用超高效液相色谱-二极管阵列检测-串联质谱法分析畲族服饰中蓝色染料

闫 晶， 张 寻， 雷光振， 范雪荣

(1. 江南大学 纺织服装学院， 江苏 无锡 214122; 2. 浙江农林大学 设计艺术学院， 浙江 临安 311300；3. 中国畲族博物馆， 浙江 景宁 323500)

畲族是唯一主要聚居于我国闽浙粤赣徽等地区的少数民族。畲民因善于植菁制靛而曾史称“菁客”，染色“为天下最”，其植物染色技术极具华东地区代表性[1]。与植物靛蓝相比，合成靛蓝等合成染料具有色牢度高、操作简便等优点，从而使植物靛蓝的使用量逐渐减少[2]，而合成染料究竟何时传入我国尚无明确定论[3]。分析畲族传统服饰中的染料成分，对还原华东地区民间生态染色技术和确立科学的文物修复保护方案具有积极意义。同时，对畲族服饰中天然靛蓝和合成靛蓝的鉴别也将有助于佐证文物断代和探究合成染料在我国的发展脉络，从而丰富纺织史的研究。

由于植物染料属于混合物，单一方法常无法对其进行定性或定量分析，需同时使用色谱法、分子光谱法和质谱法等多种分析方法进行对比鉴别[4-6]。国内外学者曾采用拉曼光谱[7]、微型光纤光谱技术[8]、高效液相色谱-二极管阵列紫外检测法(HPLC-DAD-UV)和质谱法(MS)[9]、超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF-MS)及二极管阵列联用技术[10]对不同年代的纺织品所用染料进行鉴别。目前对天然靛蓝与合成靛蓝染色织物，通常采用高效液相色谱、薄层色谱、可见光吸收光谱、近红外漫反射光谱、荧光光谱和拉曼光谱等进行鉴定，但鉴别准确度尚不高[11-12]。

本文采用超高效液相色谱-光电二极管阵列检测-串联四极杆飞行时间质谱(UHPLC-DAD-Q-TOF-MS)鉴别畲族服饰中的蓝色染料。通过对染料萃取液的超高效液相色谱分离，结合高分辨率飞行时间质谱和二极管阵列检测器采集的紫外-可见吸收光谱数据，实现了对样品更快速、更灵敏及准确度更高的鉴别。

1 实验部分

1.1 材 料

本文选用的畲族服饰来自中国畲族博物馆4件馆藏品，颜色以畲族服饰最为常见的蓝色调为主。样本采集时选择藏品周边脱落或即将脱落的少量蓝色织物或纱线。样品编号见图1。

图1 测试样品Fig.1 Test samples. (a) Sample 1; (b) Sample 2; (c) Sample 3; (d) Sample 4

1.2 仪器与试剂

超高效液相色谱质谱系统，配光电二极管阵列检测器及四极杆质谱检测器(美国Waters 公司)。

N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，分析纯，由国药集团化学试剂有限公司提供；合成靛蓝标准样(纯度为95%)和靛玉红标准样(纯度为95%)，由百灵威公司提供；天然靛蓝标准样，由贵州省安顺市蜡染总厂提供。

1.3 分析条件

1.3.1 色谱条件

检测波长为200～500 nm；色谱柱为BEH C18，2.1 mm×150 mm × 1.7 μm；流动相A为乙腈，流动相B为0.1%甲酸； 柱温为45 ℃；流速为0.3 mL/min；进样量为5 μL；梯度洗脱体系如表1所示。

表1 梯度洗脱体系Tab.1 UHPLC gradient elution system

1.3.2 质谱条件

电喷雾(ESI)正离子源；毛细管电压为3.5 kV；锥孔电压为20 V；离子源温度为100 ℃；脱溶剂气温度为400 ℃；脱溶剂气流量为700 L/h；锥孔气流量为50 L/h；碰撞能量为6/20 V；扫描范围(m/z)为20～2 000；探测器电压为1 800 V。

1.4 标准品处理

取0.002 g左右的标准品染料，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 聚四氟乙烯针式过滤器过滤。

1.5 样品处理

取0.04 g左右的织物或纱线，置于2 μL DMF中，在4 ℃冰箱中静置24 h，待用。使用前用0.22 μm聚四氟乙烯针式过滤器过滤。

2 结果与讨论

2.1 标准样检测结果

由于天然靛蓝含有一定量靛玉红杂质，目前鉴别天然靛蓝和合成靛蓝主要通过检测其是否含有靛玉红[12]。

图3 各标准品特征色谱峰不同保留时间所对应的二级质谱图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

合成靛蓝、靛玉红和天然靛蓝标准品的超高效液相色谱图，及其特征色谱峰保留时间(t)所对应的二级质谱图分别如图2、3所示。

图2 各标准品超高效液相色谱图Fig.2 UHPLC chromatograms of standards

由图2可见，合成靛蓝标准品在4.36 min时出现最大色谱峰，该色谱峰所对应的二级质谱图如图3(a)所示，其中丰度最大的质谱峰对应质荷比为263.1，与靛蓝理论值263.082 1接近，因此断定该峰为靛蓝分子离子峰。其他峰是离子源中分子离子与未电离的分子互相碰撞发生二级反应形成的准分子离子的质谱峰。质荷比显示为262.1的质谱峰应是靛蓝分子失去1个氢原子的准分子离子峰，质荷比为264.1的质谱峰应是靛蓝分子离子夺取中性分子中1个氢原子形成的准分子离子峰。综上判定图2中合成靛蓝在4.36 min左右出现的色谱峰为靛蓝的特征色谱峰。

图2中，靛玉红标准品在4.80 min时出现最大色谱峰，该色谱峰所对应的二级质谱图如图3(b)所示，其中丰度最大的质谱峰对应质荷比为263.1，与靛玉红理论值263.082 1接近，故断定该峰为靛玉红分子离子峰，从而判定图2中4.80 min左右出现的为靛玉红的特征色谱峰。

图2中天然靛蓝标准品在4.33、4.78 min时出现色谱峰，且其对应质谱图(图3(c)、图3(d))显示化合物相对分子质量为263.1，与靛蓝和靛玉红接近，说明天然靛蓝同时含有靛蓝及靛玉红色素。

图4 各标准品的紫外-可见吸收光谱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

靛蓝和靛玉红为同分异构体，无法通过质谱图中的分子量进行精确鉴别，但可通过二极管阵列检测 (UHPLC-DAD)二者紫外-可见吸收光谱加以区分。如图4(a)、(c)所示，合成靛蓝及天然靛蓝标准样保留时间为4.3 min附近处组分的紫外-可见吸收光谱均在287.2～613.2 nm处出现最大吸收峰，与文献[11]所测靛蓝紫外吸收峰基本一致，辅证了该2个样品含靛蓝；而天然靛蓝及靛玉红标准样保留时间4.7 min附近的紫外-可见吸收光谱均在291.2、541 nm处出现吸收峰(见图4(b)、(d))，与文献[11]所测靛玉红紫外吸收峰基本一致，辅证了该2个样品含靛玉红。故可通过对比4.3、4.7 min附近处组分的紫外-可见吸收光谱图中的特征吸收峰对靛蓝和靛玉红进行鉴别。

2.2 1号样品检测结果与分析

图5为1号样品的超高效液相色谱图，图6为1号样品在保留时间为4.36 min时组分的二级质谱图。可见在保留时间为4.36 min时有色谱峰，其对应相对分子质量为263.1(图6)，因此初步判定1号样品的检测结果中出现了靛蓝。同时如图5所示，在保留时间为4.7 min左右时，1号样品未出色谱峰，因此初步判定1号样品的检测结果中没有靛玉红。

图7为1号样品在4.29 min处组分的紫外-可见吸收光谱图。 通过二极管阵列检测， 1号样品在4.29 min处组分的紫外-可见吸收光谱于287.2、613.2 nm处出现特征吸收峰，辅证了1号样品含靛蓝。由于4.7 min时未出现吸收峰，可知在1号样品中没有检测出靛玉红，该样品所用染料为合成靛蓝。根据中国畲族博物馆馆藏资料，1号样品大襟花边女上衣来自清末丽水地区，说明合成染料于清末已流入丽水地区。

图5 1号样品超高效液相色谱图Fig.5 UHPLC chromatogram of sample 1

图6 1号样品4.36 min处组分的二级质谱图Fig.6 MS /MS spectrum of sample 1 (t=4.36 min)

图7 1号样品 4.29 min处组分的紫外-可见吸收光谱图Fig.7 UV-visible absorption spectrogram of sample 1(t=4.29 min)

2.3 2号样品检测结果与分析

图8、9分别示出2号样品的液相色谱图和二级质谱图。2号样品的UHPLC-Q-TOF-MS检测结果在保留时间为4.36 min处时有对应相对分子质量为263.1的色谱峰，说明2号样品含有靛蓝。如图8和图9(b)所示，在保留时间为4.71 min时，样品中出现了对应相对分子质量为263.1的色谱峰，初步判定2号样品含有靛玉红。

图8 2号样品超高效液相色谱图Fig.8 UHPLC chromatogram of sample 2

图9 2号样品二级质谱图Fig.9 MS/MS spectra of sample 2

图10示出2号样品紫外-可见吸收光谱。保留时间为4.28 min处的组分在286.2、613.2 nm处出现靛蓝特征吸收峰(图10(a))，辅证了该样品含靛蓝；同时保留时间在4.72 min处的组分在291.2、540.2 nm处出现靛玉红特征吸收峰(见图10(b))，可确定2号样品含有靛玉红。因此，断定该样品使用了天然靛蓝进行染色。据中国畲族博物馆馆藏资料，2号样品为清末丽水地区的小儿棉风帽，结合1号样品检测结果，可知清末时丽水地区正兼用合成靛蓝染料和天然靛蓝染料染色。

2.4 3号样品检测结果与分析

图11、12分别为3号样品的液相色谱图和二级质谱图。可以看出，3号样品在保留时间为4.36 min时，出现了与靛蓝相符的色谱峰，说明3号样品含有靛蓝。而在保留时间为4.7 min左右时，样品没有出现靛玉红特征色谱峰，因此初步判定3号样品为合成靛蓝。

图13示出3号样品紫外-可见吸收光谱。进一步分析发现，保留时间在4.29 min处的组分在286.2、613.2 nm处出现吸收峰，辅证了该样品含靛蓝；而保留时间在4.7 min附近未出现靛玉红吸收峰，可知没有检测出靛玉红，因此，可断定该样品所含染料为合成靛蓝。根据中国畲族博物馆馆藏资料，3号样品为民国景宁地区代表性的畲族彩色双排字纹布带，可知民国时期景宁地区合成染料染色纱线已进入民间。

图10 2号样品紫外-可见吸收光谱图Fig.10 UV visible absorption spectrograms of sample 2

图12 3号样品4.36 min处组分的二级质谱图Fig.12 MS /MS spectrum of sample 3(t=4.36 min)

图13 3号样品 4.29 min处组分的紫外-可见吸收光谱图Fig.13 UV visible absorption spectrogram of sample 3(t=4.29 min)

2.5 4号样品检测结果

图14、15为4号样品的超高效液相色谱图和二级质谱图。同上分析4号样品的检测结果可知，4号样品含有靛蓝，且因在保留时间为4.7 min左右出现靛玉红色谱峰，故初步判定4号样品也含有靛玉红。

图14 4号样品超高效液相色谱图Fig.14 UHPLC chromatogram of sample 4

图16示出4号样品的紫外-可见吸收光谱图。进一步分析发现，保留时间在4.30 min处的组分在286.2、613.2 nm处出现特征吸收峰，辅证了该样品含靛蓝；如图16(b)所示，在4.72 min处的组分在291.2、545.2 nm处出现靛玉红特征峰，可确定在4号样品的检测结果中出现靛玉红，故确定该样品所用染料为天然靛蓝。

图15 4号样品二级质谱图Fig.15 MS /MS spectra of sample 4

图16 4号样品紫外-可见吸收光谱图Fig.16 UV-visible absorption spectrograms of sample 4

根据中国畲族博物馆馆藏资料，4号样品取样来源为新中国成立初期景宁地区畲族女常服，故可知景宁地区畲族天然靛蓝染料一直延续使用到至少新中国成立初期。值得注意的是，据文献考据和田野调查显示，合成靛蓝进入中国民间后，常与天然靛蓝搭配使用，如此便兼得合成靛蓝上染快速高效色牢度高和天然靛蓝成本低廉色泽自然的优点[13]。

因此，仅能根据4号样品的检测结果说明其取自的畲族女常服上染原料含有天然靛蓝，而无法断定是否使用了合成靛蓝。

3 结 论

本文通过对4件畲族传统服饰萃取所得染料进行色谱分离，结合高分辨率飞行时间质谱数据和二极管阵列检测器采集的可见-紫外吸收光谱数据对染料进行鉴别，结果显示蓝色系样品均由靛蓝色素染成。1号样品和2号样品均来自清末丽水地区，检测结果分别出现了合成靛蓝和天然靛蓝的特征吸收峰，表明清末时丽水地区可能兼用合成靛蓝染料和天然靛蓝染料。3号样品为民国时期景宁地区代表性畲族彩带，检测结果显示其为合成靛蓝染色而非天然靛蓝染色，故可知民国时期景宁地区合成染料染色纱线可能已进入民间。4号样品取样来源为新中国成立初期景宁地区畲族女常服，由于其检测结果出现靛玉红，从而判定在对其染色时，使用了天然靛蓝，故可知新中国成立初期景宁地区畲族可能仍延续使用植物染料。

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