液相质谱测定非极性或弱极性物质的研究进展

2020-03-11刘纲勇罗杰鸿黄锦波

广州化学 2020年1期

刘纲勇，罗杰鸿，黄锦波

（1. 广东食品药品职业学院，广东广州 510000；2. 广州金评检测研究院有限公司，广东广州 510000）

非极性或者弱极性化合物由于其软电离机理，很难用ESI和MALDI等大气压电离技术进行分析，借助气相色谱虽然可以测定非极性或弱极性物质，但气相色谱并不能测定众多高沸点的非极性或弱极性物质。

在液相质谱离子源发展的初期，一些接口技术，例如传送带接口技术、粒子速接口技术等，可以实现对非极性或弱极性物质的测定。它们大多数的原理都是基于液体直接引入的方式，尽管它们盛极一时，但是由于机械装置过于复杂以及对溶液流速的限制，最终导致这些方式的式微。

电喷雾离子源（ESI）[1]、大气压化学电离（APCI）[2]、基质辅助激光解吸附电离（MALDI）[3]等离子源是现今最流行的离子源。但是，能够在这些离子源实现检测的被测物，基本上是能够电离形成离子的物质，不管是经过施加高电压电离或者基质辅助激光解吸电离。

2003年，Hayen等[4]首次对液相质谱测定非极性或弱极性物质的研究进行综述，但其主要内容倾向于讲述衍生方式在非极性或弱极性物质检测中的应用以及一些新型离子源的应用。本文结合本实验室的一些研究内容，以一些代表性物质为例，对液相质谱测定非极性或弱极性物质的研究进行综述。

1 衍生方式

衍生反应[5]是通过化学反应，在分子结构的活性基团上修饰一些能够在液相质谱响应的基团。它可以改变分析物的各种物理化学性质和增强离子化效率，因此被广泛应用于各个领域的分析检测中。表1列举了衍生反应的类型与试剂。

表1 衍生反应的类型与试剂

1.1 醛酮类化合物

醛酮类化合物一般为非极性或弱极性物质。其中，腙化反应[6]是常见的醛酮衍生反应之一，广泛应用于醛类、酮类的衍生化检测，反应的机理是肼类物质的氨基进攻醛酮缺电子的羰基，脱水后生成亚氨基化合物，亚氨基化合物具有结合氢离子或者脱去氢离子的能力，从而能够在液相质谱中进行检测。

陈芳等[7]建立了使用苯并吖啶酮-5-乙酸酰肼作为衍生试剂结合高效液相色谱-串联质谱法检测地表水中11种醛类化合物的分析方法，采用了响应面优化法对衍生条件进行优化。使用标准加入法计算检出限，各目标物的检出限范围为0.21～0.58 μg/L。测试了地表水中目标物质的加标回收和精密度，回收率范围为95.8%～102.7%，RSD范围为2.06%～3.80%。

苯甲醛由于羰基结合质子的能力比较弱，在液相质谱并不能有效测定。彭雪等[8]利用新型化学衍生试剂罗丹明 B酰肼作为衍生试剂，建立了柱前衍生-高效液相色谱质谱联用法测定苯甲醛的方法。该方法采用甲醇提取后，罗丹明 B酰肼衍生化，采用液相色谱-质谱联用法进行测定。结果表明，该方法加标回收率为93.3%～104.0%，在0.05～6.00 ng/mL时呈良好的线性关系，相关系数为0.996 2，相对标准偏差为0.8%～2.6%，可满足蜂蜜中苯甲醛残留的测定。

1.2 醇类化合物、胺类化合物

这两类物质一般具有一定的极性，能够在液相质谱中检测。但部分物质极性比较弱，在液相质谱中响应值低，因此需要通过衍生方法提高其离子化效率。醇类化合物和胺类化合物的衍生方式比较类似，一般采用亲核反应进行衍生，例如丹磺酰氯衍生[9]、2-氟-1-甲基吡啶衍生[10]等。

人参二醇在药品、食品和化妆品具有重要作用，但它缺乏能带来高效质谱离子化效率的化学结构，因此，液相质谱测定人参二醇难以满足实际需求。赵先恩等[11]以罗丹明B为质谱增敏衍生化试剂，通过超声波辅助-分散液液微萃取和罗丹明 B衍生化联合的策略，建立了超高效液相色谱三重四极杆质谱检测人参二醇的分析方法。化妆品和人参药材中人参二醇经超声波辅助-分散液液微萃取进行萃取富集，以罗丹明B为衍生试剂，在N,N-羰基二咪唑（CDI）和4-二甲氨基吡啶（DMAP）的催化作用下，加热微波辅助衍生30 min后得到衍生产物。人参二醇衍生物的多反应监测（MRM）模式质谱测定3 min内完成，方法检出限4.0 ng/L，定量限达到15.0 ng/L，线性、精密度和回收率良好，与以往报道的方法相比，本方法具有灵敏度高和基质效应低的特点。

1.3 烯烃与炔烃

烯烃和炔烃主要为非极性或者弱极性物质，烯烃和炔烃的衍生研究比较少报道。烯烃与炔烃的衍生方法主要是针对烯烃上的双键和炔烃上的叁健进行官能团化，常见的例子为亚砜氯化物（如3-硝基-4-羧基苯基亚磺酰氯）加成反应、高锰酸钾氧化、过氧苯甲酸过氧化、甲氧汞化等方式[12]。

2 离子加合

离子加合是一种在检测的物质中普遍存在的现象，利用这种现象，能够测定一些非极性或者弱极性物质。这种方法应用于一些缺乏带来高效质谱离子化效率的化学结构的物质，可取得良好的效果。表2列举了离子加合的类型与试剂。

表2 离子加合的类型与试剂

2.1 正离子加合

正离子加合一般指铵根离子加合、钠离子加合、钾离子加合等，其具有一定的相似性。铵根离子加合常用于检测非极性或者弱极性物质，例如加入乙酸铵测定咯菌腈[13]。

与咯菌腈一样，噁唑菌酮也缺乏带来高效质谱离子化效率的化学结构，直接测定噁唑菌酮，响应值并不高。苗水等[14]利用液相串联质谱测定三七中508种农药残留时，采用铵根离子对噁唑菌酮进行加合测定。样品经改良的QuEChERS方法提取，分散固相萃取管净化后，在多反应监测（MRM）模式下进行LC-MS/MS分析。通过向两个流动相添加甲酸铵，从而能够生成稳定的铵根加合离子。

2.2 负离子加合

负离子加合一般指甲酸根、乙酸根、氯离子、亚硝基离子、硝基离子等加合模式。宣宇等[15]采用高选择性和灵敏度的LC/APCI/MS方法定量分析粉尘样品中的HMX、RDX等几种炸药成分。测定HMX时，硝基负离子、亚硝基负离子等负离子加合也是常用的方式。Zencak等[16]较早提出，利用三氯甲烷等氯源对氯化石蜡进行加合测定。马贺伟等[17]采用LC-MS/APCI对皮革的短链氯化石蜡（SCCPs）进行分析，该方法采用三氯甲烷作为氯源加合，能够在APCI离子源中检测氯化石蜡。结果表明，SCCPs的质谱图包含了多簇离子碎片峰，其响应值表现出对氯含量的依赖性。

3 离子源

现在市场上已经有超过100多种离子源面世。对离子源的研发，是分析工作的重要组成部分。APCI[18]、APPI[19-20]、DESI[21]等离子源的开发，为测定非极性或弱极性物质提供了重要的工具。由于离子源数量众多，各种测定原理也不同，本文主要介绍APCI、APPI、DESI三种离子源在这方面的应用。表3列举了不同离子源可以测定的物质。

表3 不同离子源的测定物质

3.1 APCI离子源

3.1.1 多溴联苯醚

多溴联苯醚极性比较低，一般情况下不适合用ESI电离模式，采用APCI作为电离模式可以有效地检测多溴联苯醚。利用APCI测定多溴联苯醚等非极性物质，能够观察到脱溴加氧的加合离子[22]，从而实现测定。

温泉等[23]建立了 LC/APCI/MS方法分析鱼油中的 PBDE-100、PBDE-154、PBDE-047、PBDE-099、PBDE-153、PBDE-209和PBDE-028这7种多溴联苯醚残留。样品制备后采用正己烷提取，中性硅胶和酸性硅胶SPE小柱净化后，APCI负模式多反应监测模式（MRM）测定。结果表明，多溴联苯醚（PBDEs）含量在1～1 000 mg/L浓度范围内线性关系良好，方法检测下限为1 ng/m L。该方法操作简单，准确性高，重现性好，适用于检测鱼油中的多溴联苯醚。

3.1.2 三硝基甲苯

三硝基甲苯，也叫TNT，由于其热不稳定性，液相色谱质谱联用法适合于测定三硝基甲苯。赵海雨等[24]建立液相色谱串联质谱联用仪检测浮土中三硝基甲苯的方法。方法以乙腈作为溶剂提取浮土中的TNT，过滤后直接测定，APCI源负离子模式监测。结果表明，该方法检测TNT的线性范围为0.05～100 ng/g，相关系数为0.999 1，定量下限为0.05 ng/g，加标回收率为88.5%～96.1%。该方法操作简单、提取方便，灵敏度高，基质效应小，满足对爆炸残留物中TNT的检测要求。

3.2 APPI 离子源

APPI是利用光化学作用将气相中的样品进行电离的离子化技术。石龙凯等[25]建立了有机溶剂萃取、硅胶固相萃取柱净化、液相色谱-串联质谱法（LCMS/MS法）测定食用油脂中EPA 16种多环芳烃的检测方法。样品加入乙腈萃取，蒸干溶解于环己烷中，硅胶固相萃取柱净化后环己烷洗脱，氮气吹干复溶于乙腈，液相质谱APPI离子源检测。该方法前处理简单，分析快捷，准确度与灵敏度高。

3.3 DESI 离子源

胡燕等[26]在不需要样品制备、预处理的前提下，将电喷雾解吸电离质谱法（DESI）用于岩石、纸张、布料、皮革、塑料、橡胶等不同表面上黑索今的直接快速检测。在优化试验条件下，用甲醇-乙酸（98+2）混合溶液作为喷雾溶剂，获得质荷比（m/z）223的黑索今准分子离子峰，并且通过串联质谱分析确定了黑索今碎片特征峰m/z 177。不同物质表面上黑索今的检出限均小于17.0 pg/cm2。