酸性染料在四極桿/靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜中的離子化與裂解規(guī)律

李 雙，王春芳，方科益，陳樹兵*,曹國洲,韓 超，王傳現(xiàn)

(1.寧波海關 技術中心，浙江 寧波 315040；2.寧波中盛產(chǎn)品檢測有限公司，浙江 寧波 315040;3.浙江樹人 大學 生物與環(huán)境工程學院,浙江 杭州 310015;4.上海海關 動植物與食品檢驗檢疫技術中心，上海 200135)

隨著質(zhì)譜的發(fā)展和推廣，工業(yè)染料檢測正逐漸向利用高分辨質(zhì)譜(HRMS)進行精確質(zhì)量非目標型全掃描檢測轉(zhuǎn)變[16-19]。四極桿/靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜(Q-Orbitrap-HRMS)可對目標化合物的準分子離子峰進行不同能量段的二級全掃描分析，在分辨率高達70 000情況下，可直接采集碎裂片段的高準確度質(zhì)量數(shù)(分辨率>70 000,m/z200，誤差值<5×10-6)。Q Exactive 質(zhì)譜儀的Xcalibur軟件還配備了全自動元素模擬功能，通過輸入各目標化合物的元素組成及各元素的數(shù)量范圍，進而模擬出超高分辨率下各個碎裂片段的元素組成，有助于快速推測出該類化合物的裂解途徑，并總結(jié)出各類化合物的特征離子碎片，為目標化合物的快速鑒定提供依據(jù)。

本文通過四極桿/靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜，對18種酸性染料的分子離子峰存在形式進行探究，并在分辨率高達70 000條件下，直接采集準分子離子峰碎裂片段的高準確度質(zhì)量數(shù)(分辨率>70 000，m/z200)，對代表性化合物(酸性紅1、酸性藍9和酸性紅18)的質(zhì)譜裂解規(guī)律進行研究，為此類化合物的快速鑒定提供了依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Q-Exactive 四極桿/靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜儀(ThermoFisher Scientific公司)，配有H-ESI Ⅱ源；注射泵直接進樣；Milli-Q 高純水發(fā)生器(美國Millipore 公司)。

18種酸性染料標準品購自Sigma和Dr.Ehrenstorfer公司，純度≥95%；乙腈(色譜純，德國Merck公司)，甲酸銨(色譜純，美國Sigma-Aldrich公司)，實驗用水為Milli-Q超純水(18.2 MΩ·cm)。

標準溶液的配制:分別稱取各酸性染料標準品適量，用水溶解，以乙腈-水(體積比1∶1,5 mmol/L甲酸銨)稀釋成10 mg/L的標準溶液，于4 ℃避光保存。

1.2 質(zhì)譜條件

正/負離子轉(zhuǎn)換模式，質(zhì)量范圍:m/z50～800，分辨率70 000(m/z200)，自動增益控制(AGC)目標值為5e5；離子源電壓:2 700 V(ESI-)和3 500 V(ESI+)；離子傳輸管溫度為300 ℃，鞘氣流速(N2)為5 L/h，輔助氣流速(N2)為5 L/h，氣化室溫度為80 ℃；在樣品運行前對儀器分別進行正/負離子校正；二級質(zhì)譜分辨率為35 000，自動增益控制(AGC)目標值為2e5，碰撞能量范圍為10 ～100 eV。注射泵直接進樣，流速為10 μL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 分子離子峰的形成

表1 18種酸性染料的最佳電離方式、分子離子峰存在形式、基峰m/z值和碎裂片段Table 1 The best ionization mode,molecular ion peak,the base peak m/z value and fragmentation fragment of 18 acid dyes

2.2 二級質(zhì)譜裂解規(guī)律解析

選取代表性酸性染料(酸性紅1、酸性藍9和酸性紅18)，通過四極桿/靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜對其準分子離子峰進行二級全掃描分析，獲得信息豐富、質(zhì)量數(shù)精度高的碎裂片段(分辨率為35 000，m/z200)，再通過輸入各目標化合物的元素組成及各元素的數(shù)量范圍，進而模擬超高分辨率下各碎裂片段的元素組成(表1)(誤差值<5×10-6)，快速推測出該類化合物的裂解途徑，并總結(jié)各類化合物的特征離子碎片，為目標化合物的快速鑒定提供依據(jù)。

2.2.1 酸性紅1的MS/MS質(zhì)譜分析酸性紅1的分子離子峰包括:單電荷的m/z464.023 8 [*M+H]-和m/z486.006 0 [*M+Na]-，以及帶雙電荷的m/z231.507 8 [*M]2-。其中以雙電荷的m/z231.507 8 [*M]2-作為準分子離子峰(*M為脫去2個鈉離子后的帶電離子，圖1A)，其是由磺酸根失去2個鈉離子后生成帶2個負電荷的磺酸根離子態(tài)所形成，分別對雙電荷的m/z231.507 8 [*M]2-和單電荷的m/z464.023 8 [*M+H]-進行不同能量的二級質(zhì)譜掃描(CE:10～100 eV)，并對整個能量范圍內(nèi)的二級質(zhì)譜圖進行疊加(圖1B、C)，二級碎裂片段的斷裂位點如圖1D所示。由圖1B可知，雙電荷的m/z231.507 8 [*M]2-產(chǎn)生的主要碎裂片段離子有4個，借助元素模擬得出碎裂片段離子的元素組成，進而推測出該化合物的裂解過程如下:m/z178.984 5 [C12H8O2N(SO3)2]2-是偶氮基團在近萘環(huán)端C—N發(fā)生裂解，在萘環(huán)端形成的雙電荷碎裂片段；m/z171.472 7 [C11H5O2N(SO3)2]2-是在m/z178.984 5的基礎上，與萘環(huán)相連的支鏈末端—CH3同步丟失形成的碎裂片段；m/z157.979 0 [C10H6ON(SO3)2]2-是在m/z178.984 5的基礎上，萘環(huán)端支鏈—C—NH—進一步發(fā)生裂解后形成；m/z79.955 7 [SO3]-是含磺酸基化合物的典型碎片離子，可作為該類化合物的特征離子碎片。

由圖1C可知，單電荷的464.023 8 [*M+H]-產(chǎn)生的主要碎裂片段離子有4個:其中m/z358.978 3 [C12H9O2N(SO3)2]-，m/z343.954 8 [C11H6O2N(SO3)2]-，m/z316.967 5 [C11H6O2N(SO3)2]-和m/z79.955 7 [SO3]-與圖1B中產(chǎn)生的碎裂片段一一對應；新產(chǎn)生的碎裂片段離子有:m/z263.997 8 [C11H6O2N(SO3)]-，是一端偶氮基團在近萘環(huán)端C—N發(fā)生斷裂，另一端萘環(huán)相連的支鏈末端—CH3同步丟失形成m/z343.954 8 [C11H6O2N(SO3)2]-的基礎上，結(jié)合H原子的磺酸基最終斷裂后形成。同時，m/z79.955 7 [SO3]-碎裂片段的存在也證實了上述推測，并通過對采集的碎裂片段高精度質(zhì)量數(shù)進行元素模擬證實了上述結(jié)論(誤差值<5×10-6)。

2.2.2 酸性藍9的MS/MS質(zhì)譜分析酸性藍9的結(jié)構(gòu)中有3個磺酸根離子，形成的分子離子峰包括:單電荷的m/z747.152 0 [*M+H]-，雙電荷的m/z373.071 7 [*M]2-，三電荷的m/z249.050 4 [*M-H]3-。其中以雙電荷的m/z373.071 7 [*M]2-作為準分子離子峰(*M為脫去2個鈉離子后的帶電離子，圖2A)，其是由磺酸根失去2個鈉離子后生成帶2個負電荷的磺酸根離子態(tài)所形成。由于三電荷的m/z249.050 4 [*M-H]3-產(chǎn)生的碎裂片段數(shù)值小，誤差干擾大，不進行二級質(zhì)譜分析。分別對雙電荷的m/z373.071 7 [*M]2-和單電荷的m/z747.152 0 [*M+H]-進行不同能量值的二級質(zhì)譜掃描(CE:10～100 eV)，并對整個能量范圍內(nèi)的二級質(zhì)譜圖進行疊加(圖2B、C)，二級碎裂片段的斷裂位點如圖2D所示。由圖2B可知，雙電荷的m/z373.071 7 [*M]2-產(chǎn)生的主要碎裂片段離子有5個，借助元素模擬得出碎裂片段離子的元素組成，進而推測出該化合物的裂解過程如下:m/z333.093 2 [C37H34N2(SO3)2]2-是2個磺酸根失去鈉離子后生成帶2個負電荷的磺酸根離子態(tài)，同時，結(jié)合H原子的磺酸基斷裂后形成的雙電荷碎裂片段；中間苯環(huán)與靠近中間苯環(huán)的C—C鍵發(fā)生斷裂，含單個磺酸根離子部分形成單電荷碎裂片段m/z295.124 3 [C15H21N(SO3)]-；m/z288.069 8 [C30H28N2(SO3)2]2-和m/z170.003 1[C7H6(SO3)]-是與含磺酸根離子外側(cè)苯環(huán)相連的C—N鍵斷裂，其中，含單個磺酸根離子部分形成單電荷碎裂片段m/z170.003 1，含雙磺酸根離子部分形成雙電荷碎裂片段m/z288.069 8；同樣地，該類化合物很容易形成m/z79.955 7 [SO3]-典型碎片離子。由圖2C可知，單電荷的m/z747.152 0 [*M+H]-產(chǎn)生的主要碎裂片段離子有6個:其中包括m/z667.194 1 [C37H35N2(SO3)2]-，m/z577.146 2 [C30H29N2(SO3)2]-，m/z170.003 1 [C7H6(SO3)]-，與圖2B中產(chǎn)生的碎裂片段一一對應，只是某個磺酸根離子與溶劑中的H原子結(jié)合，形成的碎裂片段呈現(xiàn)單電荷狀態(tài)；新產(chǎn)生的碎裂片段離子有3個:m/z587.236 5 [C37H35N2(SO3)]-，是由于其中2個磺酸根離子發(fā)生斷裂，剩余部分形成了含單個磺酸根離子的單電荷碎裂片段；m/z561.115 5 [C29H25N2(SO3)2]-，是在磺酸根離子外側(cè)苯環(huán)相連的C—N鍵斷裂形成m/z577.146 2[C30H29N2(SO3)2]-的基礎上，相鄰支鏈末端—CH3同步斷裂后形成的單電荷碎裂片段；m/z481.158 4 [C29H25N2(SO3)]-是在m/z561.115 5基礎上，進一步丟失磺酸根離子后形成的單電荷狀態(tài)。

3 結(jié) 論