雙氫重排在檢測有機(jī)磷類農(nóng)藥殘留中的運用

肖傳勇

(德州市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心，山東 德州 們253015)

有機(jī)磷類農(nóng)藥為神經(jīng)毒物[1]，隨著新農(nóng)藥研發(fā)及替代、抗性、農(nóng)產(chǎn)品安全與環(huán)境安全關(guān)注等因素，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部梳理了禁用和限用農(nóng)藥名錄，其中包括久效磷、磷胺、內(nèi)吸磷、滅線磷等25種有機(jī)磷類農(nóng)藥。根據(jù)有機(jī)磷類農(nóng)藥的毒理和化學(xué)性質(zhì)，我國出臺了一系列標(biāo)準(zhǔn)來定性定量檢測植物源性食品中有機(jī)磷類農(nóng)藥殘留量，如酶抑制率法[2]、氣相色譜法[3,4]、氣相色譜-質(zhì)譜法[5]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[6]和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[7,8]。特別是隨著質(zhì)譜儀的發(fā)展，色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)將分離、定性和定量分析融為一體，是最有效、經(jīng)濟(jì)、合理的方法，已成為有機(jī)磷類農(nóng)藥殘留分析實驗室的常規(guī)分析技術(shù)[9]。

利用質(zhì)譜法進(jìn)行多組分檢測時，一般采用m/z值大、豐度高、干擾少且同時表征待測組分“指紋”信息[10]的特征離子作為定性或定量因子。在有機(jī)質(zhì)譜理論中，由于化合物含有的官能團(tuán)不同，電荷和游離基中心定域于官能團(tuán)的概率不同，發(fā)生α斷裂、i斷裂、σ斷裂、氫重排及re(消除)趨勢不同，產(chǎn)生的特征離子趨勢不同[11]。雙氫重排又稱麥?zhǔn)?1重排[12]，當(dāng)化合物的結(jié)構(gòu)式滿足不飽和基團(tuán)、可離去的氫、空間3要素時[13]，可由游離基和電荷同時誘導(dǎo)的氫重排反應(yīng)。在質(zhì)譜法中將雙氫重排產(chǎn)生的特征離子作為定性定量因子更能表征待測組分的結(jié)構(gòu)信息，加重識別點的權(quán)數(shù)。本文主要闡述利用雙氫重排規(guī)則解析有機(jī)磷類農(nóng)藥的質(zhì)譜圖以及其特征離子在質(zhì)譜法中的運用。

1 雙氫重排規(guī)則在解析有機(jī)磷農(nóng)藥質(zhì)譜圖中的運用

本文將探討在解析有機(jī)磷類農(nóng)藥質(zhì)譜圖的過程中雙氫重排規(guī)則的運用，為質(zhì)譜法準(zhǔn)確定性定量該類農(nóng)藥所采納的碎片離子提供理論依據(jù)。

能夠發(fā)生雙氫重排的有機(jī)物種類有很多，如酯、碳酸酯、磷酸酯、亞硫酸酯[14]，這類化合物都具有共同特點——含有不飽和基團(tuán)、可離去的氫、可離去的氫與不飽和基團(tuán)呈六元環(huán)。

有機(jī)磷類農(nóng)藥屬于磷酸酯類化合物，含有酯、(硫)醚、酮、胺、酰胺、烯、苯環(huán)、氮雜環(huán)、硝基、唑、鹵代烴等一個或多個官能團(tuán)[15]。酯相比于其它官能團(tuán)(酮、醚、酸、醛、醇)的質(zhì)子親和力強(qiáng)；當(dāng)有機(jī)磷類農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)式滿足不飽和基團(tuán)、可離去的氫、空間3要素時，相比于其它斷裂反應(yīng)，氫重排反應(yīng)往往具有很強(qiáng)的競爭力。

在運用有機(jī)質(zhì)譜理論解析已知結(jié)構(gòu)化合物的質(zhì)譜圖時，可以把一類具有相似結(jié)構(gòu)化合物的質(zhì)譜圖進(jìn)行比對，有助于學(xué)習(xí)有機(jī)質(zhì)譜理論以及了解化合物的裂解歷程。在有機(jī)磷類農(nóng)藥中，具有很多相似結(jié)構(gòu)的化合物，可發(fā)生相同的質(zhì)譜行為，產(chǎn)生具有這一類化合物特有的“指紋”信息。如圖1所示，速滅磷、久效磷、百治磷、磷胺和巴毒磷均含有相同的基團(tuán)，即磷酸酯、烯、與烯相連的甲基。

如圖2所示，在速滅磷、久效磷、百治磷、磷胺和巴毒磷的質(zhì)譜圖中，均含有偶電子離子m/z127，且為基峰。結(jié)合圖1和圖2所示，說明這5種化合物具有相同的結(jié)構(gòu)，可發(fā)生相同的質(zhì)譜行為。

圖1 速滅磷、久效磷、百治磷、磷胺和巴毒磷的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

圖2 速滅磷、久效磷、百治磷、磷胺及巴毒磷的質(zhì)譜圖

在速滅磷、久效磷、百治磷、磷胺和巴毒磷的化學(xué)結(jié)構(gòu)式中，既含親質(zhì)基團(tuán)——磷酸酯；又含較易離去的氫——與不飽和鍵相鄰的碳上的氫，即與烯相鄰的甲基；同時滿足了空間因素——可離去的氫與不飽和氧原子構(gòu)成六元環(huán)。滿足上述3個條件，在裂解過程中，氫重排的優(yōu)勢更加明顯。

(1)

速滅磷、久效磷、百治磷、磷胺和巴毒磷均可發(fā)生式(1)中的雙氫重排。當(dāng)游離基和電荷定域于P=O上的不飽和氧原子上時，在游離基的誘導(dǎo)下先發(fā)生γ-H重排；P原子與烯間的羥氧原子上存在一對孤對電子，與電荷共享；再由電荷的誘導(dǎo)下發(fā)生氫重排，由于雙鍵在重排環(huán)外側(cè)，不需要六元環(huán)就可發(fā)生氫重排，隨即在電荷的誘導(dǎo)下，發(fā)生β鍵斷裂，得到偶電子離子m/z127，為基峰，具體如圖2所示。

這5種化合物所處的化學(xué)環(huán)境各不相同，由于雙氫重排優(yōu)勢明顯，使得由氨基N誘導(dǎo)的α斷裂、鹵素誘導(dǎo)的i斷裂及re反應(yīng)等降為次要反應(yīng)；盡管巴毒磷含有苯乙基，極易形成芐基而致穩(wěn)，但其碎片離子m/z105的豐度為50.1%，明顯低于基峰。

2 雙氫重排規(guī)則在檢測有機(jī)磷類農(nóng)藥殘留中的運用

上文已詳細(xì)闡述了雙氫重排在解析有機(jī)磷類農(nóng)藥質(zhì)譜圖中的運用，由雙氫重排產(chǎn)生的特征離子表征了化合物重要的“指紋”信息。利用質(zhì)譜法檢測待測組分時，一般采用2～4個母-子離子對或碎片離子作為識別點；雙氫重排產(chǎn)生的碎片離子表征了化合物的不飽和基團(tuán)、可離去的氫及位置，有助于加重識別點的權(quán)重，從而確保定性定量準(zhǔn)確。下面主要闡述雙氫重排規(guī)則在質(zhì)譜法檢測有機(jī)磷類農(nóng)藥殘留中的運用。

2.1 在氣相色譜-聯(lián)用質(zhì)譜法檢測有機(jī)磷類農(nóng)藥殘留中雙氫重排的運用

(2)

(3)

如式(2)和式(3)所示，偶電子離子m/z127還可在電荷誘導(dǎo)下發(fā)生re反應(yīng)，失去中性分子H2O和CH3OH，得到偶電子離子m/z109和m/z95，符合偶電子離子生成偶電子離子+中性分子是有利的，在這5種化合物的質(zhì)譜圖中，均可找到相應(yīng)的碎片離子。

如圖3所示，在GB 23200.113-2018中，速滅磷、久效磷、百治磷和磷胺均采用了m/z127為母離子，即127.0/109.0(10eV)、127.0/95.0(15eV)。由于這4種有機(jī)磷類農(nóng)藥的分子量、極性各不相同，與中等極性色譜柱(14%腈丙基苯基86%甲基硅氧烷，30m×0.25mm×0.25um)通過相互作用力-范德華力(色散力、誘導(dǎo)力、取向力)[16]，來達(dá)到良好的分離度[17]，滿足質(zhì)譜法的SIM或MRM功能進(jìn)行分段采集，可以避免采用相同的特征離子或MRM離子對而定性定量錯誤。

圖3 在韭菜基質(zhì)中氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法檢測久效磷和磷胺殘留量的MRM質(zhì)譜圖

2.2 在液相色譜-聯(lián)用質(zhì)譜法檢測有機(jī)磷類農(nóng)藥殘留中雙氫重排的運用

不僅在氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法中將偶電子離子m/z 127作為母離子來定性定量速滅磷、久效磷、百治磷和磷胺；在液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(ESI)中，也將其作為子離子來定性定量速滅磷、久效磷和磷胺。如在食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 23200.121-2021》中，速滅磷的離子對：225.1/127.0(21eV)、225.1/193.0(9eV)；久效磷的離子對：224.1/98.1(17eV)、224.1/127.0(21eV)；磷胺的離子對：300.1/174.1(19eV)、300.1/127.0(27eV)，如圖4所示。

圖4 在韭菜基質(zhì)中液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法檢測久效磷和磷胺殘留量的MRM質(zhì)譜圖

(4)

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(ESI源)與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(EI源)產(chǎn)生偶電子離子m/z127的裂解歷程不同。電噴霧電離(ESI源)是一種“軟”電離手段，主要產(chǎn)生目標(biāo)化合物的準(zhǔn)分子離子峰，如[M+1]+[18]。在碰撞池中，當(dāng)碰撞能大于離子內(nèi)能時，準(zhǔn)分子離子峰[M+1]+發(fā)生碰撞誘導(dǎo)分解反應(yīng)而產(chǎn)生碎片離子[19]。速滅磷、久效磷和磷胺經(jīng)ESI源電離后，在磷酸酯基團(tuán)上結(jié)合一個質(zhì)子而得到準(zhǔn)分子離子峰[M+1]+，再由碰撞誘導(dǎo)分解產(chǎn)生偶電子離子m/z127，其碰撞誘導(dǎo)分解反應(yīng)與式(1)中電荷誘導(dǎo)的氫重排歷程一致，反應(yīng)通式如式(4)所示。

3 小結(jié)

有機(jī)磷類農(nóng)藥是一類含有(硫代)磷酸酯基團(tuán)的化合物；酯相比于其它官能團(tuán)(酮、醚、酸、醛、醇)的質(zhì)子親和力強(qiáng)；化合物中存在較易離去的氫，同時可離去的氫與不飽和基團(tuán)呈六元環(huán)；當(dāng)有機(jī)磷類農(nóng)藥滿足上述條件時，相比于其它斷裂反應(yīng)，雙氫重排往往具有很強(qiáng)的競爭力。本文詳細(xì)介紹的久效磷、磷胺等5有機(jī)磷類農(nóng)藥，在質(zhì)譜圖中，相比于其它裂解反應(yīng)，雙氫重排優(yōu)勢明顯，產(chǎn)生的碎片離子為基峰。

雙氫重排規(guī)則不僅可以有效確認(rèn)未知有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)；而且還可以在已知化合物結(jié)構(gòu)的情況下，為質(zhì)譜法檢測該化合物所運用的特征離子提供理論依據(jù)，從而保證定性定量準(zhǔn)確。利用質(zhì)譜法檢測待測組分時，一般采用2～4個母-子離子對或碎片離子作為識別點；雙氫重排產(chǎn)生的碎片離子表征了化合物的不飽和基團(tuán)、可離去的氫及位置，更直接地表征了化合物結(jié)構(gòu)重要的“指紋”信息，從而確保質(zhì)譜法定性定量準(zhǔn)確。