碱性橙21、22和罗丹明B的多级质谱裂解规律探析

汪丽娜，陈小珍，莫卫民，张东雷，黄丽英

（1.浙江省质量检测科学研究院，浙江 杭州 310013；2.浙江工业大学化学工程与材料学院，浙江 杭州 310014）

罗丹明B（rhodamine B）、碱性橙21（astrazon orange G）、碱性橙22（astrazon orange R）等都属于碱性工业染料，其结构式示于图1。碱性橙是一种偶氮类碱性工业染料，主要用于纺织品、皮革制品及木制品的染色，由于被认定是一种致癌物质，不得用于与人体长期直接接触的纺织和服装产品中，更不得用作食品添加剂。罗丹明B又称玫瑰红B，或碱性玫瑰精，俗称花粉红，是一种具有鲜桃红色的人工合成的碱性荧光染料，主要用于造纸工业、打字纸、有光纸等；与磷钨钼酸作用生成色淀，用于制造油漆、图画等颜料；也可用于腈纶、麻、蚕丝等织物以及麦秆、皮革制品的染色。如将其作为染料用于食用农产品中，易导致人体皮下组织增生肉瘤，具有致癌性和致突变性［1－2］。我国于2008年明确规定:不允许将以上碱性工业染料用作食品添加剂及食品染色剂［3］，但一些不法商贩为了增加食品的色泽光亮，以次充好，在海鲜鱼、豆制品、腐竹、辣椒粉（酱）等食品中非法使用碱性工业染料，使消费者的身体健康受到巨大威胁。

目前，食品中的碱性橙21、22的检测方法主要有高效液相色谱法［1，3－4］；罗丹明B的检测方法主要有酶联免疫法［5］、高效液相色谱法［6－8］、液相色谱－质谱联用法［9－12］、液相色谱－离子阱飞行时间质谱法［13］。但是对于碱性工业染料类的裂解规律研究鲜有报道。

离子阱飞行时间质谱是目前比较成熟的一种软电离质谱技术，在有机化合物的分析中有着极为广泛的应用［14－15］。它不仅能够快速、高分辨地测定正负离子碎片［16］，给出样品分子质量的相关信息，而且还可以给出样品结构的丰富信息［17］。其主要优点是在一级质谱条件下获得很强的待测物准分子离子峰，并可借助MSn（n＝2～10）对准分子离子进行多级裂解，进而获得丰富的结构信息［18－21］。本实验应用离子阱飞行时间质谱和电喷雾电离技术，以碱性橙21、22和罗丹明B为代表，对碱性工业染料的电喷雾电离规律进行总结，推断碱性工业染料及其类似物的结构特点和裂解规律，为此类化合物的快速鉴定提供依据。

图1 3种碱性染料的结构式、分子式和相对分子质量Fig.1 Structures，molecular formula and relative molecular mass of the three basic dyes

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

液相色谱－离子阱飞行时间质谱联用仪（LC／MS－IT－TOF）:日本岛津公司产品，配有电喷雾电离源（ESI），LC／MS solution V3.60工作站；分析天平（感量0.01mg）:瑞士Mettler公司产品。

碱性橙21（CAS No.3056－93－7）、罗丹明 B（CAS No.81－88－9）标准样品:美 国 Sigma－Aldrich公司产品；碱性橙22（CAS No.4657－00－5）标准样品:日本Tokyo Chemical有限公司产品；甲醇（色谱纯）:德国 Merck公司产品；实验用水为Milli－Q超纯水。

标准溶液的配制:分别准确称取10mg碱性橙21、碱性橙22、罗丹明B标准品于10mL容量瓶中，用甲醇溶解，配制成1g／L储备液，密封储存于4℃冰箱中。

1.2 质谱条件

离子化模式:ESI源；正离子模式；雾化气流速1.50L／min；干燥气流速10L／min；曲形脱溶剂管（CDL）温度200℃；加热模块温度200℃；检测器电压1.57kV；离子源电压4.5kV；离子累积时间30ms，质量扫描范围:碱性橙21、22（m／z100～500），罗丹明B（m／z100～600）。

1.3 实验方法

准确吸取0.1mL 1g／L储备液于100mL容量瓶中，用甲醇定容，得1mg／L标准溶液。在正离子模式下，用注射泵以10μL／min的流速注入质谱仪进行分析。

2 结果与讨论

由于3种碱性染料分子中都含有Cl－，因而非常容易失去Cl－，易形成N＋离子，故选择在正离子模式下对碱性橙21、碱性橙22和罗丹明B进行扫描。碱性橙21、22的选择扫描范围为m／z100～500，罗丹明B的选择扫描范围为m／z100～600，在默认能量（50%）下，分别对它们进行全扫描。

2.1 碱性橙21裂解规律探析

碱性橙21在正离子模式下的多级质谱图示于图2。碱性橙21在全扫描后，发现准分子离子峰m／z315.1825丰度很强，该离子可能为碱性橙21分子离子丢失Cl－所得；选择m／z 315.1825进行二级裂解，得到 m／z 300.1605碎片离子，该碎片可能由m／z315.1825失去中性碎片CH3所得；选择m／z 300.1605进行三级裂解，得到碎片离子m／z 285.1361，可能由m／z 300.1605 丢失 CH3得到；对 m／z 285.1361进行四级裂解，获得碎片m／z 270.1128，此碎片可能是由m／z285.1361失去CH3所得；对m／z 270.1128进行五级裂解，得碎片m／z255.0894，该碎片离子可能由 m／z 270.1128丢失CH3所得。碱性橙21的裂解规律探析示于图3。

图2 碱性橙21在正离子模式下的多级质谱图Fig.2 MS and MSn spectra data of astrazon orange G

图3 碱性橙21裂解规律探析Fig.3 The main possible fragmentation pathway of astrazon orange G

2.2 碱性橙22裂解规律探析

碱性橙22裂解规律探析示于图4。碱性橙22在正离子模式下的多级质谱图示于图5。全扫描后发现:碱性橙22有丰度很强的准分子离子m／z391.2141，该离子可能为碱性橙22分子离子丢失了Cl－所得；选择m／z 391.2141进行二级裂解，能量200%，发现得到较多的碎片离子，主要有m／z 361.1681，299.1508 和220.1090，这些碎片离子可能由m／z391.2141分别失去中性碎片C2H6，C7H8，C12H13N得到；选择m／z361.1681，299.1506进行三级裂解，分别得到碎片离子 m／z 345.1373 和284.1287，m／z 345.1373 可 能 由 m／z 361.1681丢失CH4所得，m／z 284.1287可能由m／z 299.1506 丢 失 CH3所 得；对 m／z 345.1373，284.1287 进 行 四 级 裂 解，能 量150%，分别得到碎片离子 m／z 330.1120和m／z269.1049，m／z330.1120和269.1049可能分别由 m／z 345.1373和284.1287失去CH3所得；对m／z 269.1049进行五级裂解，产生主要碎片离子为m／z 254.0826，可能是m／z 269.1049丢失CH3后产生。

图4 碱性橙22裂解规律探析Fig.4 The main possible fragmentation pathway of astrazon orange R

图5 碱性橙22在正离子模式下的多级质谱图Fig.5 MS and MSn spectra data of astrazon orange R

2.3 罗丹明B裂解规律探析

罗丹明B在正离子模式下的多级质谱图示于图6。罗丹明B在进行全扫描后发现，m／z 443.2307准分子离子峰很强，该离子可能为罗丹明 B分子离子丢失 Cl－所得；选择 m／z 443.2307进行二级裂解，得到碎片离子m／z 399.1694，可能由m／z443.2307失去中性碎片C3H8得到；对m／z 399.1694进行三级裂解，得到碎片离子m／z 355.1057，该碎片离子可能由m／z 399.1694 丢 失 C3H8所 得；对 m／z 355.1057进行四级裂解，得到碎片离子m／z 311.1154，可能由 m／z 355.1057失去中性碎片CO2后产生；对m／z 311.1154进行五级裂解，产生主要碎片离子为m／z 282.0891，可能是m／z 311.1154丢失 CH3N 后产生；对 m／z 282.0891进行六级裂解，产生主要碎片离子为m／z255.0788，可能是m／z282.0891丢失CH后产生。罗丹明B裂解规律探析示于图7。

图6 罗丹明B在正离子模式下的多级质谱图Fig.6 MS and MSn spectra data of rhodamine B

图7 罗丹明B裂解规律探析Fig.7 The main possible fragmentation pathway of rhodamine B

3 结论

根据对碱性橙21、碱性橙22和罗丹明B可能的裂解规律分析，发现此类化合物一般容易先失去Cl－，形成N＋离子。由于该类染料存在多个苯环，苯环的存在形成了大π键，是较稳定的结构，因此在正离子模式下，所产生的特征碎片离子主要是通过化合物的C—N键、环与侧链烷基、羧基间的C—C键断裂所得到。一般情况下，在电离源的轰击下，容易先失去·CH3和·CH2CH3，然后形成更稳定的结构。离子阱飞行时间串联质谱有望用于分析碱性工业染料及其类似物的结构特点和裂解规律。对于新型染料，可根据现有的碱性染料特点及其裂解规律来推断其结构，还可与高效液相色谱联用，充分发挥其直接分析、高灵敏度和快速分析的优势，可大大减少假阳性和假阴性等情况的发生。

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