氨苄西林质谱解析及其离子化方式研究*

宁志强，李猛，张宏森，张春荣，宁庆华

（1.黑龙江省科学院石油化学研究院，黑龙江哈尔滨 150040；

2.黑龙江科技学院现代分析测试研究中心，黑龙江哈尔滨 150027；3.大庆油田电子集团电力营销公司，黑龙江大庆 163000）

氨苄西林质谱解析及其离子化方式研究*

宁志强1，李猛1，张宏森2，张春荣1，宁庆华3

（1.黑龙江省科学院石油化学研究院，黑龙江哈尔滨 150040；

2.黑龙江科技学院现代分析测试研究中心，黑龙江哈尔滨 150027；3.大庆油田电子集团电力营销公司，黑龙江大庆 163000）

通过对于氨苄西林正离子模式质谱谱图的解析，探讨了氨苄西林的离子化方式和裂解规律。研究表明：氨苄西林存在3种质子化方式，不同的质子化方式所形成分子离子具有不同的裂解方式；质子化的质子具有明显的活性，是质谱进一步裂解的主要原因；离子化方式对于质谱峰的丰度会产生重要影响。本研究为氨苄西林质谱分析和构效关系研究提供了重要的实验基础与理论依据。

氨苄西林；质谱解析；离子化方式

前言

质谱以其灵敏度高和分析速度快的特点,已经成为了食品药物残留、药物代谢、药物筛选、药品质量控制等诸多领域定性和定量分析的重要工具。然而如何准确分析质谱中质量数据所反映的化合物的结构特点和构效关系，仍然是当今分析测试领域的一个巨大挑战！质核比相同并不能说明具有相同的结构，因此，单纯依靠质核比数据作为定性定量的依据，将严重影响分析的准确性。对于质谱进行解析，确定化合物的质谱裂解方式和质谱峰所代表的相应结构，将会提高分析测试的准确性。此外，我们的前期研究表明：不同的离子化方式以及不同的离子化位点对于化合物的结构和性质将产生很大的影响[1]，因此确定分子离子化后的结构是研究质谱行为和裂解方式的基础。

近年来，质谱分析方法被广泛应用在青霉素类化合物的检测中，并已经开展了质谱裂解规律的研究。A.F.CASY等[2]提出了青霉素类化合物四元环和五元环可能具有的开环裂解方式（如图1所示）。王娜[3]等通过傅立叶变换-离子回旋共振质谱对裂解碎片质量进行了精确的测量。张宏森[4]等应用多级串联技术进一步研究了阿莫西林的裂解方式和碎片结构。在青霉素类化合物中氨苄西林以其极低的毒性，良好的疗效倍受关注。郑岩[5]等研究了氨苄西林钠负离子质谱裂解规律。然而对于正离子检测模式下，质子对于氨苄西林裂解方式的影响，在国内外文献中很少有报道，这主要是由氨苄西林结构所决定的。氨苄西林结构如图2所示，在其分子中含有3个N原子，分别是N1,N2和N3。每个原子都可以提供孤对电子，与质子结合生成分子离子，因此难以确定具体的离子化方式。

本项研究通过对于裂解方式的解析，反推其离子化方式[6]，并进一步研究离子化后质子对于裂解方式的影响，为氨苄西林质谱分析和构效关系研究奠定理论和实验基础。

图1 A.F.CASY青霉素类药物的裂解规律Fig.1The cracking rules of penicillins by A.F.CASY

图2 氨苄西林结构式Fig.2The molecular structure of ampicillin

1 实验

1.1 仪器与试剂

6310液相色谱-离子阱质谱联用仪：美国Agilent公司产品；氨苄西林：哈药集团制药总厂生产，经过IR、NMR证实；农残纯甲醇：美国TEDIA公司产品；高纯水：美国honeywell公司产品。

1.2 实验条件

色谱条件：

色谱柱：Agilent Zorbax（30×2.1mm,SB-C18, 3.5μm）；流动相为甲醇∶水为70∶30（V/V）流速：0.3mL/min;柱温为35℃;进样量3μL;柱温35℃。

质谱条件：

离子源：ESI；Dry Temp 325℃；Nebulizer 30.10 psi；DryGas 9L/min，碰撞气：氦气，加热气：氮气。正离子模式检测。

1.3 样品制备

通过液相色谱对样品进行了进一步分离纯化，一级质谱检测[M+H]+为m/e350，确认了阿莫西林分子离子峰。以下检测均以该峰为母离子峰。

图3 氨苄西林电喷雾质谱正谱图Fig.3Full scan electrospray positive ion mass spectra of ampicillin

2 结果与讨论

2.1N1质子化及其裂解方式研究

通过对于m/z:160和114碎片离子的研究发现，它们的母离子均应来源于质子与N1结合所生成的分子离子。当质子与N1结合后，发生Diels-Alder逆反应，导致四元环沿纵向断开，以A方式开环，生成m/z:160碎片离子。N1结合质子进攻羧基上的C原子，导致羧基离去，生成m/z:160碎片离子。该母离子的裂解过程中，并没有发现β-内酰胺环仅以B方式开环，这主要是由于质子与N1结合后，四元环张力增大，N1与羰基C键更容易断裂，A裂解方式成为主要的裂解方式。2.2N2质子化及其裂解方式研究

通过对于m/z:333、192、174和114碎片离子的研究发现，它们的母离子均应来于质子与N2结合所生成的分子离子。N2远离β-内酰胺环，质子与N2结合后，并没有影响到β-内酰胺环,因此同时发生A和B的裂解方式。该质子进攻N3，导致N3以NH3的形式解离，生成m/z:333碎片离子。

β-内酰胺环以A方式开环，生成m/z:174碎片离子。以B方式开环,生成m/z:192碎片离子，N2上的质子进攻苯环，苯离去，生成m/z:114碎片离子。N1和N2质子化都可以生成m/z:114碎片离子，尽管二者的质核比相同，但二者的结构完全不同，相关文献已经通过串接质谱实验得到了证实[4]。 2.3N3质子化及其裂解方式研究

N3同样远离β-内酰胺环，但是在质谱数据中并没有检测到β-内酰胺环开环的碎片峰。质子与N3结合，该质子进攻羰基中的C原子，导致相应的化学键断裂，生成m/z:106碎片离子。这表明当N3质子化后，氨苄与羰基相连的化学键断裂比β-内酰胺环开环更容易。

Study on the Mass Spectrometry and Ionization Pattern of Ampicillin

NING Zhi-qiang1,LI Meng1,ZHANG Hong-sen2,ZHANG Chun-rong1and NING Qing-hua3

（1.Institute of Petrochemistry,Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150040,China;2.Modern Analysis,Test and Research Center,Heilongjiang Institute of Science and Technology,Harbin 150027,China;3.Electric Power Marketing Company,Daqing Oilfield Electric Group,Daqing 163000, China）

The ionization pattern and cracking rule of ampicillin is discussed by the way of positive ion mode mass spectrometric analysis．The results indicate that ampicillin has three different protonation patterns and leads to the formation of various molecular ions which have their own cracking ways;the protonation proton has high activity which is the main reason for the further cracking of mass spectroscopy;the way of ionization has a significant effect on the abundance of mass spectrometric peak．This study will provide important experimental and theoretical foundation for the research on mass spectrometric analysis and structure-activity relationship of the ampicillin．

Ampicillin;mass spectrometric analysis;ionization pattern

TQ460.7+2

A

1001-0017（2013）05-0034-03

2013-05-24*基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目（编号：12511472）

宁志强（1971-），男，山东巨野人，高级工程师，主要从事精细化工方面研究。