苏丹红染料在四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱中的离子化与裂解规律研究

陈树兵，余晓玲，李 双，方科益，余晓琴，韩 超

(1.宁波海关技术中心，浙江 宁波 315040；2.四川省食品药品检验检测院，四川 成都 610097；3.浙江树人大学 生物与环境工程学院，浙江 杭州 310015)

偶氮类染料是广泛使用的合成有机染料，苏丹红Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均属此类染料。苏丹红染料是以苯基偶氮萘酚为主要基团的亲脂性化合物，可用于多种材质的染色，着色持久且成本低廉，因此一些不法商贩将其用作食品色素[1]，但该类物质具有潜在的遗传毒性和致癌性[2-4]。目前，食品中苏丹红染料的研究主要集中在前处理条件的优化，方法涉及液相色谱技术和液相色谱-质谱联用技术[1,5-21]，然而对苏丹红系列染料裂解规律的研究甚少。液相色谱法除了难以满足复杂食品基质中低限量检测的要求外，更不能提供任何结构信息，极易产生假阳性结果。三重四极杆质谱主要通过MRM模式对已知化合物(目标型)进行检测，分辨率低，不能直观地给出各离子的高精度质量数和碎裂片段元素组成信息，对裂解途径的判断证据不足。

本文通过分辨率高达70 000的四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱，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，直接采集碎裂片段的高精度质量数(m/z200，误差值<5×10-6)，且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，即可获得高精度质量数下碎裂片段的元素组成，基于此探究了苏丹红Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的最佳电离方式和质谱裂解规律，以为偶氮类染料的快速鉴定提供质谱依据。

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(赛默飞世尔科技公司)，配H-ESI Ⅱ源，注射泵直接进样。Milli-Q高纯水发生器(美国Millipore公司)。

苏丹红染料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ标准品(Sudan Red Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，纯度≥95%，Sigma公司)，乙腈(色谱纯，德国Merck公司)，甲酸铵和二氯甲烷(色谱纯，美国Sigma-Aldrich公司)，实验用水为Milli-Q制备的超纯水(18.2 ΩM·cm)

苏丹红Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ标准溶液采用二氯甲烷溶解，乙腈定容，使用时用乙腈-水(含5 mmol/L甲酸铵)稀释至10 mg/L，于4 ℃避光保存。

1.2 质谱条件

在正/负离子转换模式下进行质谱全扫描测定，质量范围：m/z50～800，分辨率70 000(m/z200)，自动增益控制(AGC)目标值5×105；离子源电压：2 700 V(ESI-)和3 500 V(ESI+)，碰撞诱导裂解(CID)能量范围10～50 V，离子传输管温度为300 ℃，鞘气流速(N2)：5 L/h，辅助气流速(N2)：5 L/h，气化室温度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35 000，AGC目标值2×105，碰撞能量范围10～100 eV。注射泵直接进样，流速10 μL/min。

2 结果与讨论

2.1 分子离子峰的形成

表1 4种苏丹红染料的最佳电离方式、分子离子峰和基峰m/z值Table 1 Best ionization mode,molecular ion peak and the base peak m/z value of 4 Sudan Red dyes

母离子的选择是质谱分析中准确定性定量的第一步，通常选择结构信息完整，强度响应高的母离子作为目标化合物的准分子离子峰。本文采用直接进样的方式，通过比较正、负离子模式下目标化合物的响应强度，确定了4种苏丹红类染料的最佳电离方式和分子离子峰的存在形式(表1)。结果显示：偶氮基团形成的超级共轭结构很难被质子化，但由于分子结构中羟基基团的存在，使质子亲和势增大，质子化作用易于进行，该类物质能够在ESI+中形成稳定的[M+H]+离子。

2.2 二级质谱裂解规律解析

图1 苏丹红Ⅰ在不同碰撞能量下的二级质谱叠加图(A)及3种互变异构体(B)

图2 苏丹红Ⅱ在不同碰撞能量下的二级质谱叠加图(A)及3种互变异构体(B)Fig.2 Overlapping secondary mass spectrometry of Sudan Red Ⅱ at different collision energies(A) and the fragmentation of 3 mutants(B)black:20 eV;red:90 eV

图4 苏丹红Ⅳ在不同碰撞能量下的二级质谱叠加图(A)及3种互变异构体(B)Fig.4 Overlapping secondary mass spectrometry of Sudan Red Ⅳ at different collision energies(A) and the fragmentation of 3 mutants(B)black:30 eV;red:90 eV

碰撞能量为90 eV时的主要碎裂片段包括高碰撞能下新出现的碎片离子m/z104.049 8[C7H6N]+、m/z115.054 3[C9H7]+和m/z128.049 4[C9H6N]+，表明该途径的能垒很高，不易于进行。其中，m/z104.049 8[C7H6N]+是在m/z224.117 9的基础上，偶氮基团1与萘环端的C—N键断裂后形成的；m/z128.049 4是由m/z156.044 0进一步发生裂解开环，脱去萘环上的羰基，C—N键的2个单电子组合成键后形成。同样地，m/z115.054 3[C9H7]+来源于酮式异构体，发生开环裂解脱去萘环上的羰基的同时，偶氮基团2的近萘环端C—N键断裂后形成，从能量角度而言，该裂解途径最为有利，整个裂解过程类似于苏丹红Ⅲ。

2.3 苏丹红类染料裂解规律

3 结 论