（农药学专业论文）电喷雾串联质谱裂解规律及其在残留分析中的应用研究.pdf

摘要 本论文用电喷雾串联质谱对6 种氨基甲酸酯类农药 4 种苏丹红染料 1 0 种磺胺类兽药 5 种喹诺酮类兽药和3 种氯霉素类兽约的质谱裂解行为进行了研究 研究结果表明 1 氨基甲酸 酯类药物易于形成 m h 分子离子 在串联质谱中易于发生 n h c o o 基团酯键 co 键 的断 裂 同时还伴随苯环侧链的断裂和苯环羟基c o 键断裂 2 苏丹红染料易于形成 m h 1 分子离 子 在串联质谱中易于以 n n 基团为中心 发生c n 键和n n 键的断裂 同时还伴随萘环羟 基g o 键断裂 3 磺胺类药物易于形成 m i 分子离子 在串联质谱中易于以 s 0 2 n i t 基团为 中心 发生s n 键的断裂 埔键断裂 并同时伴随着重排反应和加水 加甲醇的分子离子反应 4 喹诺酮类药物易于形成 m h r 分子离子 在串联质谱中羧基c c 键容易断裂 同时伴随羧基 c o 键断裂 随后主要在侧链发生叔胺基c n 键和c c 键断裂 5 氯霉素类药物易于形成 m h i 分子离子 在串联质谱中易于发生羟基c c 键断裂 c n 键断裂和羰基c c 键断裂 并伴随有重 排反应 根据质谱数据 总结出了5 类化学物质的裂解规律和特点 为药物电喷雾质谱分析和未 知化学物质结构解析提供了一定的理论依据 在电喷雾电离质谱裂解规律研究的基础上 利用串联质谱灵敏度高 排除杂质干扰能力强的 特点 对食品中苏丹红染料 动物组织中喹诺酮类药物 甲壳类水产品中氯霉素类药物 绿色蔬 菜中氨基甲酸酯类药物的残留分析方法进行了研究 首次采用g p c 狰 化 建立了4 种苏丹红染料 残留量同时测定的h p l g e s i m s m s 分析方法 首次采用乙腈 磷酸盐缓冲液混合溶液提取 建立了动物组织中5 种喹诺酮类药物残留量同时测定的h p l g e s i m s m s 分析方法 首次建 立了碱化乙酸乙酯提取 c l 弗p b 柱净化 甲壳类水产品中3 种氯霉素类药物残留量同时测定的 h p l c e s i m s m s 分析方法 首次采用复合s p e 净化柱 建立了绿色蔬菜中6 种氨基甲酸酯 类药物的h p l c e s i m s m s 分析方法 方法的回收率和精密度满足残留分析要求 检出限 优于文献报道并满足国内外残留限量要求 操作简便 快速 阳性样品确证依据充分 准确 完 全可以满足日常残留分析的要求 采用本论文研究方法对市场销售食品中苏丹红染料 喹诺酮类药物 氯霉素类药物和氨基甲 酸酯类农药的残留污染情况进行了调查 通过对植物源性食品辣椒 黄瓜 绿花菜 芹菜 动物 源性食品鸭蛋 鸡肉 猪肝 虾 扇贝 小龙虾 加工食品辣椒酱的检测 证明本论文研究方法 应用于实际检测的准确性和耐用性 关键词 电喷雾电离 串联质谱 裂解规律 残留分析 药物 a b s t r a c t 6n m e t h y lc a r b a m a t e s 4s u d a nd y e s 1 0s o l f a n i l a m i d e s 5q u i n o l o n e sa n d3c h l o r a m p h e n i c o l s w e r ec h o s e nt os t u d yt h ei o n i z a t i o na n dd i s s o c i a t i o nr u l e sb ye l e c t r o s p r a yi o n i z a t i o nt a n d e mm a s s s p e c t r o m e t e r e s i m s m s i nt h i sp a p e r i td e m o n s t r a t e dt h a t nn m e t h y lc a r b a m a t e sa r ep r o n et o f o r ml m 8 1 i ne s im o d e a n dd i s s o c i a t i o nf n s f l yb e g i n sa tc ob e n do f n h c o o g r o u p t h e ns i d e c h a i n so fb e n z e n ed i s s o c i a t e a n dc o hb o n dd i s s o c i a t e s 2 s u d a nd y e sa r ep r o n et of o r m m h ri n e s i m o d e f r a g m e n t s a r e m a i n l y f o r m e d i n t h e d i s s o c i a t i o n o f c n b e n d a n d n n o f c n n c g r o u p a n dt h ed i s s o c i a t i o no fc o ho nn a p h t h a l e n es i d ec h a i ni se a s i e r 孔s u l f a n i l a m i d e sa i ep r o n et of o r m m h ri ne s im e 如 d i s s o c i a t i o nb e g i n sa r o u n d s o 州 l g r o u p i tm a i n l yi n c l u d e ss nb e n d d i s s o c i a t i o na n dc sb e n dd i s s o c i a t i o n a n di o n m o l e c u l er e a c t i o nc a na l s ob ef o u n di nt h ed i s s o c i a t i o n w h i c hf o r m sa 2 0o rc h 3 0 ha d d u c t 4 q u i n o l o n e sa r ep r o n et of o r m1 1 v 1 l i i ne s im o d e d i s s o c i a t i o nf i r s t l yb e g i n sa tc cb o n do f c o o hg r o u p a n dd i s s o c i a t i o nc a na l s ob ef o u n da tc o b o n do f c o o hg r o u p t h e no t h e rd i s s o c i a t i o no c c u r sa tt h es i d ec h a i ns u c ha sc nb o n da n dc c b o n d 5 1c h l o r a m p h e n i c o i sa mp r o n e 幻f o r m m h i ne s im o d e f r a g m e n ti o n sa r ef o r m e di nt h e d i s s o c i a t i o no fc c o hb o n d c nb o n da n dc c ob o n da n dr e c o m p o s i t i o nr e a c t i o nc a na l s ob ef o u n d a c c o r d i n gt 0m sd a t a d i s s o c i a t i o nr u l ea n dd i s s o c i a t i o nc h a r a c t e r i s t i co ft h e s e5k i n d so fc h e m i c a l s w e r es u m m a r i z e d w h i c hw i l lb ea h e l p f u lt h e o r e t i cr e f e r e n c et od r u g s e s i m sa n a l y s i sa n dt o s t r u c t u r a lr e s o l u t i o n o fu n k d o w nc h e m i c a l s o nt h eb a s i so ft h es t u d yo nd i s s o c i a t i o nr u l eo fe s i m s m s r e s i d u ea n a l y s i sm e t h o d sf o r d e t e r m i n a t i o no fs u d a nd y e si nf o o d s q u i n o l o n e si na n i m a lt i s s u e a n dc h l o r a m p h e n i c o l si nc n l a t a c c a w e r es t u d i e db ye s it a n d e mm 曼w h i c hh a sh i g hs e n s i t i v i t ya n ds e l e c t i v i t y d e v e l o p e dah p l c e s i m s m sm e t h o df o rs i m u l t a n e o u sd e t e r m i n a t i o no f 4s u d a nd y e si nf o o d sb y g p cc l e a n u pf o rt h e f i r s tt i m e d e v e l o p e dah p l c e s i m s l 订sm e t h o df o rs i m u l t a n e o u sd e t e r m i n a t i o no f5q u i n o l o n e s i na n i m a lt i s ew i t ha c e t o n i t r i l e p h o s p h a t eb u f f e re x l r a c t i n l lf o rt h ef a s tt i m e d e v e l o p e dah p l c e s i m s m sm e t h o df o rs i m u l t a n e o u sd e t e r m i n a t i o no f3c h l o n a n p h e n i c o l si nc r u s t a c e a nw i t hb a s i c e t h y la c e t a t ee x t r a c t i o na n db yc i s s p ec l e a n u pf o r t h ef i r s tt i m e a n dd e v e l o p e dah p l c e s i m s m sm e t h o df o rs i m u l t a n e o u sd e t e r m i n a t i o no f6n m e t h y lc a r b a m a t e si ng r e e nv e g e t a b l eb y m i x e ds p ec l e a n u pf o rt h ef i r s tt i m e t h er e c o v e r ya n dr s do ft h e s ed e v e l o p e dm e t h o d sw e r ei n a c c o r d a n c ew i t ht h er e q u i r e m e n tf o rr e s i d u ea n a l y s i s t h el 0 0w a sb e l i e rt h a nt h a t si np u b l i s h e d p a p e r sa n dm e tt h em r l o f e a c hc o m p o u n d i td e m o n s t r a t e dt h a ta nt h e s em e t h o d sa r ec o n v e n i e n t f a s t a n da 翻 c la n d 幽b ea p p l i e dt or o u t i n er e s i d u ea n a l y s i sb o t hf o rd e t e r m i n a t i o na n dc o n f i r m a t i o n a n a l y s i sm e t h o d sd e v e l o p e di nt h ep a p e rw e r eu s e df o rt h ei n v e s t i g a t i o no fc o n t a m i n a t i o no f s u d a nd y e s q u i n o l o n e s c h l o r a m p h e n i e o i s n m e t h y lc a l b a m a t e si nf o o d si nm a r k e t t h r o u g ht h e i n s p e c t i o n o f p l a n t o r i g i n f o o d o f c h i l l i c u c u m b e r b r o c c o l i a n d c e l e r y a n i m a l o n g i n f o o d s o f d o c k e g g c h i c k e nm u s c l e s w i n el i v e r s h r i m p s c a l l o pa n dc r a y f i s h a n dp r o c e s s e df o o do f c a p s i c u mp a s t e t h e r e s u l t sp r o v e dt h a tt h e s ea n a l y s i sm e t h o d sa r ea c c u r a t ea n dr o b u s ti nr o u t i n ea n a l y s i s k e yw o r d s e s i t a n d e mm a s ss p e c t r o m e t e r d i s s o c i a t i o nm l e r e s i d u ea n a l y s i s d r u g s 列表与插图 列表 表3 1 1 甲萘威主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 1 2 异丙威主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 1 3 仲丁威主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 1 4 甲硫威主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 1 5 克百威主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 1 6 恶虫威主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 1 7 六种氨基甲酸酯类药物e s i 裂解规律 表3 1 8 氨基甲酸酯类药物e i 裂解规律 表3 2 1 苏丹红1 号主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 2 2 苏丹红2 号主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 2 3 苏丹红3 号主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 2 4 苏丹红4 号主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 2 5 苏丹红染料e s i 裂解规律 表3 2 6 苏丹红染料勘裂解规律 表3 3 1 氨苯磺胺主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 3 2 磺胺噻唑主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 3 3 磺胺氯哒嗪主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 3 4 磺胺甲嚼唑主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 3 5 磺胺吡啶主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 3 6 磺胺嘧啶主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 3 7 磺胺甲基嘧啶主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 3 8 磺胺二甲嘧啶主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 3 9 磺胺间二甲氧嘧啶主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 3 1 0 磺胺甲氧哒嗪主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 3 1 1 磺胺类药物e s i 裂解规律 表3 3 1 2 磺胺类药物e l 裂解规律 表3 4 1 环丙沙星主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 4 2 恩诺沙星主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 4 3 沙拉沙星主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 4 4 丹诺沙星主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 4 5 氟甲喹主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 4 6 喹诺酮类药物e s i 裂解规律 表3 5 1 氯霉素主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 5 2 甲砜霉素主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 5 3 氟甲砜霉素主要碎片离子及最佳丰度条件 表3 5 a 氯霉素类药物e s i 裂解规律 表4 1 1 苏丹红染料m r m 所 f 的母 子离子 表4 1 2 三种溶剂对辣椒中苏丹红染料提取效果比较 表4 1 3 三种溶剂对鸭蛋中苏丹红染料提取效果比较 表4 1 a 苏丹红1 2 3 4 号定量曲线回归方程 表4 1 5 苏丹红染料的m r m 确证丰度比 表4 1 6 辣椒中苏丹红1 2 3 4 号的添加回收率 表4 1 7 鸭蛋中苏丹红1 2 3 4 号的添加回收率 表4 1 8 辣椒中苏丹红染料普查结果 表4 1 9 辣椒酱中苏丹红染料普查结果 表4 1 1 0 鸭蛋中苏丹红染料普查结果 表4 1 1 1 检出结果的m r m 确证丰度比 表4 2 1 喹诺酮类药物m r m 所用的母 子离子 表4 2 2 四种溶剂对鸡肉中喹诺酮类药物的提取回收率 表4 2 3 四种溶剂对猪肝中喹诺酮类药物的提取回收率 表4 2 4 磷酸盐缓冲液 乙腈混和溶液对猪肝中喹诺酮类药物的提取回收率 表4 2 5c 1 8s p e 的洗脱实验 表4 2 6s p e 上样溶液对喹诺酮类药物的保留影响 表4 2 7 不同溶剂对q n s 保留时间和响应值的影响 表4 2 8 五种q n s 的线性回归方程和相关系数 表4 2 9 喹诺酮类药物的m r m 确证丰度比 表4 2 1 0 鸡肉中五种0 n s 的添加回收率 表4 2 1 1 猪肝中五种q 的添加回收率 表4 2 1 2 鸡肉中喹诺酮药物普查结果 表4 2 1 3 猪肝中喹诺酮药物普查结果 表4 2 1 4 检出结果的m r m 确证丰度比 表4 3 1 氯霉素类药物m r m 所用的母 离子 表4 3 2 三种溶剂对虾中氯霉素类药物的提取回收率 表4 3 3c 1 s p e 的洗脱实验 表4 3 4 氯霉素类药物的m r m 确证丰度比 表4 3 5 虾中氯霉素类药物添加回收率 表4 3 6 扇贝中氯霉素类药物添加回收率 表4 3 7 小龙虾中氯霉素类药物添加回收率 表4 3 8 虾肉中三种氯霉素类药物普查结果 表4 3 9 扇贝中三种氯霉素类药物普查结果 表4 3 1 0 小龙虾中三种氯霉素类药物普查结果 表4 3 1 1 检出结果的m r m 确证丰度比 表4 4 1 氨基甲酸酯类药物m r m 所用的母 子离子 表4 4 2 三种溶剂对黄瓜中氨基甲酸酯类药物的提取回收率 表4 4 3s p e 上样溶液对氨基甲酸酯类药物的保留影响 表4 4 4 s p e 洗脱实验 表4 4 5 氨基甲酸酯类药物定量曲线同归方程 表4 4 6 氨基甲酸酯类药物的m r m 确证丰度比 表4 4 7 黄瓜中氨基甲酸酯类约物漆加回收率 表4 4 8 绿花菜中氨基甲酸酯类药物添加回收率 表4 4 9 黄瓜中六种氨基甲酸酯类药物普查结果 表4 4 1 0 绿花菜中六种氨基甲酸酯类药物普查结果 表4 4 1 1 芹菜中六种氨基甲酸醢类药物普查结果 表4 4 1 2 检出结果的 r m 确证丰度比 插图 图1 1 电喷雾离子源构造与质谱仪衔接接口 图1 2 电喷雾现象示意图 图1 3 气相离子形成示意图 图1 4 利用辅助气体加速电喷雾离子化过程示意图 图1 5 源内c i d 示意图 图1 6 三重四极杆质谱c a d 示意图 图1 7w a t e r so u a t t mp r e m i e r 电喷雾串联四极杆质谱仪结构图 图1 8 电喷雾质谱的应用范围 图3 1 1 甲萘威e s i m s m s 质谱图 图3 1 2 甲萘威e s i m s l s 质谱裂解途径 图3 1 3 甲萘威勘 m s 质谱图 圈3 1 4 异丙威e s i m s m s 质谱图 图3 1 5 异丙威e s i m 刚h s 质谱裂解途径 图3 1 6 异丙威勘 m s 质谱幽 图3 1 7 仲丁威e s i m s m s 质谱图 图3 1 8 仲丁威e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 1 9 仲r 威e i m s 质谱图 闰3 1 1 0 甲硫威e s l 一m s m s 质谱图 图3 1 1 1 甲硫威e s i m s m s 质谱裂解途径 圈3 1 1 2 甲硫威e 1 m s 质谱图 图3 1 1 3 克百威e s i m s m s 质谱图 图3 1 1 4 甲硫威e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 1 1 5 克百威e 1 m s 质谱图 图3 1 1 6 恶虫威e s i m s m s 质谱图 图3 1 1 7 恶虫威e s l m s m s 质谱裂解途径 图3 1 1 8 恶虫威e l m s 质谱图 图3 1 1 9 六种氨基甲酸酯类药物结构通式 图3 2 1 苏丹红1 号e s i m s m s 质谱图 图3 2 2 苏丹红1 号e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 2 3 苏丹红1 号勘 m s 质谱图 图3 2 4 苏丹红2 号e s i m s m s 质谱图 图3 2 5 苏丹红2 号e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 2 6 苏丹红2 号e 1 m s 质谱图 图3 2 7 苏丹红3 号e s i m s m s 质谱图 图3 2 8 苏丹红3 号e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 2 9 苏丹红3 号e 1 m s 质谱图 图3 2 1 0 苏丹红4 号e s i m s m s 质谱图 图3 2 1 l 苏丹红4 号e s l m s m s 质谱裂解途径 图3 2 1 2 苏丹红4 号e 1 m s 质谱图 图3 2 1 3 苏丹红染料e s i m s m s 裂解示意图 图3 2 1 4 苏丹红染料e i m s 裂解示意图 图3 3 1 氨苯磺胺e s 卜m s m s 质谱图 图3 3 2 氨苯磺胺e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 3 3 氨苯磺胺e i m s 质谱圈 图3 3 4 磺胺噻唑e s i m s m s 质谱图 图3 3 j 磺胺噻唑e s 卜m s m s 质谱裂解途径 图3 3 6 磺胺噻唑e 1 1 江s 质谱图 图3 3 7 磺胺氯哒嚷e s i m s m s 质谱图 圈3 3 8 磺胺氯哒嗪e s l m s m s 质谱裂解途径 图3 3 9 磺胺氯哒嗪e i m s 质谱图 图3 3 1 0 磺胺甲嚼唑e s i m s m s 质谱图 图3 3 1 1 磺胺甲嚼唑e s l m s m s 质谱裂解途径 图3 3 1 2 磺胺甲嘿唑e l m s 质谱图 图3 3 1 3 磺胺毗啶e s i m s m s 质谱图 图3 3 1 4 磺胺吡啶e s l m s 朋 s 质谱裂解途径 图3 3 1 5 磺胺吡啶e i m s 质谱图 图3 3 1 6 磺胺嘧啶e s l m s m s 质谱图 图3 3 1 7 磺胺嘧啶e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 3 1 8 磺胺嘧啶e l m s 质谱图 圈3 3 1 9 磺胺甲基嘧啶e s i m s m s 质谱图 i x 图3 3 2 0 磺胺甲基嘧啶e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 3 2 1 磺胺甲基嘧啶e 1 m s 质谱图 图3 3 2 2 磺胺二甲嘧啶e s i m s m s 质谱图 图3 3 2 3 磺胺二甲赌啶e s l m s m s 厦谱裂解途径 图3 3 2 4 磺胺二甲嘧啶e 1 m s 质谱图 图3 3 2 5 磺胺间二甲氧嘧啶e s l m s m s 质谱图 图3 3 2 6 磺胺间二甲氧嘧啶e s l m s m s 质谱裂解途径 图3 3 2 7 磺胺间二甲氧嘧啶 m s 质谱图 图3 3 2 8 磺胺甲氧哒嗪e s i m s m s 质谱图 图3 3 2 9 磺胺甲氧哒嗪e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 3 3 0 磺胺甲氧哒嗪日 m s 质谱图 图3 3 3 1 磺胺类药物e s i m s m s 裂解示意图 图3 3 3 2 磺胺类药物e l m s 裂解示意图 图3 4 1 环丙沙星e s i m s m s 质谱图 图3 4 2 环丙沙星e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 4 3 环丙沙星e 1 m s 质谱图 图3 4 4 恩诺沙星e s i m s m s 质谱图 图3 4 5 恩诺沙星e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 4 6 沙拉沙星船i m s m s 质谱图 图3 4 7 沙拉沙星e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 4 8 丹诺沙星e s l m s m s 质谱图 图3 4 9 丹诺沙星e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 4 1 0 氟甲喹鹤i m s m s 质谱图 图3 4 1 1 氟甲喹e s i m s 席订s 质谱裂解途径 图3 a 1 2 喹诺酮类药物e s i 裂解示意图 图3 5 1 氯霉素e s i m s m s 质谱图 图3 5 2 氯霉素e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 5 3 氯霉素e i m s 质谱图 图3 5 4 甲砜霉素e s i m s m s 质谱图 图3 5 5 甲砜霉素e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 5 6 甲砜霉素e i m s 质谱图 图3 5 7 氟甲砜霉素e s l m s m s 质谱图 图3 5 8 氟甲碱霉索e s i m s m s 质谱裂解途径 图3 5 9 氯霉素类药物e s i 裂解示意图 图4 1 1 苏丹红染料g p c 流出曲线 2 5 4 n m 图4 1 2 空白鸭蚩的h p l c m s m s 的m r m 色谱图 图4 1 3 鸭蛋中四种苏丹红染料的h p l c m s m s 的m r m 色谱图 添加浓度1 0 r i g g 图4 1 4 鸭蛋中四种苏丹红染料的h p l c m s m s 的m r m 色谱图 添加浓度5 0 r i g g x 图4 1 5 空白辣椒的h p l c m s m s 的m r m 色谱图 图4 1 6 辣椒中四种苏丹红染料的h p l c m s m s 的m r m 色谱图 添加浓度1 0 r i g g 图4 1 7 辣椒中四种苏丹红染料的h p l c m s m s 的m r m 色谱图 添加浓度5 0 r i g g 豳4 2 1 五种q n s 的c 1 8 s p e 洗脱曲线 图4 2 2 五种q n s 的m r m 图 图4 2 3 空白猪肝样品的m r m 图 图4 2 4 添加猪肝样品中五种o n s 的m r m 图 添加浓度2 5i t k g 图4 3 1 氯霉素类药物的c 1 8s p e 洗脱曲线 图4 3 2 添加虾样中氯霉素 甲砜霉素和氟甲砜霉素的m r m 色谱图 图4 3 3 氯霉素子离子m r m 图 图4 4 1 氨基甲酸酯类药物标准品的m r b l 色谱图 图4 4 2 氨基甲酸酯类药物的s p e 洗脱曲线 图4 4 3 添加黄瓜样品中氨基甲酸酯类药物的m r m 色谱图 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果 也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢惫 研究生签氢努淆 时间 岬年歹 e l2e t f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 可以采用影印 缩印或扫描等复 制手段保存 汇编学位论文 同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表 传播学位论文的全部或部分内容 保密的学位论文在解密后应遵守此协议 虢彰稽 导师签名 绔亏刖 时河 另却年 月2e 1 时间 6 7 年 月之日 中国农业大学博i 学位论文第一章综述 1 1 电喷雾离子化 第一章综述 电喷雾离子化 e l e c t r o s p r a yi o n i z a t i o n e s l 是一种质谱仪离子源 能直接将溶液中的带电 离子或高极性分子在大气压力 f 经由电喷雾的过程转换为气相离子 再导入质谱仪中进行质荷比 m a s s t o c h a r g er a t i o m z 测量 由质荷比可计算出分析物的分子质量 两个世纪以前 人们就 已发现了静电场可以使液体分散成带电液滴的电喷雾 e l e c t r o s p r a y 现象 并将静电喷雾法广泛 应用到许多领域 农作物喷雾 燃料雾化 喷漆 静电喷涂 静电乳化等 但真l e 把电喷雾当作 一种电离方法的创新性研究是 h d o l e 等 1 j 在2 0 世纪 年代开始的 他们研究的目的就是用电喷雾 来产生气态大离子 直到8 0 年代中期 y a n m s h i t a 等 2 1 把大气压电喷雾电离技术与四极质谱结合起 来 a l e k s a n d r o v 等例把它和磁质谱结合起来 才开创了电喷雾离子化质谱法 e l e c t m s p r a y i o n i z a t i o nm a s ss p e c 仃o m e t r y e s i m s 的新纪元 前耶鲁大学化工系教授d r j o h nb f e n n 也因其 在1 9 8 8 年提出能以电喷雾离子化质谱仪精确测量蛋白质分子质量的构想与实验证据而获得了 2 0 0 2 年诺贝尔化学奖 1 1 1 电喷雾离子源的构造 电喷雾离子源的基本构造 图1 1 较为简单 主体是一支金属制成的毛细管喷嘴 内径约为 数微米至数百微米 距喷嘴出口1 2 公分处置放一片相对电极 将含有分析物的样品溶液注入 毛细管 并在金属细管与相对电极间加数千伏特 一般约为3 k v 一5 k v 的电位差 就可以观察 到电喷雾现象 如果在不加电压下注入样品溶液 那么在毛细管出口就会形成一道细微的水柱 而并不会有喷雾成微液滴的现象发生 但是当金属管喷嘴与质谱仪的入口之间被施与数千伏特的 电位差 这时微细水柱消失 取而代之的是水溶液喷雾成带有电荷的微液滴 这些微液滴直径约 在纳米大小 为质谱仪提供了分析的原料 图1 1 电喷雾离子源构造与质谱仪衔接接口 1 1 2 电喷雾离子化的过程 在样品溶液流至金属毛细管喷嘴出口时 在没有电场的情形下 溶液会因为表面张力而自然 的形成一个圆球面 溶液中则含有许多解离且均匀分布的j i 三负离子 如果在喷嘴施与正电压 溶 液中的正负离子会在电场中受力而往相反方向移动 不断聚集在液体的前沿形成突体 p r o t r u s i o n 图1 2 a 而电场对正离子的作用力会牵引液面向外 如果这时候逐渐提高在金属管喷嘴的电 压 当这牵引力大过表面张力时 突体脱离液滴表面 雾化成舢粒径的带电液滴 电喷雾现象 就会发生 图1 2 b 此时液面形成圆锥型 称为泰勒锥 t a y l o r c o n e 泰勒锥尖端会陆续释 放出带有正电荷的微液滴 此即是电喷雾现象 若施与负电压 则释放出带有负电荷的微液滴 若毛细管末端的电位高于逆电极的电位 液滴带正电 溶液中的负电荷通过负离子对毛细管 的金属壁进行电化学放电o r n 而部分消失 反之 形成净电荷为负的荷电液滴 溶液中正 电荷通过捕获喷雾毛细管壁释放的电子 p e p 而部分消失 4 j 图1 2 电喷雾现象示意图 a 溶液中解离的正离子受电场牵引 推挤管道出口端液面成为圆锥形 b 正离子受电场牵引之力大于液面的表面张力 形成可稳定产生电喷雾的泰勒锥 电喷雾所产生的微液滴由溶剂 溶质和电荷组成 带电微液漓在电场引导下于飞行过程中不 断与大量空气接触 溶剂不断的挥发造成液滴体积缩小 分布于液滴表面的电荷密度渐增 图 1 3 a 再次突破液滴表面张力形成更小的带电液滴 图1 3 b 此相同的过程在电喷雾喷嘴与 质谱仪入口问电场引导下经过多次反复 带电液清经多次分裂 体积不断缩小而将溶剂逐渐去除 图1 3 c 这是一种带电微液滴去溶剂 d e s o l v a f i o n 的过程 不断缩小体积的带电液滴展后 会产生完全不含溶剂分子的气态溶质离子 以离子源产生气相离子 g a sp h a s ei o n 再利用质量 分析器 m a s sa n a l y z e r 测量质荷比是目前所有质谱仪运作的基本原理 2 图1 3 气相离子形成示意图 中田农业人学博i 学位论文第一章综述 1 1 3 电喷雾离子化的原理 目前获得广泛认同的电喷雾离子化机理是 由晡b e 和t h o m s o n 提出的 离子蒸发模式郴姊l 由 d o l e 等提出的 电荷残余模式m 离子蒸发模式 i o ne v a p o r a t i o nm o d e l 在高电场和加热气体的作用下 带电液滴中溶剂逐 渐蒸发 液滴直径变小 因而表面电荷密度增大 当电荷密度增加到雷利稳定极限 r a y l e i g h l i m i t 时 即表面电荷产生的库仑推斥力与液滴表面张力大致相等时 液滴处于不稳定状态 发生库仑 爆炸 液滴受静电排斥而分裂为更小的液滴 这个过程反复地进行 当经多次分裂的带电液滴体 积缩小至直径约为1 0 n m 时 液滴中的离子可以在强电场的影响之下 直接脱离液滴蒸发成为气 相离子 电荷残余模式 c h a r g er e s i d u em o d e l 当带电液滴经多次分裂后 每个液滴的体积不但缩 小 同时每个液滴中的离子数也跟着减少 最后会形成一些只含单一离子的且无法再更进一步分 裂的极小液滴 s i n g l e i o nd r o p l e t 这样的液滴在顺着压力差与电位羞进入质谱仪的过程中 会 多次与气体分子碰撞而获得能量 最终将溶剂分子完全脱离 成为气态离子 此过程也称为 利 用碰撞活化去聚集 d e c l u s t e r i n gb yc o l l i s i o na c t i v a t i o n 的过程 研究表明 离子蒸发模式能对几乎所有情况下的e s i 现象进行解释 特别是小气态离子 如 钠离子等 的产生过程 电荷残余模式更适 i i 于分子体积比微滴体积大得多情况下的线性大分子 如蛋白质等 的离子化现象的解释 1 1 4 电喷雾离子化形成的离子 电喷雾适于产生正离子或负离子 视所施电压之正或负而定 同时 电喷雾离子化还会形成 单电荷离子和多电荷离子 1 1 4 1 单电荷离子 小分子化合物在e s i 质谱上所观察到的离子与其他常见的 软电离 技术看到的结果很相似 比如快原子轰击 f a b 软电离 通过形成质子加合物 m h r 或阳离子加合物 m n h i m k m n h 4 极性小分子或碱性分子常常看到的是正离子的质谱 已经是离子型的化合物 如季铵 盐类 得到的就是m 弋化合物失去一个质子可形成带负电的 m h 在合适的条件下 稠环芳烃 和紫菜碱等化合物 还可以通过电化学反应产生自由基 提高样品浓度会增加产生二聚离子的概率 如 2 m h 或 2 m n a l 这是所有软电离方式所 遇到的共同问题 对谱图解析带来困难 稀释样品浓度 可以减少产生二聚离子的可能性 s t e 自 n 等1 6 j 还证实了添加伯胺 p r i m a r ya m i n e 可以减少生成多聚离子的可能性 1 1 4 2 多电荷离子 e s i 质谱极具魅力的特点之一就是形成多电荷离子 如f m n i i p 订 n n a r m n l 矿 并 且所带的电荷数目随着分子量的增加而增加 小肽分子 如亮啡肽 产生的几乎全是呻 1 1 1 单电 荷离子 相对较大的肽 如环状短杆菌肽s 产生的主要是 m 2 h 和少量的 m i i 而蛋白质则 3 中固农业人学博l 学位论史 第一章综述 产生的是带着多电荷分布的离子 多电荷离子的分布状况和溶液的条件 e s i 离子源参数有关 通过改变p h 值 溶液的组成 或添加改性剂如二硫苏糖醇 就可以改变蛋白质的构象 因而改变了蛋向质上裸露出的碱基数目 从而影响加合质子的数目川 如果改变辅助喷雾气的组成也会诱导质子转移反应 从而影响电荷 分布 8 l 改变真空接口处的电位也会影响电荷分布 获得想要得单电荷离子 从而简化小分子聚 合物的e s i 质谱图例 1 1 5 电喷雾离子化的影响因素 d p f ls m i t h l l o l 提出的公式可以解释影响电喷雾过程的几个参数 发生电喷雾的高电压 k k v 与电喷雾针的半径r a n 溶剂的表面张力y n m 有关 还与喷雾针尖和反相电极 取 样真空小孔 的距离d 姗 有关 圪 0 2 x f 万l n f 型1 若使用甲醇作溶剂 悔0 0 2 2 6 n m 喷雾毛细管半径为5 0 u m 喷雾针尖和反相电极的距离 是5 m m 则可能发生电喷雾的电压为1 2 7 k v 如果换成水 则可能发生电喷雾的电压上升为 2 2 9 k v 除上述条件外 影响电喷雾离子化效率的因素主要有以下几点 1 1 5 1 溶剂 由于电喷雾是电泳的机理 溶剂就必须是可导电的溶液 通常反相液相色谱使用的溶剂如水 甲醇 乙腈都适合于电喷雾电离 其他的如二氯甲烷 二甲基亚砜 d m s o 醇类 异丙醇 丁醇等 四氢呋喃 t h f 丙酮 二甲基甲酰胺等也都可以用于电喷雾离子化 而烃类 如 正己烷 芳香族化合物 如苯 以及其他非极性溶剂 如四氯化碳 不宜于电喷雾离子化 为了增加电喷雾离子化效率 通常样品会溶于极性有机溶剂 如甲醇或乙腈 与水的混合溶 液 以增加溶剂挥发的速度与降低表面张力 1 1 5 2 杂质 分析溶液的纯度非常重要 电喷雾离子源内的所有物质都会产生大量的离子 e s i m s 对污染 物非常灵敏 样晶溶液中最好能消除各种盐类或者杂质 以避免化学噪声和电离抑制 1 l j 溶剂和溶剂输送系统中常常存在痕量的盐类 特别是碱金属日1 离子的存在常常生成 m n a r m k 1 离子峰 由于阳离子的吸附 影响分子离子的丰度 导致样晶信号的降低和多个加合物的 形成 同时 有机溶剂中还存在其他一些杂质如增塑剂二 2 乙基己基 邻苯二甲酸酯 常常生 成m z 为3 9 1 的 m h 离 缄m z 为4 1 3 的 m n a 离子 这种化合物无处不在 以至t j 以用它们 作为质谱调谐的参考峰 1 1 5 3 添加剂 液相色谱经常使用缓冲盐等添加剂来控制p h 值 保证可靠的分离度 但对于电喷雾而言 应 该避免不挥发性缓冲盐的使用 如磷酸盐 硫酸盐等 它们不仅会污染离子源 还会干扰样品离 子的生成1 1 2 在电喷雾电离分析中 有时会使用挥发性的缓冲盐来控制p h 值 如甲酸 乙酸 氨 4 中困农业人学博i 学位论文第一章综述 水 甲酸铵 乙酸铵等 浓度一般控制在0 1 一1 之间 系统中存在的过量的n a f 等碱金属阳离子 通常会增加 m n a m k 离子峰的强度 减小 m h 1 的丰度 但偶尔也需要加入一些阳离子 帮助样品生成 m n a m k 和 m n l 4 浓度为1 0 5 0 m o l 的钠 钾和乙酸铵溶液是常用的添加剂 1 1 5 4 辅助气体 现代的电喷雾离子源常采用一些辅助气体来增加电喷雾离子化的效果 图1 4 比如利用雾 化气体 n e b u l i z e r g a s 辅助喷雾 增加微液滴生成效果 利用由质量分析器入口向电喷雾喷嘴流 动的气帘 c u r t a i ng a so r c o n eg a s 或从侧面提供经过加热的气流 t u d og a s 使溶剂加速挥发 图1 4 利用辅助气体加速电喷雾离子化过程示意图 1 2 电喷雾离子裂解 e s l 是一种软电离方式 主要产生分子离子峰 m i i 和 m h t 不会产生很多的碎片离子 对于测定分子量和定量检测是非常有用的 但对于结构鉴定是不利的 不过这个缺陷可以通过源 内碰撞诱导解离 c i d 和碰撞活化解离 c a d 的方法来弥补 这也是e s l 主要的离子裂解方式 1 2 1 源内碰撞诱导解离 c o lli s i o n i n d u c e dd i s s o c i a t i o n o l d 在f 强i m s 仪器中 源内c i d 图1 5 的区域是从离子源到质量分析器之间的离子通道 通过 调节离子源到质量分析器之间的电压和温度 可以将e s l 产生的离子打碎 获得丰富的离子碎片 信息 经过c i d 的碎片离子可以有效的转移到质量分析器进行检测 源内c l d 的缺点是无法对分 析离子进行选择 在碎片离子中有可能看到背景以及样品的共流出物等杂质产生的离子 但有研 究表明 通过离子源锥孔电压的程序变化 可以达到更优越的灵敏度和选择性 图1 5 源内 示意图 5 中田农业人学博l 学位论义 第一章综述 1 2 2 碰撞活化解离 c o i ij s i o n a c t ir a t e dd i s s o c i a t i o n c a d c a d 主要表现为三个步骤 分离 分裂和分析 为了得到更多的信息 选择目标离子 把它 叶r 碎 之后测定其碎片离子 c a d 在碰撞室内进行 带有一定能量的离子进入碰撞室后 与室内 的惰性气体分子或原子碰撞 离子碎裂 c a d 主要分为两种 一种是发生在不同的空间 如扇形 质谱仪和串联四极杆质谱 图1 6 一种是发生在不同的时问 如四极杆离子阱质谱和离子回旋 共振质谱 可以在同一空间的不同时间完成c a d 的三个步骤 为了使离子碰撞 碎裂 必须使离 子具有一定的动能 对于扇形质谱仪 离子加速电压可以超过1 0 0