酸性染料在四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱中的离子化与裂解规律

李 双，王春芳，方科益，陈树兵*,曹国洲,韩 超，王传现

(1.宁波海关 技术中心，浙江 宁波 315040；2.宁波中盛产品检测有限公司，浙江 宁波 315040;3.浙江树人 大学 生物与环境工程学院,浙江 杭州 310015;4.上海海关 动植物与食品检验检疫技术中心，上海 200135)

随着质谱的发展和推广，工业染料检测正逐渐向利用高分辨质谱(HRMS)进行精确质量非目标型全扫描检测转变[16-19]。四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱(Q-Orbitrap-HRMS)可对目标化合物的准分子离子峰进行不同能量段的二级全扫描分析，在分辨率高达70 000情况下，可直接采集碎裂片段的高准确度质量数(分辨率>70 000,m/z200，误差值<5×10-6)。Q Exactive 质谱仪的Xcalibur软件还配备了全自动元素模拟功能，通过输入各目标化合物的元素组成及各元素的数量范围，进而模拟出超高分辨率下各个碎裂片段的元素组成，有助于快速推测出该类化合物的裂解途径，并总结出各类化合物的特征离子碎片，为目标化合物的快速鉴定提供依据。

本文通过四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱，对18种酸性染料的分子离子峰存在形式进行探究，并在分辨率高达70 000条件下，直接采集准分子离子峰碎裂片段的高准确度质量数(分辨率>70 000，m/z200)，对代表性化合物(酸性红1、酸性蓝9和酸性红18)的质谱裂解规律进行研究，为此类化合物的快速鉴定提供了依据。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Q-Exactive 四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱仪(ThermoFisher Scientific公司)，配有H-ESI Ⅱ源；注射泵直接进样；Milli-Q 高纯水发生器(美国Millipore 公司)。

18种酸性染料标准品购自Sigma和Dr.Ehrenstorfer公司，纯度≥95%；乙腈(色谱纯，德国Merck公司)，甲酸铵(色谱纯，美国Sigma-Aldrich公司)，实验用水为Milli-Q超纯水(18.2 MΩ·cm)。

标准溶液的配制:分别称取各酸性染料标准品适量，用水溶解，以乙腈-水(体积比1∶1,5 mmol/L甲酸铵)稀释成10 mg/L的标准溶液，于4 ℃避光保存。

1.2 质谱条件

正/负离子转换模式，质量范围:m/z50～800，分辨率70 000(m/z200)，自动增益控制(AGC)目标值为5e5；离子源电压:2 700 V(ESI-)和3 500 V(ESI+)；离子传输管温度为300 ℃，鞘气流速(N2)为5 L/h，辅助气流速(N2)为5 L/h，气化室温度为80 ℃；在样品运行前对仪器分别进行正/负离子校正；二级质谱分辨率为35 000，自动增益控制(AGC)目标值为2e5，碰撞能量范围为10 ～100 eV。注射泵直接进样，流速为10 μL/min。

2 结果与讨论

2.1 分子离子峰的形成

表1 18种酸性染料的最佳电离方式、分子离子峰存在形式、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 二级质谱裂解规律解析

选取代表性酸性染料(酸性红1、酸性蓝9和酸性红18)，通过四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱对其准分子离子峰进行二级全扫描分析，获得信息丰富、质量数精度高的碎裂片段(分辨率为35 000，m/z200)，再通过输入各目标化合物的元素组成及各元素的数量范围，进而模拟超高分辨率下各碎裂片段的元素组成(表1)(误差值<5×10-6)，快速推测出该类化合物的裂解途径，并总结各类化合物的特征离子碎片，为目标化合物的快速鉴定提供依据。

2.2.1 酸性红1的MS/MS质谱分析酸性红1的分子离子峰包括:单电荷的m/z464.023 8 [*M+H]-和m/z486.006 0 [*M+Na]-，以及带双电荷的m/z231.507 8 [*M]2-。其中以双电荷的m/z231.507 8 [*M]2-作为准分子离子峰(*M为脱去2个钠离子后的带电离子，图1A)，其是由磺酸根失去2个钠离子后生成带2个负电荷的磺酸根离子态所形成，分别对双电荷的m/z231.507 8 [*M]2-和单电荷的m/z464.023 8 [*M+H]-进行不同能量的二级质谱扫描(CE:10～100 eV)，并对整个能量范围内的二级质谱图进行叠加(图1B、C)，二级碎裂片段的断裂位点如图1D所示。由图1B可知，双电荷的m/z231.507 8 [*M]2-产生的主要碎裂片段离子有4个，借助元素模拟得出碎裂片段离子的元素组成，进而推测出该化合物的裂解过程如下:m/z178.984 5 [C12H8O2N(SO3)2]2-是偶氮基团在近萘环端C—N发生裂解，在萘环端形成的双电荷碎裂片段；m/z171.472 7 [C11H5O2N(SO3)2]2-是在m/z178.984 5的基础上，与萘环相连的支链末端—CH3同步丢失形成的碎裂片段；m/z157.979 0 [C10H6ON(SO3)2]2-是在m/z178.984 5的基础上，萘环端支链—C—NH—进一步发生裂解后形成；m/z79.955 7 [SO3]-是含磺酸基化合物的典型碎片离子，可作为该类化合物的特征离子碎片。

由图1C可知，单电荷的464.023 8 [*M+H]-产生的主要碎裂片段离子有4个: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]-与图1B中产生的碎裂片段一一对应；新产生的碎裂片段离子有:m/z263.997 8 [C11H6O2N(SO3)]-，是一端偶氮基团在近萘环端C—N发生断裂，另一端萘环相连的支链末端—CH3同步丢失形成m/z343.954 8 [C11H6O2N(SO3)2]-的基础上，结合H原子的磺酸基最终断裂后形成。同时，m/z79.955 7 [SO3]-碎裂片段的存在也证实了上述推测，并通过对采集的碎裂片段高精度质量数进行元素模拟证实了上述结论(误差值<5×10-6)。

2.2.2 酸性蓝9的MS/MS质谱分析酸性蓝9的结构中有3个磺酸根离子，形成的分子离子峰包括:单电荷的m/z747.152 0 [*M+H]-，双电荷的m/z373.071 7 [*M]2-，三电荷的m/z249.050 4 [*M-H]3-。其中以双电荷的m/z373.071 7 [*M]2-作为准分子离子峰(*M为脱去2个钠离子后的带电离子，图2A)，其是由磺酸根失去2个钠离子后生成带2个负电荷的磺酸根离子态所形成。由于三电荷的m/z249.050 4 [*M-H]3-产生的碎裂片段数值小，误差干扰大，不进行二级质谱分析。分别对双电荷的m/z373.071 7 [*M]2-和单电荷的m/z747.152 0 [*M+H]-进行不同能量值的二级质谱扫描(CE:10～100 eV)，并对整个能量范围内的二级质谱图进行叠加(图2B、C)，二级碎裂片段的断裂位点如图2D所示。由图2B可知，双电荷的m/z373.071 7 [*M]2-产生的主要碎裂片段离子有5个，借助元素模拟得出碎裂片段离子的元素组成，进而推测出该化合物的裂解过程如下:m/z333.093 2 [C37H34N2(SO3)2]2-是2个磺酸根失去钠离子后生成带2个负电荷的磺酸根离子态，同时，结合H原子的磺酸基断裂后形成的双电荷碎裂片段；中间苯环与靠近中间苯环的C—C键发生断裂，含单个磺酸根离子部分形成单电荷碎裂片段m/z295.124 3 [C15H21N(SO3)]-；m/z288.069 8 [C30H28N2(SO3)2]2-和m/z170.003 1[C7H6(SO3)]-是与含磺酸根离子外侧苯环相连的C—N键断裂，其中，含单个磺酸根离子部分形成单电荷碎裂片段m/z170.003 1，含双磺酸根离子部分形成双电荷碎裂片段m/z288.069 8；同样地，该类化合物很容易形成m/z79.955 7 [SO3]-典型碎片离子。由图2C可知，单电荷的m/z747.152 0 [*M+H]-产生的主要碎裂片段离子有6个:其中包括m/z667.194 1 [C37H35N2(SO3)2]-，m/z577.146 2 [C30H29N2(SO3)2]-，m/z170.003 1 [C7H6(SO3)]-，与图2B中产生的碎裂片段一一对应，只是某个磺酸根离子与溶剂中的H原子结合，形成的碎裂片段呈现单电荷状态；新产生的碎裂片段离子有3个:m/z587.236 5 [C37H35N2(SO3)]-，是由于其中2个磺酸根离子发生断裂，剩余部分形成了含单个磺酸根离子的单电荷碎裂片段；m/z561.115 5 [C29H25N2(SO3)2]-，是在磺酸根离子外侧苯环相连的C—N键断裂形成m/z577.146 2[C30H29N2(SO3)2]-的基础上，相邻支链末端—CH3同步断裂后形成的单电荷碎裂片段；m/z481.158 4 [C29H25N2(SO3)]-是在m/z561.115 5基础上，进一步丢失磺酸根离子后形成的单电荷状态。

3 结 论