使用UPLC/Q-Tof液質(zhì)儀對食品包裝紙和紙板中潛在遷移物進行鑒別和結(jié)構(gòu)分析

使用UPLC/Q-Tof液質(zhì)儀的MS^E功能和MassFragment軟件對食品包裝紙和紙板中的潛在遷移物進行鑒別和結(jié)構(gòu)分析

Malcolm Driffield、¹ Antony Lloyd、¹ Emma Bradley、¹ Dominic Roberts²
1 食品與環(huán)境研究所（英國約克）
2 沃特世公司（英國曼徹斯特）

應(yīng)用優(yōu)勢

■ MS^E數(shù)據(jù)采集模式，可以一次進樣同時得到母離子及其碎片離子數(shù)據(jù)，從而提高化合物鑒定的可信度。此外它還具有數(shù)據(jù)溯源的功能。
■ ChromaLynx™ XS軟件可以對復(fù)雜混合物中的所有組分進行快速檢測、鑒定和確認。用戶可以通過精確質(zhì)量數(shù)信息確定化學式，然后，在化合物數(shù)據(jù)庫中進行搜索、確認結(jié)構(gòu)式。
■ MassFragment™是一種智能型軟件工具，能夠自動匹配碎片結(jié)構(gòu)，極大簡化了數(shù)據(jù)處理，并且可在無標準品的情況下進行確認。

沃特世解決方案

ACQUITY UPLC^®系統(tǒng)
ACQUITY UPLC HSS T3色譜柱
SYNAPT^® G2 HDMS™系統(tǒng)
ChromaLynx XS軟件
MassFragment軟件

關(guān)鍵詞

飛行時間質(zhì)譜篩查、數(shù)據(jù)庫搜索、結(jié)構(gòu)表征、紙、紙板、食品包裝、鄰苯二甲酸酯

簡介

回收紙和紙板有利于環(huán)境清潔，還可以緩解森林資源的壓力、降低廢物處理量。目前，進入回收環(huán)節(jié)的紙和紙板類型具有一定的限用管制�；厥盏募埡图埌遄罱K可以用于要求較低的應(yīng)用領(lǐng)域，例如報紙和雜志、紙板箱和紙板盒，以及要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，例如食品包裝。近年來，科學文獻和媒體報道過一些有關(guān)回收紙和紙板用于食品包裝時出現(xiàn)的問題。食品中檢測到來自回收紙和紙板的污染物。印刷報紙和雜志的油墨中發(fā)現(xiàn)了礦物烴類化合物，^1-2以及鄰苯二甲酸鹽，例如目錄和手冊所用粘合劑中的鄰苯二甲酸二異丁酯，³以及印刷在紙和紙板外表面的光引發(fā)劑和其它成分。⁴這些類型的化學物在經(jīng)過回收處理后仍會存在。

本研究是一個大型研究項目中的一部分，此研究項目將調(diào)查用于再生型食品包裝的紙和紙板來源。⁵實驗檢測了四種不同類型的紙來源（純白色打印紙、報紙和雜志、瓦楞紙板和食品包裝紙），并確定了潛在的污染物。配備有高分辨率質(zhì)譜檢測器的超高效液相色譜（UltraPerformanceLC^® ）（UPLC^®/HR-MS）是一種有效的工具，有助于鑒定食品接觸材料和其它領(lǐng)域中的未知化合物。⁶精確質(zhì)量數(shù)、同位素譜圖和碎片信息（如果存在）可用于預(yù)測元素組成，然后可將其與含有其潛在結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫進行對比，如果結(jié)構(gòu)匹配，鑒定結(jié)果將更加可信。所使用的儀器必須有足夠的靈敏度和精確度以確保能夠準確鑒定化合物。

本文介紹了如何使用ACQUITY UPLC/SYNAPT G2 HDMS系統(tǒng)以及相關(guān)軟件檢測色譜峰、確定精確質(zhì)量數(shù)并獲得元素組分。實驗將獲得的分析結(jié)果與用戶準備的含6000多種食品接觸材料組分和污染物的數(shù)據(jù)庫進行對比，通過MS^E獲得的碎片信息，在未使用確證標準品的情況下確定了其中一個待分析的化合物的化學結(jié)構(gòu)。

實驗

樣品描述

從當?shù)爻�市采購一組用紙和紙板包裝的食品，將食品從包裝中取出，切成小塊，并充分混合。樣品包括早餐谷物、意大利面、冷凍魚、蛋糕和其它烘焙產(chǎn)品。將一部分混合的樣品（5 g）、內(nèi)標物d10-苯甲酮（100 μL，1 mg/mL）和乙醇（20 mL）加入樣品瓶中，蓋好蓋子并震搖過夜。取一部分上清液直接進行分析。

UPLC條件

系統(tǒng)： ACQUITY UPLC
色譜柱： ACQUITY UPLC HSS T3（部件號176001133）150×2.1 mm，1.8 μm
柱溫： 45 ℃
流速： 0.45 mL/min
進樣體積： 1 μL
流動相A： 水+0.1%甲酸
流動相B：流動相B： 乙腈+0.1%甲酸

MS條件

MS系統(tǒng)： SYNAPT G2 HDMS
采集模式： MS^E
電離模式： 電噴霧正離子
檢測的質(zhì)量數(shù)范圍： 50至1200 Da
錐孔電壓： 25 V
毛細管電壓： 1.0 kV
脫溶劑氣溫度： 500 ℃
源溫度： 120 ℃
碰撞能量： 低能量 CE = 6 eV，
高能量 CE = 15 - 35 eV
碰撞氣體： 氬氣
LockMass： 亮氨酸腦啡肽，m/z 566.2771
數(shù)據(jù)管理： ChromaLynx XS和MassFragment軟件

結(jié)果與討論

混合食品包裝樣品的乙醇提取物的基峰離子色譜圖（BPI）如圖1所示。

圖1. 紙和紙板食品包裝乙醇提取物的基峰離子色譜圖（低能量電噴霧離子化正離子模式）。

ChromaLynx XS軟件可以反卷積解析色譜圖，檢測出現(xiàn)的所有色譜組分，并為每種確認的組分生成精確的譜圖。這些操作均在“目標模式”下進行，將生成一系列單個峰，然后軟件會將這些峰與包含潛在結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫進行對比。軟件提取了1380個組分，比TIC圖中目測到的要多。充分顯示了該軟件在極低濃度條件下檢測組分的優(yōu)勢ChromaLynx XS將提取目標化合物的準確質(zhì)譜圖，確定它們是否存在。

用戶的數(shù)據(jù)庫包含食品接觸材料中可能存在的6000多種已知成分、潛在污染物以及衍生和分解產(chǎn)物。列表包括化合物名稱和化學式，軟件將在其中進行搜索并報告匹配結(jié)果。如果具有用標準品進行過分析，則該化合物的保留時間和碎片離子信息也會包含在數(shù)據(jù)庫中。圖2為ChromaLynx XS處理數(shù)據(jù)的示例，包括：（A）總離子流圖、（B）目標物列表、（C）提取離子色譜圖和（D）13.6min處，峰的相關(guān)質(zhì)譜圖，這是一個完整的鑒定過程示例。本樣品用含6000種化合物的庫進行篩查，最終根據(jù)精確質(zhì)量數(shù)總共鑒定出45種化合物。在沒有分析標準品的條件下，這些鑒定結(jié)果由其同時采集的碎片信息確認。

圖2. ChromaLynx XS在13.6min處輸出的質(zhì)譜圖，與數(shù)據(jù)庫中的對二甲氨基苯甲酸異辛酯的匹配。A) 總離子流色譜圖、B) 目標物列表、C) 13.6min處的提取離子色譜圖（m/z 278.2122）和D) 13.6min處色譜峰的質(zhì)譜圖（低能量）。

圖3顯示：其母離子的質(zhì)荷比為278.2122，化學式為C17H27NO2。這與數(shù)據(jù)庫中的對二甲氨基苯甲酸異辛酯相匹配，該化合物可以用作噴涂至紙和紙板底物的紫外光固化油墨中的胺助引發(fā)劑。[M+H]+母離子的理論精確質(zhì)量數(shù)為m/z 278.2120，與檢測結(jié)果之間僅存在0.7 ppm的差異。在分析食品包裝樣品時，并未分析對二甲氨基苯甲酸異辛酯的確證標準品進行鑒定確認。SYNAPTG2 HDMS的運行模式為MS^E采集模式，可以一次進樣，同時收集該化合物的母離子及碎片離子信息，從而提高了化合物鑒定的可信度。

圖3所示為低能量和高能量質(zhì)譜圖，在較高能量下，母離子的強度降低，生成碎片離子。

圖3. 13.6 min處色譜峰的質(zhì)譜圖。A) MS^E高能量譜圖：顯示碎片離子，B) MS^E低能量譜圖：顯示分子加合物[M+H]+。

與分子一樣，碎片離子的精確質(zhì)量數(shù)也可用于確定潛在的元素組成。MassFragment軟件將利用這些潛在的元素組成，根據(jù)建議的化合物化學結(jié)構(gòu)（例如對二甲氨基苯甲酸異辛酯）來確認該結(jié)構(gòu)。該軟件使用系統(tǒng)化的鍵斷裂信息和一套計分系統(tǒng)，此系統(tǒng)以鍵斷裂的類型和發(fā)生的可能性為基礎(chǔ)，信息輸入程序的過程簡單。.mol文件可以從ChemSpider商業(yè)庫中下載，也可從最常用的化學繪圖包得到，然后將其與提供碎片離子信息的MS^E質(zhì)譜圖一起導(dǎo)入即可。

根據(jù)用戶的具體需要，可以對參數(shù)進行相應(yīng)更改。質(zhì)量數(shù)窗口的限值范圍非常重要，使用的范圍越小，結(jié)構(gòu)匹配的可信度就越高。在本示例中，使用的值是+/- 1 mDa。圖4是軟件針對13.6min處色譜峰所生成的結(jié)果，系統(tǒng)建議的化合物為對二甲氨基苯甲酸異辛酯。

圖4. MassFragment輸出的報告，其中所示為五個碎片離子的建議結(jié)構(gòu)，增加了鑒定結(jié)果的可信度。

所測的五個碎片離子均驗證了建議的母體結(jié)構(gòu)——對二甲氨基苯甲酸異辛酯中不同鍵斷裂后所得的離子的可能結(jié)構(gòu)，這一結(jié)果提高了13.6min處色譜峰鑒定的可信度。圖5所示為標記有MassFragment結(jié)構(gòu)的MS^E質(zhì)譜圖。此化合物很可能來自紙和紙板上的油墨，⁷相似化學類型的化合物經(jīng)過回收處理后也仍會存在�，F(xiàn)在，碎片離子和保留時間均與此化合物匹配，它們被反饋到數(shù)據(jù)庫中，從而使得后面的鑒定更加可信。

圖5. 13.6 min處色譜峰的MS^E質(zhì)譜圖，標記有MassFragment鑒定結(jié)果。

結(jié)論

本實驗采用具有色譜分離、高分辨率地測定準確質(zhì)量數(shù)功能的ACQUITY UPLC/SYNAPT G2 HDMS系統(tǒng)，對食品包裝紙和紙板提取物進行分析。此分析可對之前未知的、可能會遷移到食品中的化合物作出值得信賴的鑒定。使用MS^E數(shù)據(jù)采集模式，可以同時收集母離子和碎片離子的信息，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過ChromaLynx XS和MassFragment軟件的處理后，可獲得具有高可信度的鑒定結(jié)果。

參考文獻

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