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Baiba Cabovska,1Douglas M. Stevens,1A. John Cunningham2 和Arthur E. Bailey2
1沃特世公司(美國馬薩諸塞州米爾福德市)
2曼恩凱德生物醫療公司(美國康涅狄格州丹伯裏市)
應用優勢
有利於為諸如製藥、化工原料和食品工業等需要進行結構解析工作的領域解決未知化合物鑒定所麵臨的難題。提供一套鑒定可提取物的係統化工作流程。與QTof聯用的GC或UPLC均可采用同一工作流程。
沃特世解決方案
Xevo® G2 QTof質譜儀
大氣壓氣相色譜電離源(APGC)
MassLynx®軟件
MSE技術
MassFragment™軟件
關鍵詞
可提取物，浸出物，樹脂，單體和低聚物，增塑劑，穩定劑，填充劑，著色劑，抗氧化劑，抗靜電劑，元素組成
簡介
根據美國FDA要求，製藥行業需確保在預期產品保質期內藥品的包裝材料中不會有任何有毒或有害物質遷移到藥品中1-5。同tong樣yang，在zai食shi品pin和he化hua妝zhuang品pin行xing業ye，人ren們men對dui產chan品pin中zhong存cun在zai的de包bao裝zhuang材cai料liao浸jin出chu物wu的de研yan究jiu也ye非fei常chang關guan注zhu。根gen據ju定ding義yi可ke知zhi，可ke提ti取qu物wu是shi指zhi在zai可ke控kong的de提ti取qu條tiao件jian下xia從cong包bao裝zhuang材cai料liao或huo設she備bei組zu分fen中zhong提ti取qu出chu的de化hua合he物wu。浸jin出chu物wu則ze是shi在zai正zheng常chang保bao質zhi期qi內nei從cong包bao裝zhuang材cai料liao遷qian移yi至zhi產chan品pin中zhong的de化hua合he物wu。在zai理li想xiang情qing況kuang下xia，浸jin出chu物wu也ye可ke視shi作zuo一yi種zhong可ke提ti取qu物wu。如ru果guo一yi個ge公gong司si無wu法fa對dui所suo有you潛qian在zai汙wu染ran物wu進jin行xing全quan麵mian準zhun確que的de鑒jian定ding，或huo是shi至zhi少shao清qing楚chu了le解jie化hua合he物wu類lei別bie，那na麼me很hen可ke能neng會hui導dao致zhi產chan品pin召zhao回hui、經濟損失和/或品牌形象受損等嚴重後果6。
因此，我們開展了一項名為受控提取研究的初步調查，其中涉及某些類型的溶劑提取，如回流法、微波法或超臨界流體萃取法7。所(suo)選(xuan)溶(rong)劑(ji)必(bi)須(xu)涵(han)蓋(gai)較(jiao)大(da)的(de)極(ji)性(xing)範(fan)圍(wei)，以(yi)確(que)保(bao)非(fei)極(ji)性(xing)和(he)極(ji)性(xing)分(fen)析(xi)物(wu)均(jun)能(neng)被(bei)提(ti)取(qu)。用(yong)於(yu)分(fen)析(xi)提(ti)取(qu)物(wu)的(de)技(ji)術(shu)必(bi)須(xu)具(ju)有(you)綜(zong)合(he)性(xing)，可(ke)以(yi)適(shi)用(yong)於(yu)盡(jin)可(ke)能(neng)多(duo)的(de)分(fen)析(xi)物(wu)，包(bao)括(kuo)GC-FID-MS(揮發性物質)和LC-UV-MS(非揮發性物質)5。
在(zai)受(shou)控(kong)提(ti)取(qu)研(yan)究(jiu)中(zhong)，我(wo)們(men)發(fa)現(xian)對(dui)於(yu)化(hua)合(he)物(wu)來(lai)說(shuo)真(zhen)正(zheng)的(de)挑(tiao)戰(zhan)就(jiu)是(shi)對(dui)它(ta)的(de)鑒(jian)定(ding)。很(hen)少(shao)有(you)樹(shu)脂(zhi)生(sheng)產(chan)商(shang)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)包(bao)裝(zhuang)材(cai)料(liao)聚(ju)合(he)物(wu)中(zhong)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)全(quan)部(bu)添(tian)加(jia)劑(ji)的(de)完(wan)整(zheng)清(qing)單(dan)。並(bing)且(qie)，原(yuan)材(cai)料(liao)在(zai)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)可(ke)能(neng)會(hui)降(jiang)解(jie)或(huo)發(fa)生(sheng)化(hua)學(xue)變(bian)化(hua)。此(ci)外(wai)，樹(shu)脂(zhi)生(sheng)產(chan)商(shang)可(ke)能(neng)並(bing)不(bu)了(le)解(jie)化(hua)合(he)物(wu)中(zhong)可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)的(de)汙(wu)染(ran)物(wu)。典(dian)型(xing)的(de)可(ke)提(ti)取(qu)物(wu)包(bao)括(kuo)由(you)不(bu)完(wan)全(quan)聚(ju)合(he)反(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)的(de)單(dan)體(ti)和(he)低(di)聚(ju)物(wu)；增塑劑、穩定劑、填充劑、著色劑、抗氧化劑和抗靜電劑，以及它們的降解產物。除此之外，還有在模塑工藝後樹脂中殘留的洗滌劑和脫模劑.
實驗
樣品製備
采用微波提取法製備樣品。將聚丙烯和尼龍樣品(2 g)用10 mL異丙醇在70 °C下提取3 h。提取完成後，將上清液轉移到GC樣品瓶中。
MS條件
MS係統： Xevo G2 QTof與7890A GC
色譜柱： HP1-MS，30 m x 0.32 mm，1.0微米膜
載氣： He，2 mL/min
升溫程序： 35 °C下保持5 min，以20 °C/min升至320 °C，保持20.75 min
進樣口： 300 °C
進樣類型： 1 微升，不分流，1 min吹掃
輔助氣體： N2，500 mL/min
掃描範圍： 50至1000 Da
MSE碰撞電壓： 15至25 eV
數據管理： MassLynx 4.1版軟件
利用單四極杆GC/MS所獲得的一些分析物數據可通過市售譜庫(例如NIST)進行確認。但是，當譜庫中未收錄目標化合物或單四極杆MSlingmindubuzuyijinxingfenxiwuyangxingjianbieshi，huifaxingwuzhifenxisuomianlindenantijiuchuxianle。zheshikeyijiehelingyizhongjishu，lirubenyingyongziliaosuojieshaodedaqiyaqixiangsepu(APGC)和四極杆飛行時間(QTof)質譜8。由於譜庫中沒有LC/MS數(shu)據(ju)，因(yin)此(ci)精(jing)確(que)質(zhi)量(liang)數(shu)數(shu)據(ju)將(jiang)十(shi)分(fen)有(you)利(li)於(yu)非(fei)揮(hui)發(fa)性(xing)物(wu)質(zhi)的(de)分(fen)析(xi)。對(dui)於(yu)本(ben)文(wen)中(zhong)所(suo)進(jin)行(xing)的(de)揮(hui)發(fa)性(xing)物(wu)質(zhi)和(he)半(ban)揮(hui)發(fa)性(xing)物(wu)質(zhi)分(fen)析(xi)來(lai)說(shuo)，使(shi)用(yong)市(shi)售(shou)結(jie)構(gou)解(jie)析(xi)工(gong)具(ju)在(zai)四(si)極(ji)杆(gan)飛(fei)行(xing)時(shi)間(jian)質(zhi)譜(pu)儀(yi)中(zhong)采(cai)集(ji)的(de)MSE數據已被證明在未知化合物的鑒定中具有重要意義。
工作流程
結果與討論
本研究采用了兩種廣泛使用的聚合物材料：聚丙烯和尼龍。在本應用紀要中，對三類不同的可提取物進行了鑒定：抗氧化劑、單體和單體降解產物。
如圖1所示，在聚丙烯樣品中，觀察到一個色譜峰(峰A)出現在保留時間26.3 min處。在精確質量數APGC譜圖中進行元素組成分析，如圖2所示，結果表明其分子式為C43H63O3P，如圖3所(suo)示(shi)。元(yuan)素(su)組(zu)成(cheng)軟(ruan)件(jian)通(tong)過(guo)觀(guan)察(cha)到(dao)的(de)質(zhi)量(liang)數(shu)計(ji)算(suan)可(ke)能(neng)的(de)分(fen)子(zi)式(shi)，並(bing)使(shi)用(yong)同(tong)位(wei)素(su)模(mo)型(xing)算(suan)法(fa)，將(jiang)每(mei)個(ge)候(hou)選(xuan)分(fen)子(zi)式(shi)所(suo)觀(guan)察(cha)到(dao)的(de)模(mo)型(xing)與(yu)理(li)論(lun)模(mo)型(xing)進(jin)行(xing)匹(pi)配(pei)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，對(dui)於(yu)該(gai)離(li)子(zi)有(you)兩(liang)種(zhong)選(xuan)擇(ze)，如(ru)果(guo)僅(jin)考(kao)慮(lv)質(zhi)量(liang)數(shu)差(cha)異(yi)，則(ze)第(di)二(er)個(ge)更(geng)為(wei)接(jie)近(jin)。而(er)結(jie)合(he)質(zhi)量(liang)數(shu)差(cha)異(yi)和(he)同(tong)位(wei)素(su)匹(pi)配(pei)可(ke)得(de)到(dao)一(yi)個(ge)最(zui)佳(jia)的(de)正(zheng)確(que)結(jie)果(guo)。
在幹燥模式的源條件下進行APGC分析9，可以優先於質子化加合物([M+H]+)促進分子離子(M.+)的形成。值得注意的是，在高能碰撞條件下，相比質子化加合物，分子離子碎片更易產生；因此，在兩種通道中基峰存在顯著差異(646.4與647.4)，如圖2所示。
在ChemSpider中搜索建議的元素組成分子式，結果為Irgafos 168，如圖4所示，根據Little等人所述，按“# of References”(參考編號)排序，該結果為最佳答案10。Irgafos 168是一種亞磷酸三芳基酯加工穩定劑，可保護樹脂聚合物(如聚丙烯)，防止其在樹脂合成過程中發生氧化。
數個碎片與主要碎片離子Irgafos 168相匹配，從而增加了鑒定的可靠性，如圖5所示。MassFragment可識別母離子結構中的化學鍵，並根據化學鍵斷裂的類型和可能性分配一個分值。另外，還會列出化學鍵斷裂的數目。分值越低(如，S:1.0，B:1.0與S:4.5，B:2.0)，產生該碎片結構的可能性越大。
此工作流程的下一個步驟是購買標準品，並與樣品的保留時間和碎片離子圖進行比較。
眾所周知，月桂精內酰胺是一種生產尼龍的原材料。在尼龍提取物中，檢測發現月桂精內酰胺單體(峰B)的保留時間為15.93 min，如圖6所示。按照先前示例所述的工作流程通過分子式和MassFragment報告確認該峰。在保留時間16.07 min處觀察到一個較小的峰(峰C)。測得的質量數與分子式C12H21NO相符，如圖7所示，這表明該峰可能是分子內具有額外雙鍵的月桂精內酰胺降解產物(月桂精內酰胺單體為C12H23NO)。通過存在的內源二聚體(2M+H)確認各個譜圖中的母離子。對於月桂精內酰胺，所觀察到的二聚體為m/z 395.3652，其降解產物的二聚體為m/z 391.3324。
使用ChemSpider搜索C12H23NO，結果顯示月桂精內酰胺為第二最佳選擇。而搜索C12H21NO時，根據聚合物中的已知化合物未得到合適的匹配結果。
由於可能無法取得該降解產物的標準品，因此可以通過Xevo G2 QTof數(shu)據(ju)為(wei)此(ci)化(hua)合(he)物(wu)指(zhi)定(ding)一(yi)個(ge)結(jie)構(gou)。我(wo)們(men)無(wu)法(fa)確(que)定(ding)月(yue)桂(gui)精(jing)內(nei)酰(xian)胺(an)環(huan)中(zhong)雙(shuang)鍵(jian)的(de)確(que)切(qie)位(wei)置(zhi)。然(ran)而(er)，在(zai)這(zhe)類(lei)研(yan)究(jiu)中(zhong)，並(bing)不(bu)一(yi)定(ding)必(bi)須(xu)確(que)定(ding)化(hua)合(he)物(wu)的(de)確(que)切(qie)結(jie)構(gou)，隻(zhi)需(xu)確(que)定(ding)化(hua)合(he)物(wu)的(de)類(lei)別(bie)即(ji)可(ke)。顯(xian)而(er)易(yi)見(jian)的(de)是(shi)，該(gai)降(jiang)解(jie)產(chan)物(wu)與(yu)月(yue)桂(gui)精(jing)內(nei)酰(xian)胺(an)相(xiang)關(guan)，因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)預(yu)計(ji)其(qi)毒(du)理(li)學(xue)特(te)性(xing)與(yu)月(yue)桂(gui)精(jing)內(nei)酰(xian)胺(an)相(xiang)似(si)。
結論
♦Xevo G2 QTof是一種用於可提取物的鑒定和結構解析的重要工具。利用MSE功能，可以同時采集母離子和碎片離子信息。精確質量數和碎片信息有助於確定許多未知化合物的結構。
♦當市售譜庫中未提供目標化合物的信息時，元素組成和Mass Fragment軟件可以提供與分析物相關的額外信息。
♦本文所述的工作流程有利於為諸如製藥、化工原料和食品工業等需要進行結構解析工作的領域解決未知化合物鑒定所麵臨的難題。
♦通常，根據已知存在的組分並結合碎片、最zui可ke能neng的de分fen子zi式shi和he一yi些xie化hua學xue常chang識shi，便bian能neng夠gou獲huo得de可ke能neng的de化hua合he物wu結jie構gou。在zai可ke提ti取qu物wu的de研yan究jiu中zhong，如ru果guo目mu標biao是shi建jian立li安an全quan性xing閾yu值zhi，那na麼me一yi個ge可ke能neng的de化hua學xue結jie構gou通tong常chang就jiu能neng提ti供gong充chong分fen的de依yi據ju。
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