分析快捷，準(zhǔn)確度與靈敏度高。

3.3 DESI 離子源

胡燕等[26]在不需要樣品制備、預(yù)處理的前提下，將電噴霧解吸電離質(zhì)譜法（DESI）用于巖石、紙張、布料、皮革、塑料、橡膠等不同表面上黑索今的直接快速檢測。在優(yōu)化試驗(yàn)條件下，用甲醇-乙酸（98+2）混合溶液作為噴霧溶劑，獲得質(zhì)荷比（m/z）223的黑索今準(zhǔn)分子離子峰，并且通過串聯(lián)質(zhì)譜分析確定了黑索今碎片特征峰m/z 177。不同物質(zhì)表面上黑索今的檢出限均小于17.0 pg/cm2。

4 裂解方式

裂解方式，是在離子源處，通過某些方式對(duì)化合物進(jìn)行裂解，從而實(shí)現(xiàn)測定，例如加熱、光照、電暈針放電等。本實(shí)驗(yàn)室首次采用裂解方式測定三氯殺螨醇，實(shí)現(xiàn)了其在液相質(zhì)譜的測定[27]。測定方式如圖1所示。

圖1 三氯殺螨醇測定示意圖

5 結(jié)論與展望

現(xiàn)今解決非極性或弱極性物質(zhì)檢測的方法主要有物理手段和化學(xué)手段。物理手段以離子源開發(fā)為主，化學(xué)手段以衍生、離子加合、裂解等方式為主。本文從衍生、離子加合、離子源、裂解等方式對(duì)液相質(zhì)譜測定非極性或弱極性物質(zhì)進(jìn)行簡單的介紹，隨著深入研究，希望能夠開拓更多的方法實(shí)現(xiàn)非極性或弱極性物質(zhì)的測定方法。