碲化鎘量子點(diǎn)用于基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜分析全氟化合物

楊夢(mèng)瑞 王 敏周 劍 湯曉艷 毛雪飛 王彤彤

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與食物安全重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

碲化鎘量子點(diǎn)用于基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜分析全氟化合物

楊夢(mèng)瑞 王 敏*周 劍 湯曉艷 毛雪飛 王彤彤

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與食物安全重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

考察了CdTe量子點(diǎn)作為新型無機(jī)基質(zhì)，應(yīng)用于基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOFMS）法分析全氟辛烷磺酸（PFOS），全氟癸烷磺酸（PFDS），全氟己烷磺酸（PFHxS）和全氟庚烷磺酸（PFHpS）4種全氟化合物（PFCs）的效果；同時(shí)與傳統(tǒng)有機(jī)基質(zhì)α-氰基-4-羥基桂皮酸（CHCA）、1，8-雙二甲氨基萘（DMAN）進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)中，分別將目標(biāo)分析物與基質(zhì)溶液滴于樣品板上并混合均勻，待自然蒸干溶劑后形成結(jié)晶狀，采用337 nm波長(zhǎng)紫外激光輻照激發(fā)，在負(fù)離子模式條件下MALDI-TOF-MS分析檢測(cè)。此外，簡(jiǎn)要探討了CdTe量子點(diǎn)顆粒激光輔助解吸離子化的機(jī)理。結(jié)果表明，CdTe量子點(diǎn)顆粒，具有較強(qiáng)紫外吸收，可直接作為無機(jī)基質(zhì)用于以上4種全氟化合物的MALDI-TOF-MS分析，并且具有提高待測(cè)物質(zhì)譜峰強(qiáng)度等特點(diǎn)。

碲化鎘量子點(diǎn)；基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜；全氟化合物

1 引言

基質(zhì)輔助激光解吸電離-飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）作為一種軟電離質(zhì)譜分析技術(shù)，在蛋白、多肽、聚合物等大分子分析領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用［1］。隨著MALDI-TOF-MS技術(shù)的發(fā)展，由于其高通量、高靈敏等特點(diǎn)，逐漸被應(yīng)用于小分子化合物的檢測(cè)。同時(shí)，也有一系列適應(yīng)于小分子化合物檢測(cè)的基質(zhì)材料被成功開發(fā)與應(yīng)用。例如，金、銀等貴重金屬納米顆粒［2，3］，以及TiO2，CuO，NiO，F(xiàn)e3O4，ZnO等金屬氧化物［4～8］，因?yàn)槠淞己玫墓鈱W(xué)特性及導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，在MALDI-TOF-MS分析中作為無機(jī)材料基質(zhì)，得到很好的效果。伴隨光伏技術(shù)與材料的發(fā)展，碲化鎘（CdTe）量子點(diǎn)作為一種半導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用在太陽(yáng)能電池、光電傳感器等研究領(lǐng)域。最新研究發(fā)現(xiàn)，CdTe納米顆?？勺鳛橐环N高效的無機(jī)基質(zhì)用于MALDITOF-MS分析脂肪酸等小分子物質(zhì)，具有簡(jiǎn)化質(zhì)譜圖，提高目標(biāo)物離子化效率，降低檢出限等優(yōu)點(diǎn)［9］。

全氟化合物（PFCs）作為一類持久性污染物，普遍存在于環(huán)境當(dāng)中，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，容易被生物富集［10～12］。由于PFCs潛在的生物毒性，受到人們的廣泛關(guān)注。因此，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)與檢測(cè)環(huán)境、食品中富集的PFCs，具有重要意義。液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法（LC-MS）分析PFCs非常普遍［13～16］，而MALDI-TOF-MS分析PFCs的相關(guān)報(bào)道相對(duì)較少［17，18］。

本研究考察了CdTe量子點(diǎn)作為無機(jī)基質(zhì)，應(yīng)用于MALDI-TOF-MS分析全氟辛烷磺酸（PFOS）、全氟癸烷磺酸（PFDS）、全氟己烷磺酸（PFHxS）和全氟庚烷磺酸（PFHpS）4種全氟化合物的可行性。同時(shí)，與傳統(tǒng)的有機(jī)基質(zhì)α-氰基-4-羥基桂皮酸（CHCA）、1，8-雙二甲氨基萘（DMAN）進(jìn)行了比較，分析討論了CdTe量子點(diǎn)無機(jī)基質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)及離子化機(jī)理。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

質(zhì)譜儀器Performance MALDI-TOF-MS（日本島津公司），配置波長(zhǎng)為337 nm的N2激光源，實(shí)驗(yàn)激光強(qiáng)度參數(shù)設(shè)定為50。α-氰基-4-羥基桂皮酸（CHCA）、1，8-雙二甲氨基萘（DMAN）、碲化鎘量子點(diǎn)（CdTe QDs），均購(gòu)自Sigma公司；全氟辛烷磺酸（PFOS），13C4-標(biāo)記的全氟辛烷磺酸（13C4-PFOS）、全氟癸烷磺酸（PFDS）、全氟己烷磺酸（PFHxS）、全氟庚烷磺酸（PFHpS），均購(gòu)自Wellington Laboratories公司。其它有機(jī)試劑均購(gòu)自Merk公司，為色譜純。實(shí)驗(yàn)中用水均經(jīng)過Milli-Q系統(tǒng)處理。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取CdTe QDs顆粒0.5 mg，溶于1.0 mL乙腈-水（1∶1，V/V）混合溶劑中，超聲20 min，待量子點(diǎn)均勻分散后，形成0.5 mg/mL的基質(zhì)懸濁液。對(duì)于傳統(tǒng)有機(jī)基質(zhì)，稱取CHCA和DMAN各4 mg，分別溶于乙腈-水（1∶1，V/V）混合溶劑，濃度均為4 mg/mL。待測(cè)全氟化合物：全氟辛烷磺酸（PFOS）、13C4-標(biāo)記的全氟辛烷磺酸（13C4-PFOS）、全氟癸烷磺酸（PFDS）、全氟己烷磺酸（PFHxS）和全氟庚烷磺酸（PFHpS）混合溶于甲醇溶劑中，濃度均為1 μg/mL。

檢測(cè)時(shí)，分別取1.0 μL配制好的基質(zhì)和待測(cè)樣品，滴于樣品板上，并輕微混合。重復(fù)以上步驟后，在室溫下蒸干，形成結(jié)晶，置于MALDI-TOF-MS儀器分析。均連續(xù)采集50張質(zhì)譜圖的累加譜圖作為最終結(jié)果質(zhì)譜圖。數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用Igor Pro軟件作圖分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 CdTe量子點(diǎn)紫外可見光譜的考察

作為MALDI-TOF-MS的基質(zhì)，首先要具有良好的紫外吸收特性。傳統(tǒng)的有機(jī)基質(zhì)，例如CHCA和DMAN等，都具有一定的紫外吸收。本研究考察了CdTe量子點(diǎn)顆粒的紫外-可見吸收光譜圖。將CdTe量子點(diǎn)顆粒溶于乙腈-水溶劑中，超聲20 min，利用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)定分散均勻的CdTe量子點(diǎn)懸濁液。如圖1所示，CdTe量子點(diǎn)懸濁液在紫外波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的吸收，此外其在紫外-可見波長(zhǎng)范圍內(nèi)有較寬的吸收帶，主要是因?yàn)榧{米顆粒的聚集效應(yīng)，導(dǎo)致不同波長(zhǎng)吸收帶疊加而產(chǎn)生的。綜上所述，CdTe量子點(diǎn)適用于波長(zhǎng)為337 nm的N2激光波長(zhǎng)。

3.2 CdTe與傳統(tǒng)有機(jī)基質(zhì)在分析PFCs的比較

實(shí)驗(yàn)中，4.0 pmol全氟辛烷磺酸（PFOS），3.3 pmol全氟癸烷磺酸（PFDS）、5.0 pmol全氟己烷磺酸（PFHxS）和4.4 pmol全氟庚烷磺酸（PFHpS）的混合物分別與CHCA，DMAN和CdTe量子點(diǎn)基質(zhì)混合于樣品板上，同時(shí)接近1∶1加入3.9 pmol13C4-標(biāo)記的全氟辛烷磺酸（13C4-PFOS），在負(fù)離子模式下進(jìn)行MALDI-TOF-MS分析，如圖 2所示。質(zhì)譜峰PFHxS-（m/z 339），PFHpS-（m/z 449），PFOS-（m/z 499），13C4-PFOS-（m/z 503）和 PFDS-（m/z 600），被成功檢測(cè)，且譜圖簡(jiǎn)化，無其它碎片峰干擾。

圖1 CdTe量子點(diǎn)懸濁液的紫外-可見吸收光譜圖Fig.1 UV-Vis spectrum of CdTe quantum dots suspension

通過比較發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)有機(jī)基質(zhì) CHCA（圖2a）和DMAN（圖2b），待測(cè)物的質(zhì)譜峰峰強(qiáng)度接近，并沒有顯著差異。然而，當(dāng)使用CdTe量子點(diǎn)作為基質(zhì)時(shí)，如圖2c所示，所有待測(cè)物的質(zhì)譜峰都有不同程度的顯著提高。4種全氟化合物的質(zhì)譜峰提高了0.5～3倍。而且隨著 C —C鏈的增長(zhǎng)，離子化效率隨之提高。由此可見，CdTe量子點(diǎn)作為基質(zhì)，有助于提高待測(cè)物質(zhì)譜峰強(qiáng)度，極大地降低了檢出限。

為了進(jìn)一步研究MALDI-TOF-MS定量測(cè)定全氟化合物，本實(shí)驗(yàn)初步考察了同位素內(nèi)標(biāo)在MALDITOF-MS定量研究的可行性。由圖2可見，無論在何種基質(zhì)條件下，13C4-PFOS-的質(zhì)譜峰強(qiáng)度與PFOS-峰強(qiáng)度接近1∶1，同位素內(nèi)標(biāo)基本不受基質(zhì)影響。因此，選擇合適的同位素內(nèi)標(biāo)物，可以實(shí)現(xiàn)MALDITOF-MS準(zhǔn)確定量分析。定量方法的研究將在今后的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步深入探討。

3.3 離子化機(jī)理探討

MALDI-TOF-MS發(fā)展了近30年，但是關(guān)于MALDI-TOF-MS的離子化機(jī)理一直存在爭(zhēng)論，而且使用不同的基質(zhì)，其離子化機(jī)理也有所不同。Shroff認(rèn)為DMAN基質(zhì)類似“質(zhì)子海綿”，在離子化過程中易奪取質(zhì)子，從而形成負(fù)離子的質(zhì)譜峰［19］。關(guān)于CdTe量子點(diǎn)輔助離子化全氟化合物的過程，作者認(rèn)為：Auger效應(yīng)與電子捕獲是其主要的離子化機(jī)理。如圖3所示，當(dāng)CdTe量子點(diǎn)在激光輻照下，作為一種半導(dǎo)體材料，發(fā)生光電反應(yīng)，電子從價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，當(dāng)導(dǎo)帶有大量電子存在時(shí)，由于相鄰電子的斥力作用，一部分回到空穴，另外一部分會(huì)躍遷至更高導(dǎo)帶，造成顆粒表面溢出電子，被吸附在CdTe量子點(diǎn)顆粒表面的全氟化合物利用，產(chǎn)生電子誘導(dǎo)離子化，形成負(fù)離子峰。此外，導(dǎo)帶的電子迅速回到空穴的過程釋放熱量，也有助于解吸顆粒表面的樣品，兩個(gè)過程同時(shí)完成離子化。

圖2 全氟辛烷磺酸（PFOS），全氟癸烷磺酸（PFDS），全氟己烷磺酸（PFHxS）和全氟庚烷磺酸（PFHpS）在（a）CHCA（b）DMAN（c）CdTe量子點(diǎn)基質(zhì)條件下的質(zhì)譜圖Fig.2 Mass spectra of perfluorooctane sulfonate（PFOS），perfluorodecane sulfonate（PFDS），perfluorohexane sulfonate（PFHxS）and perfluoroheptane sulfonate（PFHpS）using（a）α-cyano-4-hydroxycinnamic acid （CHCA），（b）1，8-bis（dimethylamino）naphthalene（DMAN）and（c）CdTe quantum dots；PECs：Perfluorinated compounds

Yang等曾通過在基質(zhì)中添加KSCN抑制電子回到空穴，從而抑制Auger效應(yīng)發(fā)生，結(jié)果表明，離子化效率明顯降低，從而證明CdTe光電效應(yīng)產(chǎn)生的電子與樣品的離子化有直接關(guān)系［9］。為進(jìn)一步證明電子捕獲離子化機(jī)理［20］對(duì)于全氟化合物離子化的作用，選擇不同長(zhǎng)度 —C C鏈的全氟化合物，擬合4種全氟化合物的質(zhì)譜峰最大值對(duì)應(yīng)碳原子數(shù)的曲線。如圖4所示，隨著全氟化合物中碳原子數(shù)的增加，質(zhì)譜峰強(qiáng)度呈線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)。由此推測(cè)，碳鏈不同，其捕獲電子的能力不同，才會(huì)產(chǎn)生不同的離子化效率。而且碳鏈越長(zhǎng)，其捕獲電子的能力越強(qiáng)，離子化效率也越高。

圖3 CdTe顆粒Auger效應(yīng)示意圖Fig.3 Schematic of Auger effect of CdTe particles

圖4 全氟化合物碳原子個(gè)數(shù)與峰強(qiáng)度的關(guān)系Fig.4 Correlation between the number of carbon atom and the peak intensity of perfluorinated compounds

4 結(jié)論

CdTe量子點(diǎn)作為一種新型無機(jī)基質(zhì)，可直接用于全氟辛烷磺酸（PFOS），全氟癸烷磺酸（PFDS），全氟己烷磺酸（PFHxS）和全氟庚烷磺酸（PFHpS）等全氟化合物的MALDI-TOF-MS分析。與傳統(tǒng)有機(jī)基質(zhì)比較，具有提高質(zhì)譜峰強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。

致謝感謝日本東京首都大學(xué)藤野竜也副教授對(duì)本研究的幫助與指導(dǎo)。

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Cadmium Telluride Quantum Dots as Matrix for MALDI-TOF-MS Analysis of Perfluorinated Compounds

YANG Meng-Rui，WANG Min*，ZHOU Jian，TANG Xiao-Yan，MAO Xue-Fei，WANG Tong-Tong
（Institute of Quality Standard and Testing Technology for Agro-Products，Key Laboratory of Agro-Product Quality and Safety，Chinese Academy of Agriculture，Beijing 100081，China）

Cadmium telluride quantum dots（CdTe QDs）as a novel inorganic matrix were applied in matrix assisted laserdesorption ionization time-of-flightmassspectrometric （MALDI-TOF-MS） analysisof perfluorinated compounds including perfluorooctane sulfonate（PFOS），perfluorodecane sulfonate（PFDS），perfluorohexane sulfonate（PFHxS）and perfluoroheptane sulfonate（PFHpS），and its performance was investigated and compared with conventional organic matrix involving α-cyano-4-hydroxycinnamic acid （CHCA）and 1，8-bis（dimethylamino）naphthalene（DMAN）under the same mass spectrometric conditions. In the experiment，the analytes and matrix were mixed on the sample plate.The crystal of analyte and matrix was excited by using 337-nm laser after the solvent was evaporated，and was detected under negative ion mode of MALDI-TOF-MS.The results demonstrated that CdTe QDs with high UV absorption could be an efficient inorganic matrix for enhancement of peak intensity in MALDI-TOF-MS analysis of perfluorinated compounds. Additionally，mechanism of ionization process was briefly discussed.

Cadmium telluride quantum dots；Matrix assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry；Perfluorinated compounds

5 August 2015；accepted 11 November 2015）

10.11895/j.issn.0253-3820.150623

2015-08-05收稿；2015-11-11接受

*E-mail：wangmincaas@126.com