方小偉，李　婧，李　毅，張興磊

(1.東華理工大學，江西省質(zhì)譜科學與儀器重點實驗室，江西 南昌　330013；2.東華理工大學分析測試研究中心，江西 南昌　330013)

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氟喹諾酮類抗生素的表面解吸常壓化學電離質(zhì)譜行為研究

方小偉1,2，李婧1,2，李毅1，張興磊1,2

(1.東華理工大學，江西省質(zhì)譜科學與儀器重點實驗室，江西 南昌330013；2.東華理工大學分析測試研究中心，江西 南昌330013)

摘要：采用表面解吸常壓化學電離質(zhì)譜(DAPCI-MS)技術(shù)對5種氟喹諾酮類化合物進行多級串聯(lián)質(zhì)譜研究，獲得了各化合物的多級質(zhì)譜信息。通過比較各化合物質(zhì)譜裂解途徑的異同，發(fā)現(xiàn)在正離子檢測模式下，氟喹諾酮類化合物在碰撞誘導解離過程中均產(chǎn)生中性丟失44 u(CO2)、28 u(CO)、20 u(HF)、18 u(H2O)的離子峰。如果結(jié)構(gòu)中含有哌嗪環(huán)取代基，脫羧后可觀察到哌嗪環(huán)的重排反應，生成丟失43 u(C2H3NH2)和57 u(CH3—CH2—NCH2)的碎片離子，這可作為“診斷”其他氟喹諾酮類化合物和結(jié)構(gòu)類似物的特征。該方法無需樣品預處理，不使用有機溶劑，分析速度快，是一種無污染、無毒、原位、無損的分析方法，可為痕量藥物分析提供新的思路。

關(guān)鍵詞：氟喹諾酮類抗生素；表面解吸常壓化學電離(DAPCI)；質(zhì)譜

氟喹諾酮類(fluoroquinolones，F(xiàn)Qs)藥物是在喹諾酮萘啶環(huán)的6位處引入氟原子而生成的，屬于第三代喹諾酮類(quinolones，QNs)藥物。氟喹諾酮類藥物是人類在合成抗菌藥物方面最重要的突破，因其抗菌譜廣、抗菌活性強、毒副作用小、與其他抗菌藥物無交叉耐藥性等特點，被廣泛應用于動物和人類的多種感染性疾病的預防和治療中。根據(jù)國際上非專用藥名命名的原則，對此類新藥均采用“-oxacin”來命名，而該詞在我國音譯為“沙星”。目前臨床上常用的氟喹諾酮類藥物主要有諾氟沙星(norfloxacin)、氧氟沙星(ofloxacin)、左氧氟沙星(levofloxacin)、環(huán)丙沙星(ciprofloxacin)、洛美沙星(lomefloxacin)、氟羅沙星(fleroxacin)、培氟沙星(pefloxacin)和依諾沙星(enoxacin)等。隨著抗生素的廣泛使用，假冒抗生素的問題逐漸引起大家的關(guān)注。據(jù)世界衛(wèi)生組織2015年在80個國家發(fā)起的新監(jiān)測和報告項目顯示，全球各地假抗生素的問題越來越嚴重[1]。

傳統(tǒng)的抗生素分析方法主要有外觀性狀觀察法[2]和簡單試劑識別法[3]，這兩種方法可對假冒抗生素進行簡單的初步篩選。目前，用于抗生素品質(zhì)鑒定的方法主要有微生物法[4-5]、色譜法[6-9]、毛細管電泳法[10-11]、核磁共振法[12]和電化學法[13]等，但這些方法普遍存在操作步驟復雜、耗時較長等缺點，對于粉狀、片狀藥物，由于其水溶性不強，還需要使用大量的有機溶劑。表面解吸常壓化學電離質(zhì)譜(DAPCI-MS)是近年發(fā)展起來的一種新興質(zhì)譜技術(shù)，具有快速、無損、靈敏度高等優(yōu)點，可在常溫常壓下直接對粉狀藥品中的痕量物質(zhì)進行分析[14-15]。

本研究擬利用實驗室自制的DAPCI電離源，在無需樣品預處理的情況下，對5種氟喹諾酮類藥物進行串聯(lián)質(zhì)譜分析，以獲得多級質(zhì)譜指紋譜圖，并分析其在DAPCI-MS正離子模式下的質(zhì)譜裂解規(guī)律，希望為復雜樣品中痕量氟喹諾酮類藥物的測定提供新的思路和方法，同時也為氟喹諾酮類藥物的快速結(jié)構(gòu)解析、定量分析和藥代動力學研究提供可靠的理論支持。

1實驗部分

1.1主要儀器與裝置

LTQ-XL型線性離子阱質(zhì)譜儀：美國Finnigan 公司產(chǎn)品，配有Xcalibur 型數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；表面解吸常壓化學電離源：實驗室自制。

1.2主要材料與試劑

諾氟沙星膠囊：成都天臺山制藥有限公司產(chǎn)品；氧氟沙星膠囊：上?？灯账帢I(yè)有限公司產(chǎn)品；加替沙星片：四川科倫藥業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；氟羅沙星片：河南天方藥業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；鹽酸環(huán)丙沙星片：廣州白云山制藥有限公司產(chǎn)品。上述5種藥物均購自當?shù)厮幍辏浠拘畔⒘杏诒?。

1.3實驗條件

設置LTQ-MS為正離子檢測模式，放電針電壓為3.2 kV，離子傳輸管溫度為275 ℃，放電針尖至質(zhì)譜入口毛細管的直線距離為1.0 cm，樣品距放電針尖約1～3 mm，碰撞誘導解離(CID)時間為100 ms，離子選擇窗口為1.0 u，碰撞能量為13%～25%，其他參數(shù)由LTQ-MS系統(tǒng)自動優(yōu)化，所得質(zhì)譜數(shù)據(jù)扣除背景后導出。

1.4實驗方法

對于膠囊類藥物，取其內(nèi)容物，薄薄平鋪一層于事先洗凈的載玻片上，采用手動方式進樣；對于片劑藥物，去除其表面糖衣后直接放于載玻片上進樣分析。

表1　5種氟喹諾酮類藥物的基本信息

2結(jié)果與討論

表2　5種氟喹諾酮類化合物的DAPCI-MSn信息(n=1～3)

諾氟沙星膠囊的主要成分為諾氟沙星，即1-乙基-6-氟-1,4-二氫-4-氧代-7-(1-哌嗪基)-3-喹啉羧酸，相對分子質(zhì)量為319。諾氟沙星的串聯(lián)多級質(zhì)譜圖示于圖1，推測的裂解途徑示于圖2。諾氟沙星呈酸堿兩性，在正離子檢測模式下可質(zhì)子化形成準分子離子[M+H]+，從圖1a中可明顯看到質(zhì)子化的諾氟沙星準分子離子m/z320。

圖1　諾氟沙星的串聯(lián)多級質(zhì)譜圖(n=1～4)

注：圖中帶*號的裂解途徑推測存在分子內(nèi)重排圖2　諾氟沙星的裂解規(guī)律

選擇二級質(zhì)譜中的碎片離子m/z302進行CID實驗，在三級質(zhì)譜中，主要得到m/z282碎片離子，以及豐度相對較小的m/z274、254、226碎片離子，示于圖1c。其中，m/z282與m/z302相比減少了20 u，推測為中性丟失一分子HF而生成，對應圖2中的裂解途徑③。m/z274與m/z302相比減少了28 u，推測為中性丟失一分子CO而生成，對應圖2中的裂解途徑④。m/z254與m/z302相比減少了48 u，推測為母離子中性丟失一分子HF后又失去一分子CO所致，是經(jīng)過兩次斷裂后生成的產(chǎn)物，其豐度相對較低。

進一步對m/z282碎片離子進行串聯(lián)質(zhì)譜分析，主要得到m/z254和m/z226碎片離子，示于圖1d。其中，m/z254與m/z282相比減少了28 u，推測為中性丟失一分子CO而生成，對應圖2中的裂解途徑⑤。m/z226與m/z282相比減少了56 u，推測為中性丟失兩分子CO所致，對應圖2中的裂解途徑⑥。

3實際樣品檢測

采用DAPCI-MS法對可能存在抗生素污染的河水樣品進行分析，可觀察到[M+H]+(m/z320)準分子離子峰，其一級質(zhì)譜圖示于圖3a。為排除假陽性，對主要離子峰進行多級串聯(lián)質(zhì)譜分析，所得質(zhì)譜圖示于圖3b～3d。結(jié)果表明，實驗所得碎片離子符合推測的諾氟沙星裂解規(guī)律，說明該方法可用于實際環(huán)境水體中諾氟沙星的快速檢測。

4結(jié)論

研究表明，DAPCI-MS法可對藥物粉末直接進行質(zhì)譜分析，樣品無需任何預處理，每個樣品在不足1 min內(nèi)即可完成質(zhì)譜分析，且不需要載氣，與小型質(zhì)譜儀聯(lián)用可用于藥品的實時在線分析；該方法不使用任何有機溶劑，是一種無污染、無毒、原位、無損的分析方法，可為痕量藥物分析提供新的思路。

注：a.一級質(zhì)譜圖；b.二級質(zhì)譜圖；c.三級質(zhì)譜圖；d.四級質(zhì)譜圖圖3　實際河水樣品的DAPCI-MSn質(zhì)譜圖

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收稿日期：2015-08-28;修回日期：2015-12-17

基金項目：國家自然科學基金項目(21305011)；國家重大科學儀器設備專項(2011YQ14015008、2011YQ17006702)；長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃項目(IRT13054)資助

作者簡介：方小偉(1987—)，男(漢族)，江西上饒人，助教，分析化學專業(yè)。E-mail: fxw273@126.com 通信作者：張興磊(1986—)，男(漢族)，山東泰安人，講師，從事分析化學研究。E-mail: leizi8586@126.com

中圖分類號：O657.63

文獻標志碼：A

文章編號：1004-2997(2016)04-0319-08

doi：10.7538/zpxb.youxian.2016.0032

Analysis of Fluoroquinolones by Surface Desorption Atomospheric Pressure Chemical Ionization Mass Spectrometry

FANG Xiao-wei1,2, LI Jing1,2, LI Yi1, ZHANG Xing-lei1,2

(1.JiangxiKeyLaboratoryforMassSpectrometryandInstrumentation,EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang330013,China;2.TheResearchCenterofAnalysisandTesting,EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang330013,China)

Abstract:Fluoroquinolones (FQs) are the third generation of quinolones (QNs), which are one of the most important breakthrough in the field of artificially synthesis of antimicrobial agents following sulfa drugs. Because of its wide antimicrobial spectrum, strong antibacterial activity, no cross resistance side effects with other antimicrobial agents, FQs are widely used in small animal and human many kinds of infectious diseases prevention and treatment. However, with the widespread use of antibiotics, the problems of counterfeit antibiotics emerged and proliferated gradually. Therefore, it is need to develope an analytical method with high sensitive and high speed. Mass spectrometry was the development of ambient ionization techniques, which enabled the ionization of samples in their native environment without sample pretreatment. After the emergence of the pioneered technique, desorption electrospray ionization (DESI), including more than 20 direct-ionization techniques, have been developed in the past decades. Among them, desorption atmospheric pressure chemical ionization (DAPCI) is a powerful ionization technique and has been successfully applied to detect trace surface analytes without evidently injuring the sample in food security, forensic science and environmental science. In this study, the DAPCI source coupled with the linear ion trap mass spectrometer was used to investigate the fragmentation mechanism of fluroquinolones. Five compounds of fluroquinolones were analyzed using surface desorption atomospheric pressure chemical ionization mass spectrometry (DAPCI-MS) by collision induced dissociation in positive ion detection mode. The mass spectra and structures of the five fluroquinolones were compared with each other, and it was observed that fluroquinolones gave characteristic fragment ions by the neutral loss of 44 u (CO2), 28 u (CO), 20 u (HF) and 18 u (H2O). If compounds have piperazidine substituent, piperazine-link rearrangement can be observed after decarboxyliation, and characteristic fragment ions by the loss of the 43 u (CH2CH—NH2) and 57 u (CH3—CH2—NCH2) were produced. All of them can be used as a “diagnosis” of other fluoroquinolone compounds and structure similar to the characteristics of the ions, which can open a way to fast analyze the FQ drugs.

Key words：fluroquinolones antibiotics; surface desorption atomospheric pressure chemical ionization (DAPCI); mass spectrometry

網(wǎng)絡出版時間：2016-07-05；網(wǎng)絡出版地址：http:∥www.cnki.net/kcms/detail/11.2979.TH.20160705.1212.012.html