堿性橙21、22和羅丹明B的多級質(zhì)譜裂解規(guī)律探析

汪麗娜，陳小珍，莫衛(wèi)民，張東雷，黃麗英

（1.浙江省質(zhì)量檢測科學(xué)研究院，浙江 杭州 310013；2.浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與材料學(xué)院，浙江 杭州 310014）

羅丹明B（rhodamine B）、堿性橙21（astrazon orange G）、堿性橙22（astrazon orange R）等都屬于堿性工業(yè)染料，其結(jié)構(gòu)式示于圖1。堿性橙是一種偶氮類堿性工業(yè)染料，主要用于紡織品、皮革制品及木制品的染色，由于被認(rèn)定是一種致癌物質(zhì)，不得用于與人體長期直接接觸的紡織和服裝產(chǎn)品中，更不得用作食品添加劑。羅丹明B又稱玫瑰紅B，或堿性玫瑰精，俗稱花粉紅，是一種具有鮮桃紅色的人工合成的堿性熒光染料，主要用于造紙工業(yè)、打字紙、有光紙等；與磷鎢鉬酸作用生成色淀，用于制造油漆、圖畫等顏料；也可用于腈綸、麻、蠶絲等織物以及麥稈、皮革制品的染色。如將其作為染料用于食用農(nóng)產(chǎn)品中，易導(dǎo)致人體皮下組織增生肉瘤，具有致癌性和致突變性［1－2］。我國于2008年明確規(guī)定:不允許將以上堿性工業(yè)染料用作食品添加劑及食品染色劑［3］，但一些不法商販為了增加食品的色澤光亮，以次充好，在海鮮魚、豆制品、腐竹、辣椒粉（醬）等食品中非法使用堿性工業(yè)染料，使消費(fèi)者的身體健康受到巨大威脅。

目前，食品中的堿性橙21、22的檢測方法主要有高效液相色譜法［1，3－4］；羅丹明B的檢測方法主要有酶聯(lián)免疫法［5］、高效液相色譜法［6－8］、液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法［9－12］、液相色譜－離子阱飛行時(shí)間質(zhì)譜法［13］。但是對于堿性工業(yè)染料類的裂解規(guī)律研究鮮有報(bào)道。

離子阱飛行時(shí)間質(zhì)譜是目前比較成熟的一種軟電離質(zhì)譜技術(shù)，在有機(jī)化合物的分析中有著極為廣泛的應(yīng)用［14－15］。它不僅能夠快速、高分辨地測定正負(fù)離子碎片［16］，給出樣品分子質(zhì)量的相關(guān)信息，而且還可以給出樣品結(jié)構(gòu)的豐富信息［17］。其主要優(yōu)點(diǎn)是在一級質(zhì)譜條件下獲得很強(qiáng)的待測物準(zhǔn)分子離子峰，并可借助MSn（n＝2～10）對準(zhǔn)分子離子進(jìn)行多級裂解，進(jìn)而獲得豐富的結(jié)構(gòu)信息［18－21］。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用離子阱飛行時(shí)間質(zhì)譜和電噴霧電離技術(shù)，以堿性橙21、22和羅丹明B為代表，對堿性工業(yè)染料的電噴霧電離規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，推斷堿性工業(yè)染料及其類似物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和裂解規(guī)律，為此類化合物的快速鑒定提供依據(jù)。

圖1 3種堿性染料的結(jié)構(gòu)式、分子式和相對分子質(zhì)量Fig.1 Structures，molecular formula and relative molecular mass of the three basic dyes

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

液相色譜－離子阱飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC／MS－IT－TOF）:日本島津公司產(chǎn)品，配有電噴霧電離源（ESI），LC／MS solution V3.60工作站；分析天平（感量0.01mg）:瑞士Mettler公司產(chǎn)品。

堿性橙21（CAS No.3056－93－7）、羅丹明 B（CAS No.81－88－9）標(biāo)準(zhǔn)樣品:美 國 Sigma－Aldrich公司產(chǎn)品；堿性橙22（CAS No.4657－00－5）標(biāo)準(zhǔn)樣品:日本Tokyo Chemical有限公司產(chǎn)品；甲醇（色譜純）:德國 Merck公司產(chǎn)品；實(shí)驗(yàn)用水為Milli－Q超純水。

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制:分別準(zhǔn)確稱取10mg堿性橙21、堿性橙22、羅丹明B標(biāo)準(zhǔn)品于10mL容量瓶中，用甲醇溶解，配制成1g／L儲(chǔ)備液，密封儲(chǔ)存于4℃冰箱中。

1.2 質(zhì)譜條件

離子化模式:ESI源；正離子模式；霧化氣流速1.50L／min；干燥氣流速10L／min；曲形脫溶劑管（CDL）溫度200℃；加熱模塊溫度200℃；檢測器電壓1.57kV；離子源電壓4.5kV；離子累積時(shí)間30ms，質(zhì)量掃描范圍:堿性橙21、22（m／z100～500），羅丹明B（m／z100～600）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

準(zhǔn)確吸取0.1mL 1g／L儲(chǔ)備液于100mL容量瓶中，用甲醇定容，得1mg／L標(biāo)準(zhǔn)溶液。在正離子模式下，用注射泵以10μL／min的流速注入質(zhì)譜儀進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

由于3種堿性染料分子中都含有Cl－，因而非常容易失去Cl－，易形成N＋離子，故選擇在正離子模式下對堿性橙21、堿性橙22和羅丹明B進(jìn)行掃描。堿性橙21、22的選擇掃描范圍為m／z100～500，羅丹明B的選擇掃描范圍為m／z100～600，在默認(rèn)能量（50%）下，分別對它們進(jìn)行全掃描。

2.1 堿性橙21裂解規(guī)律探析

堿性橙21在正離子模式下的多級質(zhì)譜圖示于圖2。堿性橙21在全掃描后，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)分子離子峰m／z315.1825豐度很強(qiáng)，該離子可能為堿性橙21分子離子丟失Cl－所得；選擇m／z 315.1825進(jìn)行二級裂解，得到 m／z 300.1605碎片離子，該碎片可能由m／z315.1825失去中性碎片CH3所得；選擇m／z 300.1605進(jìn)行三級裂解，得到碎片離子m／z 285.1361，可能由m／z 300.1605 丟失 CH3得到；對 m／z 285.1361進(jìn)行四級裂解，獲得碎片m／z 270.1128，此碎片可能是由m／z285.1361失去CH3所得；對m／z 270.1128進(jìn)行五級裂解，得碎片m／z255.0894，該碎片離子可能由 m／z 270.1128丟失CH3所得。堿性橙21的裂解規(guī)律探析示于圖3。

圖2 堿性橙21在正離子模式下的多級質(zhì)譜圖Fig.2 MS and MSn spectra data of astrazon orange G

圖3 堿性橙21裂解規(guī)律探析Fig.3 The main possible fragmentation pathway of astrazon orange G

2.2 堿性橙22裂解規(guī)律探析

堿性橙22裂解規(guī)律探析示于圖4。堿性橙22在正離子模式下的多級質(zhì)譜圖示于圖5。全掃描后發(fā)現(xiàn):堿性橙22有豐度很強(qiáng)的準(zhǔn)分子離子m／z391.2141，該離子可能為堿性橙22分子離子丟失了Cl－所得；選擇m／z 391.2141進(jìn)行二級裂解，能量200%，發(fā)現(xiàn)得到較多的碎片離子，主要有m／z 361.1681，299.1508 和220.1090，這些碎片離子可能由m／z391.2141分別失去中性碎片C2H6，C7H8，C12H13N得到；選擇m／z361.1681，299.1506進(jìn)行三級裂解，分別得到碎片離子 m／z 345.1373 和284.1287，m／z 345.1373 可 能 由 m／z 361.1681丟失CH4所得，m／z 284.1287可能由m／z 299.1506 丟 失 CH3所 得；對 m／z 345.1373，284.1287 進(jìn) 行 四 級 裂 解，能 量150%，分別得到碎片離子 m／z 330.1120和m／z269.1049，m／z330.1120和269.1049可能分別由 m／z 345.1373和284.1287失去CH3所得；對m／z 269.1049進(jìn)行五級裂解，產(chǎn)生主要碎片離子為m／z 254.0826，可能是m／z 269.1049丟失CH3后產(chǎn)生。

圖4 堿性橙22裂解規(guī)律探析Fig.4 The main possible fragmentation pathway of astrazon orange R

圖5 堿性橙22在正離子模式下的多級質(zhì)譜圖Fig.5 MS and MSn spectra data of astrazon orange R

2.3 羅丹明B裂解規(guī)律探析

羅丹明B在正離子模式下的多級質(zhì)譜圖示于圖6。羅丹明B在進(jìn)行全掃描后發(fā)現(xiàn)，m／z 443.2307準(zhǔn)分子離子峰很強(qiáng)，該離子可能為羅丹明 B分子離子丟失 Cl－所得；選擇 m／z 443.2307進(jìn)行二級裂解，得到碎片離子m／z 399.1694，可能由m／z443.2307失去中性碎片C3H8得到；對m／z 399.1694進(jìn)行三級裂解，得到碎片離子m／z 355.1057，該碎片離子可能由m／z 399.1694 丟 失 C3H8所 得；對 m／z 355.1057進(jìn)行四級裂解，得到碎片離子m／z 311.1154，可能由 m／z 355.1057失去中性碎片CO2后產(chǎn)生；對m／z 311.1154進(jìn)行五級裂解，產(chǎn)生主要碎片離子為m／z 282.0891，可能是m／z 311.1154丟失 CH3N 后產(chǎn)生；對 m／z 282.0891進(jìn)行六級裂解，產(chǎn)生主要碎片離子為m／z255.0788，可能是m／z282.0891丟失CH后產(chǎn)生。羅丹明B裂解規(guī)律探析示于圖7。

圖6 羅丹明B在正離子模式下的多級質(zhì)譜圖Fig.6 MS and MSn spectra data of rhodamine B

圖7 羅丹明B裂解規(guī)律探析Fig.7 The main possible fragmentation pathway of rhodamine B

3 結(jié)論

根據(jù)對堿性橙21、堿性橙22和羅丹明B可能的裂解規(guī)律分析，發(fā)現(xiàn)此類化合物一般容易先失去Cl－，形成N＋離子。由于該類染料存在多個(gè)苯環(huán)，苯環(huán)的存在形成了大π鍵，是較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，因此在正離子模式下，所產(chǎn)生的特征碎片離子主要是通過化合物的C—N鍵、環(huán)與側(cè)鏈烷基、羧基間的C—C鍵斷裂所得到。一般情況下，在電離源的轟擊下，容易先失去·CH3和·CH2CH3，然后形成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。離子阱飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜有望用于分析堿性工業(yè)染料及其類似物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和裂解規(guī)律。對于新型染料，可根據(jù)現(xiàn)有的堿性染料特點(diǎn)及其裂解規(guī)律來推斷其結(jié)構(gòu)，還可與高效液相色譜聯(lián)用，充分發(fā)揮其直接分析、高靈敏度和快速分析的優(yōu)勢，可大大減少假陽性和假陰性等情況的發(fā)生。

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