用超高效液相色譜-二極管陣列檢測-串聯(lián)質譜法分析畬族服飾中藍色染料

閆 晶， 張 尋， 雷光振， 范雪榮

(1. 江南大學 紡織服裝學院， 江蘇 無錫 214122; 2. 浙江農(nóng)林大學 設計藝術學院， 浙江 臨安 311300；3. 中國畬族博物館， 浙江 景寧 323500)

畬族是唯一主要聚居于我國閩浙粵贛徽等地區(qū)的少數(shù)民族。畬民因善于植菁制靛而曾史稱“菁客”，染色“為天下最”，其植物染色技術極具華東地區(qū)代表性[1]。與植物靛藍相比，合成靛藍等合成染料具有色牢度高、操作簡便等優(yōu)點，從而使植物靛藍的使用量逐漸減少[2]，而合成染料究竟何時傳入我國尚無明確定論[3]。分析畬族傳統(tǒng)服飾中的染料成分，對還原華東地區(qū)民間生態(tài)染色技術和確立科學的文物修復保護方案具有積極意義。同時，對畬族服飾中天然靛藍和合成靛藍的鑒別也將有助于佐證文物斷代和探究合成染料在我國的發(fā)展脈絡，從而豐富紡織史的研究。

由于植物染料屬于混合物，單一方法常無法對其進行定性或定量分析，需同時使用色譜法、分子光譜法和質譜法等多種分析方法進行對比鑒別[4-6]。國內外學者曾采用拉曼光譜[7]、微型光纖光譜技術[8]、高效液相色譜-二極管陣列紫外檢測法(HPLC-DAD-UV)和質譜法(MS)[9]、超高效液相色譜-四極桿飛行時間質譜(UPLC-Q-TOF-MS)及二極管陣列聯(lián)用技術[10]對不同年代的紡織品所用染料進行鑒別。目前對天然靛藍與合成靛藍染色織物，通常采用高效液相色譜、薄層色譜、可見光吸收光譜、近紅外漫反射光譜、熒光光譜和拉曼光譜等進行鑒定，但鑒別準確度尚不高[11-12]。

本文采用超高效液相色譜-光電二極管陣列檢測-串聯(lián)四極桿飛行時間質譜(UHPLC-DAD-Q-TOF-MS)鑒別畬族服飾中的藍色染料。通過對染料萃取液的超高效液相色譜分離，結合高分辨率飛行時間質譜和二極管陣列檢測器采集的紫外-可見吸收光譜數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對樣品更快速、更靈敏及準確度更高的鑒別。

1 實驗部分

1.1 材 料

本文選用的畬族服飾來自中國畬族博物館4件館藏品，顏色以畬族服飾最為常見的藍色調為主。樣本采集時選擇藏品周邊脫落或即將脫落的少量藍色織物或紗線。樣品編號見圖1。

圖1 測試樣品Fig.1 Test samples. (a) Sample 1; (b) Sample 2; (c) Sample 3; (d) Sample 4

1.2 儀器與試劑

超高效液相色譜質譜系統(tǒng)，配光電二極管陣列檢測器及四極桿質譜檢測器(美國Waters 公司)。

N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，分析純，由國藥集團化學試劑有限公司提供；合成靛藍標準樣(純度為95%)和靛玉紅標準樣(純度為95%)，由百靈威公司提供；天然靛藍標準樣，由貴州省安順市蠟染總廠提供。

1.3 分析條件

1.3.1 色譜條件

檢測波長為200～500 nm；色譜柱為BEH C18，2.1 mm×150 mm × 1.7 μm；流動相A為乙腈，流動相B為0.1%甲酸； 柱溫為45 ℃；流速為0.3 mL/min；進樣量為5 μL；梯度洗脫體系如表1所示。

表1 梯度洗脫體系Tab.1 UHPLC gradient elution system

1.3.2 質譜條件

電噴霧(ESI)正離子源；毛細管電壓為3.5 kV；錐孔電壓為20 V；離子源溫度為100 ℃；脫溶劑氣溫度為400 ℃；脫溶劑氣流量為700 L/h；錐孔氣流量為50 L/h；碰撞能量為6/20 V；掃描范圍(m/z)為20～2 000；探測器電壓為1 800 V。

1.4 標準品處理

取0.002 g左右的標準品染料，加入2 μL DMF，配成10%的溶液，置于4 ℃冰箱中冷藏，待用。使用前用0.22 μm 聚四氟乙烯針式過濾器過濾。

1.5 樣品處理

取0.04 g左右的織物或紗線，置于2 μL DMF中，在4 ℃冰箱中靜置24 h，待用。使用前用0.22 μm聚四氟乙烯針式過濾器過濾。

2 結果與討論

2.1 標準樣檢測結果

由于天然靛藍含有一定量靛玉紅雜質，目前鑒別天然靛藍和合成靛藍主要通過檢測其是否含有靛玉紅[12]。

圖3 各標準品特征色譜峰不同保留時間所對應的二級質譜圖Fig.3 MS/MS spectra of three standards corresponding to UHPLC peak at different retention time. (a) Synthetic indigo, t=4.36 min; (b) Indirubin, t=4.80 min; (c)Natural indigo, t=4.33 min; (d) Natural indigo, t=4.78 min

合成靛藍、靛玉紅和天然靛藍標準品的超高效液相色譜圖，及其特征色譜峰保留時間(t)所對應的二級質譜圖分別如圖2、3所示。

圖2 各標準品超高效液相色譜圖Fig.2 UHPLC chromatograms of standards

由圖2可見，合成靛藍標準品在4.36 min時出現(xiàn)最大色譜峰，該色譜峰所對應的二級質譜圖如圖3(a)所示，其中豐度最大的質譜峰對應質荷比為263.1，與靛藍理論值263.082 1接近，因此斷定該峰為靛藍分子離子峰。其他峰是離子源中分子離子與未電離的分子互相碰撞發(fā)生二級反應形成的準分子離子的質譜峰。質荷比顯示為262.1的質譜峰應是靛藍分子失去1個氫原子的準分子離子峰，質荷比為264.1的質譜峰應是靛藍分子離子奪取中性分子中1個氫原子形成的準分子離子峰。綜上判定圖2中合成靛藍在4.36 min左右出現(xiàn)的色譜峰為靛藍的特征色譜峰。

圖2中，靛玉紅標準品在4.80 min時出現(xiàn)最大色譜峰，該色譜峰所對應的二級質譜圖如圖3(b)所示，其中豐度最大的質譜峰對應質荷比為263.1，與靛玉紅理論值263.082 1接近，故斷定該峰為靛玉紅分子離子峰，從而判定圖2中4.80 min左右出現(xiàn)的為靛玉紅的特征色譜峰。

圖2中天然靛藍標準品在4.33、4.78 min時出現(xiàn)色譜峰，且其對應質譜圖(圖3(c)、圖3(d))顯示化合物相對分子質量為263.1，與靛藍和靛玉紅接近，說明天然靛藍同時含有靛藍及靛玉紅色素。

圖4 各標準品的紫外-可見吸收光譜Fig.4 UV-visible absorption spectra of standards. (a) Synthetic indigo, t=4.28 min; (b) Indirubin, t=4.73 min; (c)Natural indigo, t=4.29 min; (d) Natural indigo, t=4.72 min

靛藍和靛玉紅為同分異構體，無法通過質譜圖中的分子量進行精確鑒別，但可通過二極管陣列檢測 (UHPLC-DAD)二者紫外-可見吸收光譜加以區(qū)分。如圖4(a)、(c)所示，合成靛藍及天然靛藍標準樣保留時間為4.3 min附近處組分的紫外-可見吸收光譜均在287.2～613.2 nm處出現(xiàn)最大吸收峰，與文獻[11]所測靛藍紫外吸收峰基本一致，輔證了該2個樣品含靛藍；而天然靛藍及靛玉紅標準樣保留時間4.7 min附近的紫外-可見吸收光譜均在291.2、541 nm處出現(xiàn)吸收峰(見圖4(b)、(d))，與文獻[11]所測靛玉紅紫外吸收峰基本一致，輔證了該2個樣品含靛玉紅。故可通過對比4.3、4.7 min附近處組分的紫外-可見吸收光譜圖中的特征吸收峰對靛藍和靛玉紅進行鑒別。

2.2 1號樣品檢測結果與分析

圖5為1號樣品的超高效液相色譜圖，圖6為1號樣品在保留時間為4.36 min時組分的二級質譜圖?？梢娫诒Ａ魰r間為4.36 min時有色譜峰，其對應相對分子質量為263.1(圖6)，因此初步判定1號樣品的檢測結果中出現(xiàn)了靛藍。同時如圖5所示，在保留時間為4.7 min左右時，1號樣品未出色譜峰，因此初步判定1號樣品的檢測結果中沒有靛玉紅。

圖7為1號樣品在4.29 min處組分的紫外-可見吸收光譜圖。 通過二極管陣列檢測， 1號樣品在4.29 min處組分的紫外-可見吸收光譜于287.2、613.2 nm處出現(xiàn)特征吸收峰，輔證了1號樣品含靛藍。由于4.7 min時未出現(xiàn)吸收峰，可知在1號樣品中沒有檢測出靛玉紅，該樣品所用染料為合成靛藍。根據(jù)中國畬族博物館館藏資料，1號樣品大襟花邊女上衣來自清末麗水地區(qū)，說明合成染料于清末已流入麗水地區(qū)。

圖5 1號樣品超高效液相色譜圖Fig.5 UHPLC chromatogram of sample 1

圖6 1號樣品4.36 min處組分的二級質譜圖Fig.6 MS /MS spectrum of sample 1 (t=4.36 min)

圖7 1號樣品 4.29 min處組分的紫外-可見吸收光譜圖Fig.7 UV-visible absorption spectrogram of sample 1(t=4.29 min)

2.3 2號樣品檢測結果與分析

圖8、9分別示出2號樣品的液相色譜圖和二級質譜圖。2號樣品的UHPLC-Q-TOF-MS檢測結果在保留時間為4.36 min處時有對應相對分子質量為263.1的色譜峰，說明2號樣品含有靛藍。如圖8和圖9(b)所示，在保留時間為4.71 min時，樣品中出現(xiàn)了對應相對分子質量為263.1的色譜峰，初步判定2號樣品含有靛玉紅。

圖8 2號樣品超高效液相色譜圖Fig.8 UHPLC chromatogram of sample 2

圖9 2號樣品二級質譜圖Fig.9 MS/MS spectra of sample 2

圖10示出2號樣品紫外-可見吸收光譜。保留時間為4.28 min處的組分在286.2、613.2 nm處出現(xiàn)靛藍特征吸收峰(圖10(a))，輔證了該樣品含靛藍；同時保留時間在4.72 min處的組分在291.2、540.2 nm處出現(xiàn)靛玉紅特征吸收峰(見圖10(b))，可確定2號樣品含有靛玉紅。因此，斷定該樣品使用了天然靛藍進行染色。據(jù)中國畬族博物館館藏資料，2號樣品為清末麗水地區(qū)的小兒棉風帽，結合1號樣品檢測結果，可知清末時麗水地區(qū)正兼用合成靛藍染料和天然靛藍染料染色。

2.4 3號樣品檢測結果與分析

圖11、12分別為3號樣品的液相色譜圖和二級質譜圖?？梢钥闯?，3號樣品在保留時間為4.36 min時，出現(xiàn)了與靛藍相符的色譜峰，說明3號樣品含有靛藍。而在保留時間為4.7 min左右時，樣品沒有出現(xiàn)靛玉紅特征色譜峰，因此初步判定3號樣品為合成靛藍。

圖13示出3號樣品紫外-可見吸收光譜。進一步分析發(fā)現(xiàn)，保留時間在4.29 min處的組分在286.2、613.2 nm處出現(xiàn)吸收峰，輔證了該樣品含靛藍；而保留時間在4.7 min附近未出現(xiàn)靛玉紅吸收峰，可知沒有檢測出靛玉紅，因此，可斷定該樣品所含染料為合成靛藍。根據(jù)中國畬族博物館館藏資料，3號樣品為民國景寧地區(qū)代表性的畬族彩色雙排字紋布帶，可知民國時期景寧地區(qū)合成染料染色紗線已進入民間。

圖10 2號樣品紫外-可見吸收光譜圖Fig.10 UV visible absorption spectrograms of sample 2

圖12 3號樣品4.36 min處組分的二級質譜圖Fig.12 MS /MS spectrum of sample 3(t=4.36 min)

圖13 3號樣品 4.29 min處組分的紫外-可見吸收光譜圖Fig.13 UV visible absorption spectrogram of sample 3(t=4.29 min)

2.5 4號樣品檢測結果

圖14、15為4號樣品的超高效液相色譜圖和二級質譜圖。同上分析4號樣品的檢測結果可知，4號樣品含有靛藍，且因在保留時間為4.7 min左右出現(xiàn)靛玉紅色譜峰，故初步判定4號樣品也含有靛玉紅。

圖14 4號樣品超高效液相色譜圖Fig.14 UHPLC chromatogram of sample 4

圖16示出4號樣品的紫外-可見吸收光譜圖。進一步分析發(fā)現(xiàn)，保留時間在4.30 min處的組分在286.2、613.2 nm處出現(xiàn)特征吸收峰，輔證了該樣品含靛藍；如圖16(b)所示，在4.72 min處的組分在291.2、545.2 nm處出現(xiàn)靛玉紅特征峰，可確定在4號樣品的檢測結果中出現(xiàn)靛玉紅，故確定該樣品所用染料為天然靛藍。

圖15 4號樣品二級質譜圖Fig.15 MS /MS spectra of sample 4

圖16 4號樣品紫外-可見吸收光譜圖Fig.16 UV-visible absorption spectrograms of sample 4

根據(jù)中國畬族博物館館藏資料，4號樣品取樣來源為新中國成立初期景寧地區(qū)畬族女常服，故可知景寧地區(qū)畬族天然靛藍染料一直延續(xù)使用到至少新中國成立初期。值得注意的是，據(jù)文獻考據(jù)和田野調查顯示，合成靛藍進入中國民間后，常與天然靛藍搭配使用，如此便兼得合成靛藍上染快速高效色牢度高和天然靛藍成本低廉色澤自然的優(yōu)點[13]。

因此，僅能根據(jù)4號樣品的檢測結果說明其取自的畬族女常服上染原料含有天然靛藍，而無法斷定是否使用了合成靛藍。

3 結 論

本文通過對4件畬族傳統(tǒng)服飾萃取所得染料進行色譜分離，結合高分辨率飛行時間質譜數(shù)據(jù)和二極管陣列檢測器采集的可見-紫外吸收光譜數(shù)據(jù)對染料進行鑒別，結果顯示藍色系樣品均由靛藍色素染成。1號樣品和2號樣品均來自清末麗水地區(qū)，檢測結果分別出現(xiàn)了合成靛藍和天然靛藍的特征吸收峰，表明清末時麗水地區(qū)可能兼用合成靛藍染料和天然靛藍染料。3號樣品為民國時期景寧地區(qū)代表性畬族彩帶，檢測結果顯示其為合成靛藍染色而非天然靛藍染色，故可知民國時期景寧地區(qū)合成染料染色紗線可能已進入民間。4號樣品取樣來源為新中國成立初期景寧地區(qū)畬族女常服，由于其檢測結果出現(xiàn)靛玉紅，從而判定在對其染色時，使用了天然靛藍，故可知新中國成立初期景寧地區(qū)畬族可能仍延續(xù)使用植物染料。

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