使用精确质量、同位素比和串联质谱对水中的个人护理用品进行分析

摘要

采用Agilent 6510 四极杆飞行时间质谱(QTOF) 分析地表水样品中存在的药物。采用快速分离高通量Extend C18 色谱柱（粒径1.8 μm）运行一个简单的梯度洗脱程序。在54种潜在的化合物中，使用安捷伦分子特征提取算法(MFE) 在一个样品中鉴定出多达11种化合物。另一种算法（即Mass Profiler）也被应用于MFE 数据处理过程，用来对几个样品进行比较。由于MFE 根据特征可能生成数千个潜在化合物，所以用Mass Profiler 对两个不同样品的特征进行统计比较时，能够判断出哪一个是独有的，哪一个是共存的。所有工作都采用全扫描质谱数据进行。确定目标化合物时，可借助精确质量全扫描串联质谱进行结构鉴定。

前言

在20 世纪后三十年里，化学污染的研究主要被限定为农药污染。随着C. Daughton 有影响力的文章的发表，研究重心开始逐渐转移到药物和个人护理用品（PPCP）对环境的影响上。许多药物（包括雌激素），已被公认为内分泌干扰物，或者干扰机体激素生理功能的化学药品。2004 年，一份来自美国地质调查局（USGS）的报告显示，波托马克河中的小口黑鲈出现了很多的雌雄同体的现象（雄鱼表现出雌鱼的特征）。USGS 已经在波托马克河中发现了含有已知或推测为内分泌干扰化合物的农药、阻燃剂和个人护理用品。这些化合物之所以不断成为新出现的污染物被人们所熟知，是因为它们不在当前的任何监控目标物名单中，却仍在不断地被发现。因此，运用足够强大的技术手段去鉴定这些化合物及其可能的代谢物是非常重要的。

在全扫描（质量范围）质谱（MS）中使用精确质量，可得到用来鉴定的化合物的经验式。此外，高度的质谱分辨率可以实现共流出化合物的选择性鉴定。同位素比也是有助于鉴定高碳数化合物，以及包含氯和硫的化合物的有效工具。虽然这些工具的应用可以在很大程度上确证化合物的分子式，但用户还是需要判断哪一个才是同分子量化合物可能的结构。

为了辅助结构鉴定的分析需要，我们使用了四极杆飞行时间质谱(QTOF) 的选择性串联质谱。因为安捷伦四极杆飞行时间质谱在串联质谱阶段仍可获得非常精确的质量，更容易确定子离子的结构（即母离子的次级结构）。因此，与派生出的经验式有关的可能的结构数目就从多个降为一个。

需要从环境中寻找的药物监测名单总是在不断增加，其中有许多是结构未知的代谢物。鉴定这些化合物需要四极杆飞行时间质谱技术。此外，在10-100 s 的相对较短的运行时间里鉴定样品中的这些化合物，快速扫描功能也是十分必要的。安捷伦四极杆飞行时间质谱能以每秒20 张质谱图的速度采集全扫描质谱数据。这些海量的数据可能蕴含着数目众多的化合物，这就需要将它们转换为有用的信息。安捷伦分子特征提取（MFE）是MassHunter定性分析软件中的一个标准模块，它可运行以下步骤：

• 持续移除化学背景

• 消除共流出干扰

• 识别并归类同位素组

• 2D/3D 数据可视化

• 化学识别（精确质量、同位素匹配）

• 检索数据库（NIST、ChemIDPlus）

除了使用质量特征提取算法从色谱数据中抽取化合物特征外，另一个被称为Mass Profiler 的算法也被用于不同样品的特征分析，来确定差异和共性。通过对每个样品进样分析三次，或者分析同一来源的多个样品，来确定采用MFE 提取的样品特征在统计学上的一致性。各样品的秤取结果称为一组。可对两组不同来源的样品进行比较，观察其特征差异是独有的还是具有共性的；若存在共性，可观察其丰度是否有差异。

采用固相萃取法对一批水样进行过滤和提取，能够使富集倍数增加约1000 倍。本文分析的样品中包含10-100 ppb 浓度水平的化合物，即其在原水样中相应的浓度范围为10-100 ppt。这些可能存在于这些样品中的的化合物及其精确中性质量见表1。

结论

使用全扫描质谱和串联质谱中的精确质量对化合物进行鉴定时，四极杆飞行时间质谱是一个非常理想的仪器。精确质量可以得到化学式，也可以在串联质谱分析得到子离子时给出结构信息。由于需要采用由这类仪器得到的大量数据来考察样品中可能含有的大量已知和未知化合物，所以采用分子特征提取这类算法将有用特征从化学背景中筛选出来就非常重要。去除随机背景信号并发现有意义的同位素组信息后，就可以从谱图中生成这些特征。

这种分析不仅对单个样品分析有用，而且对于多样品间的比较也非常重要。可采用Mass Profiler 的另一种算法进行这种比较。更特别的是，这些比较可以使我们了解两个样品的共同特征以及它们在量上的差异。或者，存在于某个样品中的哪些特征在另一个样品中不存在。一旦某些特征需要进一步研究，就要对这些特征进行有针对性的串联质谱分析，然后通过产生的子离子获得其结构信息。