液相色谱 / 四极杆 - 飞行时间质谱 (LC/Q-TOF) 分析环境化合物第一部分 : 染料及颜料 应用报告 环境 作者 Jim Lau, Chin-Kai Meng, and Jennifer Gushue Agilent Technologies, Inc. 285 Centerville Road Wilmington, DE 1988 USA Vimal Balakrishnan and Mehran Alaee Environment Canada Aquatic Ecosystem Protection Research Division 867 Lakeshore Road Burlington, ON, L7R 4A6 Canada 摘要 染料 / 颜料的生产分布在世界范围内, 每年的产量约 1, 吨 大约 1% 的染料 / 颜料以某种形式 ( 原始化合物和降解产物 ) 进入到环境中 染料 / 颜料已经被加拿大政府环保部定为优先监测物质 目前环境中存在大量的染料 / 颜料 液相色谱 / 四极杆 - 飞行时间质谱 (LC/Q-TOF) 是化合物扫描鉴定的最佳技术 液相色谱 / 四极杆 - 飞行时间质谱 (LC/Q-TOF) 具有优异的一级质谱和二级质谱质量精确度 (< 3 ppm), 具有最高的结构确认能力和可信度 前言 在过去, 环境分析的主要手段是气相色谱 气质联用和其它手段 那时, 液质联用技术对于那些化合物的分析灵敏度和可靠性都不尽如意 今天, 由于液质联用技术的提高, 它们已经成为环境应用中监测有害物质的常用技术, 例如三重串联四极杆液质联用仪用于化合物的定性定量分析 随着液质新技术的出现和性能的提高, 能够检测出更多的化合物 ( 包括新兴的化合物 ) 环境有机物分析分为三类 : 1. 已知化合物 : 目标化合物是已知的 ( 例如, 三重串联四极杆用于目标化合物分析 ) 2. 有限的未知化合物 : 知道样品中存在某些化合物, 但是不知道这些化合物是什么 ( 例如, 代谢物 降解物或者特征形态 / 丢失 ) 3. 完全未知化合物 : 不知道化合物是什么, 也不知道样品中是否存在三重串联四极杆质谱适合于第一类 然而四极杆 - 飞行时间质谱 (Q-TOF) 适合于第二类和第三类, 因为这些化合物是需要鉴定的 四极杆 - 飞行时间质谱 (Q-TOF) 的精确质量数功能及相应的数据库可以被用于化合物的发现和鉴定 四极杆 - 飞行时间质谱 (Q-TOF) 的二级质谱则可以用于结构的进一步确证
加拿大环保部的任务是进行各种污染物对环境影响的危险评估分析 [1,2] 染料/ 颜料在世界范围内都有生产, 每年约 1, 吨 大约 1% 的染料 / 颜料以某种形式 ( 原始化合物和降解产物 ) 进入到环境中 尽管环境中许多种染料 / 颜料, 但是相应的对照品却不多 一些标准品可以生产, 但是首先要鉴定和表征样品中的化合物 流动相 A 流动相 B 色谱柱流速质谱 5 mm 醋酸铵,pH 4 的水溶液甲醇 ZORBAX XDB 2.1 x 5 mm, C-18, 3.5 µm 粒径.5 ml/min 2 张谱图 / 秒 5 11 m/z 本研究说明了高质量精确度以及四极杆 - 飞行时间质谱 (Q-TOF) 精确质量数产生准确匹配的化学分子式的能力 除此之外, 精确质量数的二级质谱被用于结构的确认分析 实验部分 样品本文中研究的两类染料 / 颜料分析是偶氮染料和蒽醌类染料 被分析的化合物是 : 酸性兰 8(Acid Blue 8) 酸性兰 129(Acid Blue 129) 苏丹绿 3(Sudan Green 3) 甲苯胺红 (Toluidine Red) 和苏丹红 III (Sudan III) 仪器参数所有的样品都是在 Agilent 12 SL 型高分离度快速液相色谱 /652 四极杆 - 飞行时间质谱 (Q-TOF) 上进行的 质谱的参数都是以自动调谐得到的 测量了每个组分的质量精确度 灵敏度和分离度 但是针对喷雾的形式 液相色谱流速和样品的热稳定性, 对离子源的条件做了优化 正离子模式内标离子 m/z 121, 922 负离子模式内标离子 m/z 113, 134 自动质谱 / 质谱 结果与讨论 2 张谱图 / 秒扫描和 2 张谱图 / 秒质谱 / 质谱扫描 Q-TOF 参数 全自动调谐 干燥气 13 L/min 氮气,3 C 雾化器压力 电喷雾正离子模式 (+) 碰撞诱导解离电压 5 psi 3 KV 14 V 利用 Q-TOF 检索化合物的方式之一是直接输入化学分子式 化学式可以以单个或一组的形式输入到 CSV 格式的数据库中 ( 见图 1) 数据包括化合物名 化合式和精确质量数 化合物的保留时间是一个选项, 但是有助于提高结果可信度 图 2 显示了在 ± 5 ppm 区间里得到的 5 个匹配结果的质谱图 质子化离子会自动以化学式标记 表 1 是本方法研究的 5 个化合物分析结果的质量精确度 所有的质子化离子和加钠离子的质量精确度都在 3 ppm 内 图 1. 利用手动输入化学式或者化学式数据库方式检索 Q-TOF 数据之后的结果 2
1 4 2 31.14169 635.15114 C32H31N2O8S2 1 4 5 437.1177 C23H21N2O5S 1 5 31.14137 399.25116 2 419.17588 C28H23N2O2 Acid Blue 8 Formula C32H3N2O8S2 Exact Mass 634.14435 Acid Blue 129 C23H2N2O5S 436.19287 1 4 5 1 5 1 38.1364 C17H14N3O3 353.1448 353.1464 C22H17N4O 441.2812 Sudan Green 3 Toluidine Red Sudan III C28H22N2O2 C17H13N3O3 C22H16N4O 418.168119 37.95687 352.13245 413.26655 28 3 32 34 36 38 4 42 44 46 48 5 52 54 56 58 6 62 64 66 (m/z) 图 2. 化学式数据检索之后找到的 5 个染料化合物 表 1. 5 个组分的质量精确度 浓度 化学式精确质量数 ( 甲醇溶液 ) MH + MNa + 酸性兰 8 C 32H 3N 2O 8S 2 634.14435 1 mg/l.33 ppm.4 ppm 酸性兰 129 C 23H 2N 2O 5S 436.19287 1 mg/l 1.13 ppm.73 ppm 苏丹绿 3 C 28H 22N 2O 2 418.168119 1 mg/l 1.65 ppm.97 ppm 甲苯胺红 C 17H 13N 3O 3 37.95687 1 mg/l 2.39 ppm 1.69 ppm 苏丹红 III C 22H 16N 4O 352.13245 1 mg/l 2.89 ppm 1.28 ppm 另外一种检索化学组分的方式是利用分子特征提取 (MFE) 此功能着眼于离子特征并从总离子流图中将化合物提取出来 图 3 是总离子流图的叠加图, 通过分子特征提取 (MFE) 计算, 筛选出 18 个化合物 ( 信号响应大于 1) 为了对每一个化合物进行定性, 所有的化合物都在精确质量数数据库的基础上进行检索 图 4 显示了数据库检索结果,18 个化合物的 5 个组分符合要求 图 5 是 Mass Hunter 软件的屏幕拷贝, 显示了 5 个化合物与该数据库匹配 发现的 5 个组分的两个都被鉴定为苏丹红 III 虽然保留时间, 但 具有非常相似的质谱图 通过点击 Mass Hunter 软件内部的热链接, 可以利用在线的其它数据库进行进一步的检索和确认 图 6 是苏丹红 III 在线 ChemID 数据库检索的结果, 发现苏丹红 III 有两个位置异构体, 其二级质谱相似, 以及四个异构体, 不仅位置不同, 其二级质谱差异也很明显 图 7 是利用相关数据质谱 / 质谱模式采集的谱图, 碎片离子和丢失的中性分子基团的化学式也被自动计算出来 两个峰的碎裂特征一致, 最后确认两个化合物是苏丹红 III 的异构体 3
x1 6 6 5 4 3 TIC 2 1 2.816 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 5.4 图 3. 总离子流图的叠加图和分子特征提取色谱图 在响应大于 1 的阈值下, 发现 18 个峰 图 4. 数据库检索发现 5 个化合物 4
图 5. Mass Hunter 软件经过数据库检索之后的 5 个化合物的结果 Sudan III 图 6. 在线 ChemID 数据库的检测结果, 苏丹红 III 5
图 7. 数据相关二级质谱的结果显示两个组分的碎裂方式一致, 证明是苏丹红 III 的异构体 6
结论 样品的化合物可以通过化学式检索或者分子特征提取 (MFE) 被发现, 一次可以分析不限数量的化合物 更多信息 要了解有关我们产品和服务的更多信息, 请访问我们的网站 www.agilent.com/chem/cn 对于 5 个染料化合物, 其优异的质量精确度 (< 3 ppm) 显著提高结果可信度 ( 生成化学式和化合物确认 ) Q-TOF 的二级质谱可以用于确认离子特征和化合物结构, 对未知化合物的最后确认极有帮助 Mass Hunter 软件中的热链接功能可以进行常见在线数据的快速检索 参考文献 1. Jim Lau, Chin-Kai Meng, Jennifer Gushue, Robert J. Letcher, and Shaogang Chu, Analyzing Compounds of Environmental Interest Using an LC/Q-TOF Part 2: Fluorotelomer Unsaturated Acids, Agilent Technologies publication 5989-9132, August 28. 2. Jim Lau, Chin-Kai Meng, Jennifer Gushue, Mark Hewitt, and Suzanne Batchelor, Analyzing Compounds of Environmental Interest Using an LC/Q-TOF Part 3: Imidacloprid and Manool, Agilent Technologies publication 5989-9129, August 28. 7
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