呂蒙瑩，黃婉秋，田 媛，黃 寅，張尊建,2，許風(fēng)國,2

(1. 中國藥科大學(xué)藥物質(zhì)量與安全預(yù)警教育部重點實驗室，江蘇 南京 210009； 2. 中國藥科大學(xué)天然藥物活性組分與藥效國家重點實驗室，江蘇 南京 210009)

多氯聯(lián)苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)是聯(lián)苯苯環(huán)上若干個氫原子被氯取代后生成的人工有機化合物的總稱，根據(jù)氯原子數(shù)目和位置的不同，共有209種同系物，命名為PCB1～PCB209。目前，PCBs多被用作變壓器和電容器內(nèi)的絕緣介質(zhì)、熱交換劑和潤滑劑等。作為典型的持久性有機污染物，PCBs具有難降解(滯留時間長)、高脂溶性(水溶性極低)的特點，易在食物鏈中富集，同時具有多種生物毒性，如免疫毒性、生殖毒性及神經(jīng)發(fā)育毒性等。因此，PCBs的污染問題引起了全球的廣泛關(guān)注，開展對PCBs的研究工作具有現(xiàn)實意義[1-8]。

對PCBs的研究多采用氣相色譜法，如氣相色譜-電子捕獲檢測法(GC-ECD)[9]、氣相色譜-電子轟擊離子源質(zhì)譜法(GC-EI-MS)[10]、氣相色譜-負化學(xué)離子源質(zhì)譜法(GC-NCI-MS)[11]等。在此基礎(chǔ)上，本實驗擬采用GC-EI-MS法和液相色譜-大氣壓化學(xué)電離質(zhì)譜(LC-APCI-MS)法對6種多氯聯(lián)苯化合物進行分析，并比較兩種電離方式下PCBs的質(zhì)譜裂解規(guī)律，以期為其他PCBs的快速鑒定提供依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與裝置

GC/MS-QP2010Ultra氣相色譜-四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀：日本島津公司產(chǎn)品，配有電子轟擊離子源(EI)及GC/MS solution V2.71工作站；LC/MS-8040液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀：日本島津公司產(chǎn)品，配有電噴霧離子源、大氣壓化學(xué)離子源、Lab Solutions Ver 5.53工作站；CAP型電子分析天平：德國Sartorius公司產(chǎn)品。

1.2 主要材料與試劑

甲醇、乙腈、正己烷(色譜純)：美國Honeywell公司產(chǎn)品；6種PCBs標準樣品：美國 Accu Standard公司產(chǎn)品；實驗用水為Milli-Q超純水。

樣品溶液的配制：將1 g/L PCB118、PCB209正己烷標準儲備液和10 mg/L PCB101、PCB138、PCB153、PCB180異辛烷標準儲備液，用正己烷稀釋至1 mg/L，供GC/MS分析；用甲醇、乙腈稀釋至 1 mg/L，供LC-MS/MS分析。

1.3 實驗條件

1.3.1 GC/MS色譜條件 色譜柱：Rtx-5MS毛細管柱 (30 m×0.25 mm×0.25 μm)；升溫程序：初溫140 ℃，保持0.5 min，以30 ℃/min升至320 ℃，保持5.5 min；載氣He；進樣量1 μL，不分流進樣；進樣口溫度280 ℃。

1.3.2 GC/MS質(zhì)譜條件 電子轟擊離子源，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，接口溫度280 ℃，質(zhì)量掃描范圍m/z130～510。

1.3.3 LC-MS/MS色譜條件 色譜柱：Agilent ZORBAX SB-C18柱 (2.1 mm×50 mm×1.8 μm)；柱溫40 ℃；等度洗脫；流動相：乙腈-水溶液(80∶20，V/V)，甲醇-水溶液(80∶20，V/V)；流速0.3 mL/min；進樣量3 μL。

1.3.4 LC-MS/MS質(zhì)譜條件 大氣壓化學(xué)離子源，負離子模式，接口溫度350 ℃，脫溶劑管溫度150 ℃，加熱模塊溫度200 ℃，離子源接口電壓-4.5 kV，霧化氣流速3 L/min，干燥氣流速5 L/min，質(zhì)量掃描范圍m/z150～650。

2 結(jié)果與討論

2.1 EI-MS分析

6種PCBs的分子結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量列于表1。由于氯原子具有特征同位素分布，因此在EI質(zhì)譜上呈現(xiàn)相應(yīng)的分子離子同位素峰，其相對豐度列于表2?？梢钥闯觯?種PCBs的分子離子峰均不是基峰，但隨著氯原子數(shù)目由5增加到10，37Cl對M、M+2峰豐度的貢獻逐漸減少，對M+4、M+6等峰豐度的貢獻逐漸增加。因此，五氯聯(lián)苯PCB101及PCB118、六氯聯(lián)苯PCB138及PCB153、七氯聯(lián)苯PCB180的M+2峰為基峰，而十氯聯(lián)苯PCB209的M+4峰為基峰。

PCBs同系物從單個氯原子的取代到全取代，其分子離子同位素峰間的相對豐度比M%∶(M+2)%∶(M+4)%……可由二項式(a1+a2)n展開式計算得到，理論值列于表3。對比表2和表3可以看出，每種PCB的分子離子同位素峰豐度PM%、PM+2%、PM+4%…與其對應(yīng)的理論值相近。因此，通過化合物的分子離子同位素峰的相對豐度比可以確定化合物中氯原子的數(shù)目，從而無需通過高分辨質(zhì)譜分析確定其分子式。

從鍵長和鍵能方面考慮，C—Cl鍵容易斷裂，因此6種PCBs的EI質(zhì)譜圖中除了有高豐度的分子離子同位素峰外，還有丟失一個或幾個氯的碎片離子同位素峰，分析結(jié)果列于表4。6種PCBs的碎片離子峰以丟失2個氯原子的碎片離子同位素峰豐度最高，而失去3個氯原子的碎片離子同位素峰豐度均小于12%。以五氯聯(lián)苯PCB101為例, 其分子離子同位素M+2峰(C1235Cl437ClH5，325.95)豐度為100%，失去2個氯原子的碎片離子同位素峰(C1235Cl237ClH5，256.00)豐度為60%，而失去3個氯原子的碎片離子峰(C1235Cl2H5，m/z219.00)豐度僅為8%。

表2 6種PCBs的分子離子同位素峰的相對豐度

表3 PCBs的分子離子同位素峰的理論相對豐度比

表4 6種PCBs的碎片離子峰相對強度

2.2 HPLC-APCI-MS分析

大氣壓離子源(API)包括ESI、APCI等多種離子化方式，是目前LC/MS常用的接口，其中以ESI的應(yīng)用最為普遍。ESI適用于分析中等極性到強極性的化合物，特別是那些在溶液中能預(yù)先形成離子的化合物和可以獲得多個質(zhì)子的大分子化合物，而多氯聯(lián)苯是聯(lián)苯苯環(huán)上的若干個氫原子被氯取代形成的一類弱極性有機氯化合物，因此本研究選用適合分析非極性或中等極性小分子的APCI 離子源[12-16]。

在APCI離子源中，6種多氯聯(lián)苯均檢測不到其(準)分子離子峰，但卻能檢測到質(zhì)量比樣品分子質(zhì)量少19 u的負離子峰，并且該類負離子同位素峰的強度變化規(guī)律與EI質(zhì)譜中分子離子同位素峰的強度變化規(guī)律一致。由此可推斷，APCI-MS中出現(xiàn)的質(zhì)量比樣品分子質(zhì)量少19 u的負離子應(yīng)與C—Cl鍵的斷裂有關(guān)。根據(jù)分子質(zhì)量差值可知，這些離子在解離了一個氯原子后，結(jié)合了一個質(zhì)量為16的原子或基團，可能為O、NH2、CH4等。丁杰等[17]在8種全氯代多環(huán)芳烴的APCI-MS質(zhì)譜圖中發(fā)現(xiàn)了存在質(zhì)量比樣品分子質(zhì)量少19 u的加合離子峰，并推斷是全氯代多環(huán)芳烴在解離一個氯原子后，從流動相的甲醇分子中捕獲一個羥基，隨后又失去一個質(zhì)子形成的。彭銀[18]在10種多氯代多環(huán)芳烴的APCI-MS質(zhì)譜圖中也發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，并將其歸結(jié)為失去一個氯的不穩(wěn)定離子從流動相甲醇中捕獲甲氧基，再失去甲基，從而生成穩(wěn)定的“相對分子質(zhì)量減19 u”的加合離子。以上兩種解釋都認為，加合離子的形成與APCI離子源的環(huán)境(甲醇為流動相)有關(guān)。分別以乙腈-水溶液(80∶20，V/V)、甲醇-水溶液(80∶20，V/V)為流動相進行實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種情況下6種PCBs的APCI-MS質(zhì)譜圖未發(fā)生明顯變化，因此推斷多氯聯(lián)苯是在電離過程中解離一個氯原子后，從流動相的水分子中捕獲了一個羥基，隨后又失去一個質(zhì)子，而成為穩(wěn)定的“相對分子質(zhì)量減19 u”的負離子。

五氯聯(lián)苯PCB118的大氣壓化學(xué)電離質(zhì)譜圖示于圖1。以此質(zhì)譜分析結(jié)果為例，并結(jié)合前面對EI-MS質(zhì)譜圖中PCB118的分子離子同位素峰324(M，C1235Cl5H5，60%)、326.00(M+2，C1235Cl437ClH5，100%)、328.00(M+4，C1235Cl337Cl2H5，65%)、330.00(M+6，C1235Cl237Cl3H5，18%)的分析，推斷豐度為76%的加合離子峰304.95(324-19)的形成應(yīng)與35Cl的解離和O的結(jié)合有關(guān)，豐度為100%的加合離子峰306.95(326-19，328-21)的形成應(yīng)與35Cl或37Cl的解離和O的結(jié)合有關(guān)，豐度為48%的加合離子峰308.95(328-19，330-21)的形成應(yīng)與35Cl或37Cl的解離和O的結(jié)合有關(guān)，豐度僅為12%的加合離子峰311.00(330-19)的形成應(yīng)與35Cl的解離和O的結(jié)合有關(guān)。進一步對PCB101、PCB138、PCB153、PCB180、PCB209進行APCI-MS分析，結(jié)果列于表5。數(shù)據(jù)表明，這5種PCBs均產(chǎn)生質(zhì)量比樣品分子質(zhì)量少19 u的加合離子峰，并且APCI質(zhì)譜中加合離子同位素峰的強度變化規(guī)律與EI質(zhì)譜中分子離子同位素峰的強度變化規(guī)律一致。

通過APCI-MS分析發(fā)現(xiàn)，樣品除產(chǎn)生加合離子外，并未發(fā)生進一步的裂解，所以對于未知的PCBs，即使檢測不到其分子離子同位素峰，也可將加合離子的質(zhì)量加上19 u而得到未知組分的相對分子質(zhì)量，進而確定其分子式。APCI離子源作為LC/MS的接口，可與HPLC聯(lián)用，從而使質(zhì)譜掃描結(jié)果相同的同分異構(gòu)PCBs也可以通過HPLC實現(xiàn)分離。

圖1 20 mg/L PCB118的APCI-MS質(zhì)譜圖Fig.1 APCI-MS of 20 mg/L PCB118

化合物加合離子同位素峰PCB101304.95(79)307.00(100)309.00(47)311.05(16)PCB118304.95(76)306.95(100)308.95(48)311.00(12)PCB138338.95(68)340.95(100)342.95(74)344.90(19)PCB153338.95(68)340.95(100)342.95(56)344.95(20)PCB180372.90(50)374.90(100)376.90(90)378.90(45)380.90(12)PCB209474.75(30)476.75(85)478.75(100)480.70(75)482.75(40)484.70(12.5)

3 結(jié)論

本工作探討了PCBs化合物在不同離子源條件下的質(zhì)譜裂解規(guī)律。實驗發(fā)現(xiàn)，此類化合物在EI離子源中，分子離子同位素峰為最強峰，失去2個氯原子的碎片同位素峰為次強峰，但分子離子峰不一定是基峰，通過計算氯原子取代數(shù)目不同的PCBs分子離子同位素峰間M%∶(M+2)%∶(M+4)%…相對豐度比的理論值，并對6種PCBs化合物進行EI-MS分析，發(fā)現(xiàn)隨著PCBs氯原子取代數(shù)目的增加，基峰從M變化到M+2再到M+4。在APCI離子源中，無(準)分子離子峰，但存在質(zhì)量比樣品分子質(zhì)量少19 u的加合離子峰，并且該加合離子同位素峰的強度變化規(guī)律與EI質(zhì)譜中分子離子同位素峰的強度變化規(guī)律一致。結(jié)合EI-MS質(zhì)譜圖中對各物質(zhì)的分子離子同位素峰的分析，以及對不同流動相條件下APCI-MS質(zhì)譜圖的分析，推斷該加合離子是多氯聯(lián)苯在解離一個氯原子后，從流動相的水分子中捕獲一個羥基，隨后又失去一個質(zhì)子形成的。對這6種化合物在EI離子源和APCI離子源中裂解規(guī)律的研究有助于此類化合物的快速鑒定。

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