脂肪醇聚氧乙烯醚類非離子表面活性劑的質譜解析及色譜分離研究

苑春莉，周 圍，解迎雙

（1.西北師范大學地理與環境科學學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅出入境檢驗檢疫局綜合技術中心，甘肅 蘭州 730320）

脂肪醇聚氧乙烯醚（簡稱AEOs，通式為CnH2n＋1O（OCH2CH2）mH）是非離子表面活性劑中發展最快和用量最大的品種［1］，尤其是近年來發展極為迅速，已部分取代烷基苯磺酸鈉。據國外預測，AEOs的用量將繼續增長，并有可能成為家用洗滌劑中的主導［2－4］。在使用過程中，大量含AEOs的廢水、廢渣不可避免地排入了水體、土壤等環境，隨之而來的環境污染問題也越來越嚴重。當AEOs的濃度達到1mg／L時，水體就可能出現持久性泡沫，這些大量不易消失的泡沫在水面形成隔離層，減弱了水體與大氣之間的氣體交換，致使水體發臭［5］。含AEOs廢水的大量排放，不僅直接危害水生環境，殺死環境中的微生物，抑制其它有毒物質的降解，同時還會導致水中溶解氧的減少［6－8］，從而危及人類健康。因此，建立AEOs的檢測方法顯得尤為重要。

檢測脂肪醇聚氧乙烯醚的方法有氣相色譜法、氣相色譜－質譜聯用法、液相色譜法和液相色譜－質譜聯用法。氣相色譜法一般采用氫碘酸或碘化鉀等衍生化方法對AEOs樣品進行醚化、酯化等前處理［9－10］。普通的氣相色譜只限于對沸點低于350℃，環氧乙烷（EO）加成數小于10的脂肪醇聚氧乙烯醚進行分析［11］。如鄧啟剛等［12］采用毛細管氣相色譜僅對正辛醇聚氧乙烯醚（EO加成數1～9）進行分離，在分離物質的加成數上具有一定的局限性。AEOs在220nm以上無紫外吸收，故一般難以用高效液相色譜－紫外檢測。對組分較簡單的AEOs樣品，可采用異氰酸苯酯和磺基苯甲酸酐（SBA）對樣品進行衍生化，使AEOs樣品中的組分在254nm處產生紫外吸收，再用梯度洗脫進行HPLC分離測定［13－15］。采用液相色譜示差折光檢測器檢測樣品時，只能對碳鏈長度低的加成物完全分離，對于加成數更高的AEOs樣品，則有部分重疊［16－19］。綜上所述，AEOs樣品檢測的難點首先是AEOs樣品中含有數十種混合組分，難以對不同碳鏈長度、不同加成數的組分進行分離；再者是在無標樣的條件下，對分離得到的各個峰進行鑒定有困難。

本工作擬建立一種無需衍生化的前處理方法，對高碳數、高加成數的脂肪醇聚氧乙烯醚類物質進行分離和鑒定，將僅有的7種脂肪醇聚氧乙烯醚標準品通過質譜解析，推斷其標準品中所包含的41種脂肪醇聚氧乙烯醚組分。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

超高壓液相色譜－三重四極桿質譜聯用儀：美國 Waters公司產品，配有電噴霧離子源（ESI），Waters Quattro Premier XE 高效液相色譜。

1.2 主要材料與試劑

乙腈和甲醇（色譜純）：德國 Merck公司產品；屈臣氏蒸餾水；乙酸銨（分析純）；甲酸。

十二醇聚氧乙烯醚EO數為7（C12EO7）、十二醇聚氧乙烯醚EO數為8（C12EO8）、十二醇聚氧乙烯醚EO數為9（C12EO9）、十六醇聚氧乙烯醚EO數為20（C16EO20）、十六醇聚氧乙烯醚EO數為25（C16EO25）、十八醇聚氧乙烯醚EO數為20（C18EO20）、十八醇聚氧乙烯醚EO數為25（C18EO25）樣品：江蘇省海安石油化工廠產品。

1.3 實驗條件

1.3.1 色譜條件 HLIC超高壓液相色譜柱（2.1×50mm×1.7μm）；流動相：A 為乙腈，B為10mmol／L乙酸銨＋0.1%甲酸；流速0.25 mL／min；梯度洗脫：50%A～95%A，10min，30℃；進樣量5μL。

1.3.2 質譜條件 電噴霧正離子掃描模式（ESI＋），毛細管電壓3.0kV，離子源溫度120℃，脫溶劑氣溫度350℃，脫溶劑氣流量500L／h，錐孔氣流量100L／h，質量掃描范圍m／z300～1 500，掃描周期1s，掃描延遲0.1s。

1.4 標準工作溶液的配制

精確稱取50mg C12EO7、C12EO8、C12EO9、C16EO20、C16EO25、C18EO20、C18EO25標準品，用V（乙腈）∶V（水）＝1∶1的溶液定容至50mL容量瓶中，作為混合標準儲備液，濃度為1 000 mg／L，避光冷藏保存。

2 結果與討論

2.1 十二醇聚氧乙烯醚的質譜解析

AEOs是通過脂肪醇與EO反應而合成的。由于合成工藝與催化劑的不同，脂肪醇聚氧乙烯醚類的產品不可能為單一組分的樣品，而是含有數十種混合組分的樣品［20］，這些結構相近的混合物在液相色譜中不易實現分離［21］。以十二醇聚氧乙烯醚的混合物為例，其色譜圖示于圖1。

在ESI＋檢測方式下，十二醇聚氧乙烯醚中的3個單體 C12EO7（m／z512）、C12EO8（m／z556）、C12EO9（m／z600）的質譜圖示于圖2。

圖1 十二醇聚氧乙烯醚混合物色譜圖Fig.1 Chromatogram of dodecyl alcohol polyoxyethylene ethers

圖2 十二醇聚氧乙烯醚EO數分別為7（a）、8（b）、9（c）的質譜圖Fig.2 Mass spectrum of C12EO7（a），C12EO8（b），C12EO9（c）

這3種化合物的一級質譜圖解析：

1）質譜圖中沒有相應的分子離子峰，而顯示的是十二醇聚氧乙烯醚的加合分子離子［M＋NH4］＋峰（M 為 C12H25O（OCH2CH2）mH）。從圖2a中看到，m／z512是C12EO7（m／z494）的氨加合離子峰（由于得到的C12EO7單體標準品并非是純品，含有較多的C12EO8物質，圖2a中的m／z556是C12EO8的氨加合離子峰）；從圖2b中看到，m／z556是C12EO8（m／z538）的氨加合離子峰；從圖2c中看到，m／z600是 C12EO9（m／z582）的氨加合離子峰（同樣的原因，C12EO9單體標準品并非是純品，含有較多的C12EO10物質，圖中的m／z644是C12EO10（m／z644）的氨加合離子峰）。

2）在質譜圖中出現一系列質量數相差44的離子碎片峰，即結構上相差一個－CH2CH2O－基團，失去這個基團而得到碎片離子［－（OCH2CH2）mH＋NH4］＋。這說明，斷裂是按照 C12H25O－（OCH2CH－OCH2CH2…－OCH2CH2）mH逐步失去［－CH2CH2O－］基團的方式進行的。

對二級質譜（MS／MS）（通過 CID）進行解析，其裂解方式有兩種途徑：一種途徑是十二醇聚氧乙烯醚的氨加合離子經碰撞誘導解離后，失去C12H25O－（m／z185）基團，得到碎片離子［－（OCH2CH2）mH＋NH4］＋。例 如，C12EO7的氨加合離子失去C12H25O－基團，產生m／z327；C12EO8的氨加合離子失去C12H25O－基團，產生m／z371；C12EO9的氨加合離子失去C12H25O－基團，產生m／z415。另一種途徑是十二醇聚氧乙烯醚的氨加合離子失去NH4＋，同時產生質子化離子［M＋H］＋（M為C12H25O（OCH2CH2）mH）碎片離子。例如，C12EO7的氨加合離子失去 NH4＋，質子化產生m／z495；C12EO8的氨加合離子失去NH4＋，質子化產生m／z539；C12EO9的氨加合離子失去 NH4＋，質子化產生m／z583。不同的碎裂途徑產生不同的碎片離子，可提供互補的結構信息。

根據十二醇聚氧乙烯醚的質譜裂解規律，通過設置二級質譜中MRM的相關參數，使得液相色譜無法分離的3種十二醇聚氧乙烯醚類混合物在二級質譜中得到分離和檢測。經分析，不僅含有已知的C12EO7，C12EO8，C12EO9，標準樣品中還包含C12EO2，C12EO3，C12EO4，…C12EO10等9種組分。

2.2 十六醇聚氧乙烯醚的質譜解析

在ESI＋檢測方式下，十六醇聚氧乙烯醚類化合物中 2個單體 C16EO20（m／z1 141），C16EO25（m／z1 361）的色譜圖示于圖3，質譜圖示于圖4。

圖3 十六醇聚氧乙烯醚混合物色譜圖Fig.3 Chromatogram of cetyl alcohol polyoxyethylene ethers

十六醇聚氧乙烯醚類化合物的一級質譜圖解析：

1）圖中沒有相應分子離子峰，顯示的是十六醇聚氧乙烯醚加合分子離子［M＋H＋NH4］2＋峰（M 為C16H33O（OCH2CH2）mH）。隨著碳數的增加，碎片離子增多。從圖4a中看到，m／z1 141是 C16EO20（m／z1 122）的 ［M ＋ H＋NH4］2＋峰。圖 4b 中，m／z1 361 是 C16EO25（m／z1 342）的［M＋H＋NH4］2＋峰。2）在質譜圖中出現一系列質量數相差44的離子碎片峰，即相差一個－CH2CH2O－基團，這說明斷裂是按照 C16H33O（OCH2CH－OCH2CH2…－OCH2CH2）mH進一步逐個失去－CH2CH2O－基團的方式進行的。

對二級質譜（MS／MS）（通過CID）解析，其裂解方式有兩種途徑：一種途徑是十六醇聚氧乙烯醚的質子化的氨加合離子經碰撞失去C16H33O－ （m／z241）基 團，得 到 碎 片 離 子［－（OCH2CH2）mH＋H＋NH4］2＋。 例如，C16EO20的質子化的氨加合離子失去C16H33O－基團，產生m／z900；C16EO25的質子化的氨加合離子失去C16H33O－基團，產生m／z1 120。另一種途徑是十六醇聚氧乙烯醚的質子化的氨加合離子失去NH4＋，再次質子化結合H＋離子，產生 ［M＋2H］2＋碎片離子（M 為C16H33O（OCH2CH2）mH）。例如，C16EO20的質子化的氨加合離子失去NH4＋，結合 H＋產生m／z1 124；C16EO25的質子化的氨加合離子失去NH4＋，產生m／z1 344。

根據十六醇聚氧乙烯醚的質譜裂解規律，通過設置二級質譜中MRM的相關參數，推斷C16EO20和C16EO25兩種標準樣品中還含有C16EO11，C16EO12…C16EO26等16種組分。

圖4 十六醇聚氧乙烯醚EO數為20（a）、25（b）的質譜圖Fig.4 Mass spectrum of C16EO20（a）and C16EO25（b）

2.3 十八醇聚氧乙烯醚的質譜解析

在ESI＋檢測方式下，十八醇聚氧乙烯醚類化合物中的2個單體 C18EO20（m／z1 169），C18EO25（m／z1 389）的色譜圖示于圖5，質譜圖示于圖6。

圖5 十八醇聚氧乙烯醚混合物色譜圖Fig.5 Chromatogram of octadecyl alcohol polyoxyethylene ethers

十八醇聚氧乙烯醚化合物的一級質譜圖解析：1）質譜圖中沒有相應的分子離子峰，而顯示的十八醇聚氧乙烯醚的質子化加合分子離子［M＋H＋NH4］2＋峰 （M為 C18H37O（OCH2CH2）mH）。隨著碳數的增加，碎片離子增多。從圖6a中看到，m／z1 169是 C18EO20（m／z1 150）的［M＋H＋NH4］2＋峰；圖6b中，m／z1 389是C18EO25（m／z1 370）的［M＋H＋NH4］2＋峰。2）在質譜圖中，每相鄰2個離子碎片峰之間質量數相差44，即一個－CH2CH2O－基團，這說明斷裂是按照C18H37O－（OCH2CH－OCH2CH2…－OCH2CH2）mH進一步逐個失去－CH2CH2O－基團的方式進行。

對二級質譜（MS／MS）（通過 CID）進行解析，其裂解方式有兩種途徑：一種途徑是十八醇聚氧乙烯醚的質子化的氨加合離子經碰撞失去C18H37O－（m／z269）基團，得到碎片離子［－（OCH2CH2）mH＋H＋NH4］2＋。如C18EO20的質子化的氨加合離子失去C18H37O－產生m／z900；C18EO25的質子化的氨加合離子失去C18H37O－產生m／z1 120。另一種途徑是十八醇聚氧乙烯醚的質子化氨加合離子失去NH4＋，再次質子化結合 H＋，產生［M＋2H］2＋（M 為C18H37O（OCH2CH2）mH）碎 片 離 子。例 如，C18EO20的質子化的氨加合離子失去NH4＋，結合 H＋產生m／z1 152；C18EO25的質子化的氨加合離子失去NH4＋，結合 H＋產生m／z1 372。

圖6 十八醇聚氧乙烯醚EO數為20（a）、25（b）的質譜圖Fig.6 Mass spectrum of C18EO20（a）and C18EO25（b）

2.4 脂肪醇聚氧乙烯醚的色譜分離

脂肪醇聚氧乙烯醚是一類具有不同碳鏈數和不同加成數的聚合物混合物，即除了具有不同碳數的直鏈化合物外，還具有很多不同的環氧乙烷加成數的混合物。通過色譜分離試驗，其分離規律應是不同碳鏈數的脂肪醇聚氧乙烯醚在色譜上是可以得到完全分離的。其特點是保留時間隨著碳數的增加而增大，但是具有相同碳數、不同EO加成數的AEOs在色譜上較難實現完全分離，尤其是對于低碳數物質更難分離。隨著碳數的增加，不同加成數的AEOs可以得到部分分離。從目前的文獻和本實驗來看，尚無一種有效的色譜分離方法能對這類混合物進行完全分離。7種脂肪醇聚氧乙烯醚的色譜圖示于圖7。

要想使AEOs完全分離并檢測，需要通過液相色譜與MS／MS的聯用技術來實現。通過對十二醇、十六醇和十八醇聚氧乙烯醚的質譜解析和對AEOs類物質裂解規律的了解，測出9種十二醇聚氧乙烯醚組分，16種十六醇聚氧乙烯醚組分和16種十八醇聚氧乙烯醚組分。通過中性丟失、母離子掃描、子離子掃描等模式得到確證，質譜條件的參數列于表1。將僅有的已知7種AEOs的標準品混合物，通過液相色譜與MS／MS的聯用，共檢出41種脂肪醇聚氧乙烯醚組分。

圖7 7種脂肪醇聚氧乙烯醚的色譜圖Fig.7 Chromatogram of seven AEOs mixtures

表1 C12、C16、C18脂肪醇聚氧乙烯醚混合物的質譜MRM檢測參數Table 1 The test parameters of C12，C16，C18AEOs

續表

續表

3 結論

本工作探索了液相色譜與四極桿串聯質譜聯用，分離檢測十二醇聚氧乙烯醚、十六醇聚氧乙烯醚和十八醇聚氧乙烯醚。本實驗在電噴霧正離子掃描模式下，研究了一級電離規律和二級質譜裂解規律。通過中性丟失、母離子掃描和子離子掃描，對脂肪醇聚氧乙烯醚類的裂解規律進行驗證，解決了色譜分離不足的缺陷，獲得滿意的分離效果。此方法對不同碳鏈數和不同加成數的7種AEOs混合物可以通過色譜的一次分離和質譜的二次分離鑒定出41種組分。建立了簡便、快速的分離并鑒定出混合脂肪醇聚氧乙烯醚聚合物中單個組分的檢測方法，對于此類化合物的鑒定和分析具有重要的意義。

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