蘇丹紅染料在四極桿/靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜中的離子化與裂解規(guī)律研究

陳樹兵，余曉玲，李 雙，方科益，余曉琴，韓 超

(1.寧波海關(guān)技術(shù)中心，浙江 寧波 315040；2.四川省食品藥品檢驗(yàn)檢測院，四川 成都 610097；3.浙江樹人大學(xué) 生物與環(huán)境工程學(xué)院，浙江 杭州 310015)

偶氮類染料是廣泛使用的合成有機(jī)染料，蘇丹紅Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均屬此類染料。蘇丹紅染料是以苯基偶氮萘酚為主要基團(tuán)的親脂性化合物，可用于多種材質(zhì)的染色，著色持久且成本低廉，因此一些不法商販將其用作食品色素[1]，但該類物質(zhì)具有潛在的遺傳毒性和致癌性[2-4]。目前，食品中蘇丹紅染料的研究主要集中在前處理條件的優(yōu)化，方法涉及液相色譜技術(shù)和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)[1,5-21]，然而對蘇丹紅系列染料裂解規(guī)律的研究甚少。液相色譜法除了難以滿足復(fù)雜食品基質(zhì)中低限量檢測的要求外，更不能提供任何結(jié)構(gòu)信息，極易產(chǎn)生假陽性結(jié)果。三重四極桿質(zhì)譜主要通過MRM模式對已知化合物(目標(biāo)型)進(jìn)行檢測，分辨率低，不能直觀地給出各離子的高精度質(zhì)量數(shù)和碎裂片段元素組成信息，對裂解途徑的判斷證據(jù)不足。

本文通過分辨率高達(dá)70 000的四極桿/靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜，對目標(biāo)化合物的準(zhǔn)分子離子峰進(jìn)行不同能量段的二級全掃描分析，直接采集碎裂片段的高精度質(zhì)量數(shù)(m/z200，誤差值<5×10-6)，且Q Exactive 質(zhì)譜儀的Xcalibur軟件還配備了全自動元素模擬功能，通過輸入各目標(biāo)化合物的元素組成及各元素的數(shù)量范圍，即可獲得高精度質(zhì)量數(shù)下碎裂片段的元素組成，基于此探究了蘇丹紅Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的最佳電離方式和質(zhì)譜裂解規(guī)律，以為偶氮類染料的快速鑒定提供質(zhì)譜依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Q-Exactive四極桿靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜儀(賽默飛世爾科技公司)，配H-ESI Ⅱ源，注射泵直接進(jìn)樣。Milli-Q高純水發(fā)生器(美國Millipore公司)。

蘇丹紅染料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)品(Sudan Red Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，純度≥95%，Sigma公司)，乙腈(色譜純，德國Merck公司)，甲酸銨和二氯甲烷(色譜純，美國Sigma-Aldrich公司)，實(shí)驗(yàn)用水為Milli-Q制備的超純水(18.2 ΩM·cm)

蘇丹紅Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)溶液采用二氯甲烷溶解，乙腈定容，使用時用乙腈-水(含5 mmol/L甲酸銨)稀釋至10 mg/L，于4 ℃避光保存。

1.2 質(zhì)譜條件

在正/負(fù)離子轉(zhuǎn)換模式下進(jìn)行質(zhì)譜全掃描測定，質(zhì)量范圍：m/z50～800，分辨率70 000(m/z200)，自動增益控制(AGC)目標(biāo)值5×105；離子源電壓：2 700 V(ESI-)和3 500 V(ESI+)，碰撞誘導(dǎo)裂解(CID)能量范圍10～50 V，離子傳輸管溫度為300 ℃，鞘氣流速(N2)：5 L/h，輔助氣流速(N2)：5 L/h，氣化室溫度80 ℃；在樣品運(yùn)行前對儀器分別進(jìn)行正/負(fù)離子校正；二級質(zhì)譜分辨率35 000，AGC目標(biāo)值2×105，碰撞能量范圍10～100 eV。注射泵直接進(jìn)樣，流速10 μL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 分子離子峰的形成

表1 4種蘇丹紅染料的最佳電離方式、分子離子峰和基峰m/z值Table 1 Best ionization mode,molecular ion peak and the base peak m/z value of 4 Sudan Red dyes

母離子的選擇是質(zhì)譜分析中準(zhǔn)確定性定量的第一步，通常選擇結(jié)構(gòu)信息完整，強(qiáng)度響應(yīng)高的母離子作為目標(biāo)化合物的準(zhǔn)分子離子峰。本文采用直接進(jìn)樣的方式，通過比較正、負(fù)離子模式下目標(biāo)化合物的響應(yīng)強(qiáng)度，確定了4種蘇丹紅類染料的最佳電離方式和分子離子峰的存在形式(表1)。結(jié)果顯示：偶氮基團(tuán)形成的超級共軛結(jié)構(gòu)很難被質(zhì)子化，但由于分子結(jié)構(gòu)中羥基基團(tuán)的存在，使質(zhì)子親和勢增大，質(zhì)子化作用易于進(jìn)行，該類物質(zhì)能夠在ESI+中形成穩(wěn)定的[M+H]+離子。

2.2 二級質(zhì)譜裂解規(guī)律解析

圖1 蘇丹紅Ⅰ在不同碰撞能量下的二級質(zhì)譜疊加圖(A)及3種互變異構(gòu)體(B)

圖2 蘇丹紅Ⅱ在不同碰撞能量下的二級質(zhì)譜疊加圖(A)及3種互變異構(gòu)體(B)Fig.2 Overlapping secondary mass spectrometry of Sudan Red Ⅱ at different collision energies(A) and the fragmentation of 3 mutants(B)black:20 eV;red:90 eV

圖4 蘇丹紅Ⅳ在不同碰撞能量下的二級質(zhì)譜疊加圖(A)及3種互變異構(gòu)體(B)Fig.4 Overlapping secondary mass spectrometry of Sudan Red Ⅳ at different collision energies(A) and the fragmentation of 3 mutants(B)black:30 eV;red:90 eV

碰撞能量為90 eV時的主要碎裂片段包括高碰撞能下新出現(xiàn)的碎片離子m/z104.049 8[C7H6N]+、m/z115.054 3[C9H7]+和m/z128.049 4[C9H6N]+，表明該途徑的能壘很高，不易于進(jìn)行。其中，m/z104.049 8[C7H6N]+是在m/z224.117 9的基礎(chǔ)上，偶氮基團(tuán)1與萘環(huán)端的C—N鍵斷裂后形成的；m/z128.049 4是由m/z156.044 0進(jìn)一步發(fā)生裂解開環(huán)，脫去萘環(huán)上的羰基，C—N鍵的2個單電子組合成鍵后形成。同樣地，m/z115.054 3[C9H7]+來源于酮式異構(gòu)體，發(fā)生開環(huán)裂解脫去萘環(huán)上的羰基的同時，偶氮基團(tuán)2的近萘環(huán)端C—N鍵斷裂后形成，從能量角度而言，該裂解途徑最為有利，整個裂解過程類似于蘇丹紅Ⅲ。

2.3 蘇丹紅類染料裂解規(guī)律

3 結(jié) 論