使用UPLC/Q-Tof液質儀的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構分析

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

應用優勢

■ MS^E數據采集模式，可以一次進樣同時得到母離子及其碎片離子數據，從而提高化合物鑒定的可信度。此外它還具有數據溯源的功能。
■ ChromaLynx™ XS軟件可以對復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量數信息確定化學式，然后，在化合物數據庫中進行搜索、確認結構式。
■ MassFragment™是一種智能型軟件工具，能夠自動匹配碎片結構，極大簡化了數據處理，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
ACQUITY UPLC HSS T3色譜柱
SYNAPT^® G2 HDMS™系統
ChromaLynx XS軟件
MassFragment軟件

關鍵詞

飛行時間質譜篩查、數據庫搜索、結構表征、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，進入回收環節的紙和紙板類型具有一定的限用管制。回收的紙和紙板最終可以用于要求較低的應用領域，例如報紙和雜志、紙板箱和紙板盒，以及要求較高的應用領域，例如食品包裝。近年來，科學文獻和媒體報道過一些有關回收紙和紙板用于食品包裝時出現的問題。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現了礦物烴類化合物，^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劑和其它成分。⁴這些類型的化學物在經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域中的未知化合物。⁶精確質量數、同位素譜圖和碎片信息（如果存在）可用于預測元素組成，然后可將其與含有其潛在結構的數據庫進行對比，如果結構匹配，鑒定結果將更加可信。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系統以及相關軟件檢測色譜峰、確定精確質量數并獲得元素組分。實驗將獲得的分析結果與用戶準備的含6000多種食品接觸材料組分和污染物的數據庫進行對比，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構。

實驗

樣品描述

從當地超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、蛋糕和其它烘焙產品。將一部分混合的樣品（5 g）、內標物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： 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： SYNAPT G2 HDMS
采集模式： MS^E
電離模式： 電噴霧正離子
檢測的質量數范圍： 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
數據管理： ChromaLynx XS和MassFragment軟件

結果與討論

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構的數據庫進行對比。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勢ChromaLynx XS將提取目標化合物的準確質譜圖，確定它們是否存在。

用戶的數據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據庫中。圖2為ChromaLynx XS處理數據的示例，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，峰的相關質譜圖，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，最終根據精確質量數總共鑒定出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處輸出的質譜圖，與數據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處色譜峰的質譜圖（低能量）。

圖3顯示：其母離子的質荷比為278.2122，化學式為C17H27NO2。這與數據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劑。[M+H]+母離子的理論精確質量數為m/z 278.2120，與檢測結果之間僅存在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，碎片離子的精確質量數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，根據建議的化合物化學結構（例如對二甲氨基苯甲酸異辛酯）來確認該結構。該軟件使用系統化的鍵斷裂信息和一套計分系統，此系統以鍵斷裂的類型和發生的可能性為基礎，信息輸入程序的過程簡單。.mol文件可以從ChemSpider商業庫中下載，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質譜圖一起導入即可。

根據用戶的具體需要，可以對參數進行相應更改。質量數窗口的限值范圍非常重要，使用的范圍越小，結構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果，系統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構，增加了鑒定結果的可信度。

所測的五個碎片離子均驗證了建議的母體結構——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構，這一結果提高了13.6min處色譜峰鑒定的可信度。圖5所示為標記有MassFragment結構的MS^E質譜圖。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過回收處理后也仍會存在。現在，碎片離子和保留時間均與此化合物匹配，它們被反饋到數據庫中，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質譜圖，標記有MassFragment鑒定結果。

結論

本實驗采用具有色譜分離、高分辨率地測定準確質量數功能的ACQUITY UPLC/SYNAPT G2 HDMS系統，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數據采集模式，可以同時收集母離子和碎片離子的信息，采集的數據經過ChromaLynx XS和MassFragment軟件的處理后，可獲得具有高可信度的鑒定結果。

參考文獻

1. Dima G, Verzera A , Grob K. Migration of mineral oil from party plates of recycled paperboard into foods:1. Is recycled paperboard fit for the purpose?2. Adequate testing procedure.Food Additives and Contaminants Part A.2011; 28(11): 1619-1628.
2. Vollmer A, Biedermann M, Grundbock F, Ingenhoff JE, Biedermann-Brem S, Altkofer W, Grob K. European Food Research and Technology. 2011; 232:175- 182.
3. Gartner S, Balski M, Koc h M, Nehls I. Analysis and migration of phthalates in infant food packed in recycled paperboard.Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2009; 57(22): 10675-10681.
4. Koivikko R, Pastorelli S, deQuiros ARB, Paseiro-Cerrato R, Paseiro-Losada P, Simoneau C. Food Additives and Contaminants Part A. 2010; 27(10): 1478- 1486.
5. Driffield M, Lloyd AS, Lister L, Leak J, Speck D, Bradley EL.Manuscript in preparation. 2013.
6. Driffield M, Bradley EL, Castle L, Coulier L. Identification of unknown migrants from food contact materials.Mass Spectrometry in Food Safety, Methods and Protocols. 2011; 357-372.
7. Food Standards Agency (2011) Food Survey Information Sheet 03/11. Migration of selected ink components from printed packaging materials into foodstuffs and screening of printed packaging for the presence of mineral oils.