特丁基對苯二酚的電子轟擊質(zhì)譜研究

楊小兵，丁松濤，王安邦

（防化研究院，北京 100191）

特丁基對苯二酚的電子轟擊質(zhì)譜研究

楊小兵，丁松濤，王安邦

（防化研究院，北京 100191）

本工作研究了食品添加劑特丁基對苯二酚（TBHQ）的電子轟擊質(zhì)譜，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特征總結(jié)出一些裂解規(guī)律，并推導(dǎo)了在EI-MS中碎片離子的裂解機理。結(jié)果表明，特丁基對苯二酚的電子轟擊質(zhì)譜圖中的主要特征離子有3個：分子離子峰m/z166、丟失一個甲基的碎片離子峰m/z 151和丟失一個甲基和中性碎片CO的碎片離子峰m/z123。另外，結(jié)合相關(guān)質(zhì)譜圖，探討了主要碎片離子的裂解機理。

食品添加劑；特丁基對苯二酚（TBHQ）；電子轟擊質(zhì)譜；裂解規(guī)律；裂解機理

2010年6月美國麥當勞麥樂雞中的食品添加劑——特丁基對苯二酚（TBHQ）的安全問題成為廣大消費者關(guān)注的熱點。據(jù)報道，在美國和中國出售的麥樂雞中含少量的TBHQ，而在英國出售的此產(chǎn)品中不含該添加劑［1］。TBHQ是一種從石油中提煉，以對苯二酚為原料，經(jīng)烷基化反應(yīng)生成的合成酚類抗氧化劑。由于TBHQ具有優(yōu)異的抗氧化性能和較好的熱穩(wěn)定性，而且還能有效抑制細菌和霉菌的產(chǎn)生，目前已被公認為是國際上最好的食品抗氧化劑之一［2］。但TBHQ含有石油成分，食用1g可引發(fā)惡心、嘔吐、耳鳴，嚴重者甚至引起窒息，并有致癌性，因此各國對它的使用都有嚴格的使用限量規(guī)定［3］。美國食品藥物管理局（FDA）和我國國標《食品添加劑使用衛(wèi)生標準》（GB 2760－2007）規(guī)定：TBHQ可作為抗氧化劑在脂肪、油炸食品中使用，最大用量200mg/kg［4］。TBHQ早在1986年就被證實可以導(dǎo)致肝細胞死亡，同時對白細胞的凋亡、血液系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的危害也不容小覷，所以歐盟、日本等國家不允許在食品中使用該產(chǎn)品，要求食品中添加劑TBHQ的含量小于1mg/kg，這是美國 McDonald在英國分公司沒有使用TBHQ作為添加劑的關(guān)鍵所在，與Mc－Donald公司所稱的只是源于兩國消費者口味需要和制作工藝不同的解釋是完全不同的［5］。同時，歐盟和日本等國還以此作為技術(shù)貿(mào)易壁壘手段，要求出口到這些國家的所有食品必須進行TBHQ檢測，其含量必須達到其標準要求。因此，對TBHQ的分析檢測日益引人關(guān)注。

國外從20世紀60年代就開始了合成酚類抗氧化劑的檢測方法研究［6－8］，而我國從20世紀末才開始這方面的研究，在2009年發(fā)布了《GB/T 23373－2009食品中抗氧化劑丁基羥基茴香醚（BHA）、二丁基羥基甲苯（BHT）與特丁基對苯二酚（TBHQ）的測定》。在國標中，對處理后的樣品先進行凝膠滲透色譜柱分離，濃縮后以氣相色譜火焰離子化檢測器（GC-FID）分析其含量。這種方法對TBHQ的檢出限為5mg/kg?？梢钥闯?，針對日本、歐盟的檢出限要求1mg/kg，GB/T 23373－2009的方法無法實現(xiàn)。而采用色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)則可以很好的達到要求，如2007年乙小娟等［9］采用氣相色譜－質(zhì)譜法（GC/MS）對 TBHQ 的 最低檢 出限為 0.05 mg/kg，2009年王勇等［10］采用液相色譜－質(zhì)譜法（LC/MS）對TBHQ的最低檢出限為0.01 mg/kg。因此，質(zhì)譜技術(shù)在TBHQ較低濃度和精度要求較高的檢測中具有十分重要的意義。本研究利用目前應(yīng)用最普遍、發(fā)展最成熟的電子轟擊質(zhì)譜技術(shù)檢測TBHQ，并根據(jù)譜圖提供的分子離子峰和信息豐富的碎片離子峰［11］，分析總結(jié)了TBHQ的EI-MS譜圖裂解規(guī)律，推導(dǎo)了其相應(yīng)的裂解機理。這對于研究和指導(dǎo)TBHQ較低濃度和較高精度的檢測中特征檢測離子的選擇，提高檢測方法對目標化合物的檢測靈敏度和降低最低檢出限，探討TBHQ的結(jié)構(gòu)特征與抗氧化性能、熱穩(wěn)定性的關(guān)系，及其在人體內(nèi)的代謝過程、結(jié)構(gòu)與毒理及毒性的關(guān)系等方面具有重要的應(yīng)用價值和理論意義。

1 實驗部分

1.1 主要譜圖來源

TBHQ的結(jié)構(gòu)式示于圖1，電子轟擊質(zhì)譜（EI-MS）來源于 NIST譜庫，編號為234028，譜庫ID＃為88951，該譜圖由日本AIST/NIMC Database-Spectrum MS-NW-1660 提 供。 文 獻［9］中也發(fā)表了TBHQ的EI-MS譜圖。

圖1 特丁基對苯二酚樣品的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 The molecular structure of tert-butylhydroquinone

2 結(jié)果與討論

2.1 特丁基對苯二酚的基本物理化學(xué)性能

特丁基對苯二酚為白色結(jié)晶性粉末，具有一種特殊的氣味，分子式為C10H14O2，相對分子質(zhì)量為166，部分理化指標列于表1［2］。

表1 特丁基對苯二酚基本的理化指標Table 1 The basic physical and chemical items of tert-butyldihydroquinone

從上述理化指標中可以看出，合成的食品添加劑TBHQ中含有一些其他的雜質(zhì)。而且，其中的部分雜質(zhì)如特丁基對苯醌、氫醌，在實際的痕量檢測分析中其質(zhì)譜圖可能還會對主成分TBHQ的質(zhì)譜圖產(chǎn)生一定的干擾，影響最終測試結(jié)果的準確性和重現(xiàn)性。因此，對TBHQ的質(zhì)譜圖進行細致深入的研究十分必要。此外，其中部分雜質(zhì)（如甲苯、鉛等）如果含量超標，可能會對人體造成較大的危害，這些因素更加凸顯了TBHQ分析檢測的重要性。

2.2 電子轟擊質(zhì)譜（EI-MS）譜圖及裂解機理研究

TBHQ為苯酚類烷基取代物，其EI-MS譜圖示于圖2，文獻［9］發(fā)表的TBHQ的EI-MS譜圖與此類似。TBHQ的同分異構(gòu)體4－特丁基－1，2-二羥基苯（TBDHB），其EI-MS譜圖示于圖3（見NIST譜庫，編號為232316，譜庫ID＃為88113）。對比圖2和圖3可以明顯發(fā)現(xiàn)，這一類苯酚類烷基取代物具有獨特的裂解規(guī)律。本研究以TBHQ為例，詳細分析了其電子轟擊質(zhì)譜，并結(jié)合具體化合物的結(jié)構(gòu)特征總結(jié)得到一些裂解規(guī)律。TBHQ的EI-MS譜圖中的主要碎片及其豐度列于表2。

圖2 TBHQ的電子轟擊質(zhì)譜圖Fig.2 EI-MS spectrum of TBHQ

圖3 4-特丁基-1，2-二羥基苯的電子轟擊質(zhì)譜圖Fig.3 EI-MS spectrum of 4-tert-butyl-1，2-dihydroxybenzene

表2 TBHQ樣品的EI-MS譜圖中的主要碎片及其豐度Table 2 Main fragments and their abundance of TBHQ in the EI-MS spectrum

從圖2和圖3中可以看出，這一類苯酚類烷基取代物具有3個相同的關(guān)鍵碎片離子m/z166、151、123，但不同的取代方式對離子的豐度有較大的影響。如圖2，TBHQ的EI-MS圖中m/z123碎片離子的豐度僅次于基峰，為61%；而在其同分異構(gòu)體TBDHB的EI-MS譜圖中m/z123碎片離子的豐度較低，僅為17%?？梢钥闯觯Y(jié)構(gòu)的細微改變可能在EI-MS譜圖上出現(xiàn)較大的差別，而這些差別正好可以作為化合物譜圖指認的關(guān)鍵證據(jù)，具有重要的理論意義。

同時，在低質(zhì)量端還有相同的芳香苯環(huán)碎片離子系列m/z77、65、55、41、27等。圖2、3中基峰m/z151為［M－15］峰，是分子離子峰m/z166脫去一個甲基所致；而m/z123為［M－43］峰，是分子離子峰脫去一個甲基和一個CO所致，具體的碎裂機理示于圖4。此外，圖中還有一些豐度較小的碎片離子，如m/z91、107、115、131、152等。m/z152峰的豐度在譜圖中位居第四，從譜圖中基峰m/z151的強度及其分子式C9H11O2可以推斷m/z152為基峰m/z151的13C同位素峰：9×1.1%＝9.9%。因此，在進行定量研究過程中，通常選擇基峰m/z151作為定量離子。

圖4 TBHQ的電子轟擊質(zhì)譜裂解機理Fig.4 EI-MS fragmentation mechanism of TBHQ

從圖4可以看出，TBHQ的主要裂解碎片離子m/z151和m/z123均為非芳香族碎片離子，大大減低了芳香族化合物的毒性，這可能是其可以作為食品添加劑的原因之一。碎片離子m/z151的來源可能通過2個不同的反應(yīng)路徑，路徑1是先通過一次α開裂失去特丁基中的一個甲基自由基直接得到；而路徑2時先發(fā)生1，3-H重排，再通過兩次α開裂失去特丁基中的一個甲基自由基。碎片離子m/z123直接通過碎片離子m/z151發(fā)生電荷誘導(dǎo)的i斷裂丟失一個中性碎片CO得到。

3 結(jié)論

1）特丁基對苯二酚是一類合成食品添加劑，其中含有的一些雜質(zhì)可能影響其產(chǎn)品的品質(zhì)，對人體的健康造成威脅，而且其本身屬于芳香類化合物也有一定的毒性，需限量使用。

2）分析了特丁基對苯二酚及其同分異構(gòu)體4－特丁基-1，2-二羥基苯的電子轟擊質(zhì)譜圖，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特征總結(jié)得到一些共同的裂解規(guī)律：分子易發(fā)生α開裂失去取代基中的一個甲基自由基得到［M－15］的碎片峰，接著發(fā)生重排及i斷裂丟失一個CO得到［M－15－28］的碎片峰等。

3）探討了TBHQ的電子轟擊質(zhì)譜裂解機理，推導(dǎo)了譜圖中重要碎片的來由。

［1］All McDonald’s Nuggets are Not Created Equal，http：//pagingdrgupta.blogs.cnn.com/2010/06/25/a-tale-of-2-nuggets/.

［2］盧俊青，彭 輝，李惠宜，等.QB 2395－2007食品添加劑 特丁基對苯二酚［S］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2007.

［3］Two Chemicals in McDonald McNuggetes are Legal Additives，but for Limited Use，http：//news.sina.com.cn//h/2010-07-05/123820613266.shtml.

［4］衛(wèi)生部衛(wèi)生標準委員會.GB 2760－2007《食品添加劑使用衛(wèi)生標準》應(yīng)用指南［S］.北京：中國標準出版社，2007.

［5］McDonald：Chemicals in Chicken Nuggets‘harmless’，China Daily，July 6，2010.

［6］YANG M H，LIN H J，CHOONG Y M.A rapid gas chromatographic method for direct determination of BHA，BHT and TBHQ in edible oils and fats［J］.Food Res Int，2002，35（7）：627-633.

［7］KAROVICOVA J，SIMKO P.Determination of food synthetic phenolic antioxidants by HPLC-a review［J］.J Chromatography A，2000，882（1/2）：271-281.

［8］PERRIN C，MEYER L.Quantification of synthe-tic phenolic antioxidants in dry foods by reversedphase HPLC with photodiode array detection［J］.Food Chem，2002，77（1）：93-100.

［9］乙小娟，朱加葉，王 莉.氣質(zhì)聯(lián)用法測定食品中特丁基對苯二酚［J］.食品科學(xué)，2007，28（6）：262-265.

［10］張朋杰，張憲臣，張 靜，等.超高效液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜法測定食用油中特丁基對苯二酚［J］.食品科學(xué)，2009，30（6）：143-145.

［11］寧永成.有機化合物結(jié)構(gòu)鑒定與有機波譜學(xué)［M］.2版.北京：科學(xué)出版社，2000：266-321.

Electron Ionization Mass Spectrum Research on Tert-Butylhydroquinone

YANG Xiao-bing，DING Song-tao，WANG An-bang
（Research Institute of Chemical Defense，Beijing100191，China）

Tert-butylhydroquinone（TBHQ）as a food additive was researched by electron impact mass spectrometry （EI-MS）.Based on the analysis of fragments appeared in the mass spectrum，as well as the structure characterizations of these compounds，some fragmentation rules were obtained.Results show that the EI-MS of TBHQ produces three compound-specific fragment ions：the m/z166molecular ion，the m/z 151fragment ion which resulted from a methyl group loss of the molecular ion，and the m/z123fragment ion which resulted from a methyl group and the CO loss from m/z 166.At the same time，based on the related mass spectrum，the fragmentation mechanism of TBHQ was discussed.

food additives；tert-butylhydroquinone（TBHQ）；electron impact mass spectrum（EI-MS）；fragmentation rules；fragmentation mechanism

O 657.63

A

1004-2997（2011）05-0278-05

2011-01-31；

2011-05-13

國家自然基金項目（No.21002123）資助

楊小兵（1976～），男（漢族），博士，助理研究員。E-mail：xbyoung2001＠163.com，xbyang＠pku.edu.cn