• 应用纪要

采用配备PDA和质谱检测器的ACQUITY Arc系统与Empower软件对分散性染料进行分析

采用配备PDA和质谱检测器的ACQUITY Arc系统与Empower软件对分散性染料进行分析
  • Marian Twohig
  • Michael O'Leary
  • Jane Cooper
  • Waters Corporation
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摘要

分散性染料为低分子量合成染色剂。分散性染料主要应用于诸如纺织品、纸张、玩具等消费品中。目前已发现一些分散性染料长期接触皮肤会引起过敏反应。一些染料结构中存在的偶氮官能团，可能转变为潜在或已知的致癌性芳香胺。

消费品中这些染料的存在可能对消费者的健康造成不利影响，因此引起了人们的极大关注。1996年，德国颁布了针对控制其中一些分散性染料使用的法规。研究人员根据此法规开发了DIN 54231标准程序，该程序介绍了采用高效液相色谱(HPLC)或薄层色谱法利用紫外(UV)或质谱分析法(MS)进行分析或者利用密度测量检测法对分散性染料进行分析。

在本应用纪要中，我们将介绍参照DIN 54231标准程序利用UV和质谱检测器以及采用能够模拟HPLC或UHPLC分离的双流路液相色谱系统对9种分散性染料进行的分析。

增加质谱检测作为互补性分析检测技术可提高化合物检测和鉴定的可信度。质谱检测器的引入能够为特定染料样品中杂质峰的确证提供更多信息。

优势

  • 通过PDA和质谱检测器提高杂质分析的可靠性。
  • 通过Empower 3软件的单点控制功能实现易用性。
  • 双流路设计，可模拟HPLC和UHPLC分离。

简介

分散性染料为低分子量合成染色剂。此类染料的结构中通常含有偶氮或蒽醌官能团1。 分散性染料主要应用于诸如纺织品、纸张、玩具等消费品中。目前已发现一些分散性染料长期接触皮肤会引起过敏反应2。 一些染料结构中存在的偶氮官能团，可能转变为潜在或已知的致癌性芳香胺2。

消费品中这些染料的存在可能对消费者的健康造成不利影响，因此引起了人们的极大关注。1996年，德国颁布了针对控制其中一些分散性染料使用的法规。研究人员根据此法规开发了DIN 54231标准程序，该程序介绍了采用高效液相色谱(HPLC)或薄层色谱法利用紫外(UV)或质谱分析法(MS)进行分析或者利用密度测量检测法对分散性染料进行分析3-5。

在本应用纪要中，我们将介绍参照DIN 54231标准程序利用UV和质谱检测器以及采用能够模拟HPLC或UHPLC分离的双流路液相色谱系统对9种分散性染料(图1)进行的分析6。质谱检测器的引入能够为特定染料样品中杂质峰的确证提供更多信息。使用分散蓝1染料标准品进行测定时，DIN 54231方法规定的检测限为0.7 mg/L。使用Waters ACQUITY Arc系统与ACQUITY QDa检测器时，所有已评估化合物的检测限均明显高于规定的检测限。 

图1.本研究中使用的分散性染料的经验公式、结构、和m/z。

实验

仪器和软件

所有分离操作均采用配备2998光电二极管阵列(PDA)检测器的ACQUITY Arc系统结合ACQUITY QDa检测器的正离子电喷雾质谱(MS)进行。使用Empower 3软件进行数据采集和数据处理。

样品前处理

将染料标准品溶于甲醇中，并依次稀释以备用于样品分析。

 

LC条件 - HPLC方法(DIN 54231)

LC系统：

ACQUITY Arc

分离模式：

梯度

色谱柱：

XBridge C18, 5 μm, 2.1 x 150 mm

溶剂A：

10 mmol醋酸铵(pH 3.6)

溶剂B：

乙腈

流速：

0.30 mL/min

PDA检测条件：

210~800 nm

柱温：

30 °C

进样体积：

5 μL

分析时间：

30 min

梯度条件：

0 min 40% B, 7 min 60% B,

17 min 98% B, 24 min 98% B,

返回初始条件。

MS条件

MS系统：

ACQUITY QDa

电离模式：

ESI+

毛细管电压：

1.2 kV

锥孔电压：

10 V

脱溶剂气温度：

600 °C

离子源温度：

120 °C

MS扫描范围：

100至600 m/z以及选择离子记录(SIR)

采样速率：

5 Hz

结果与讨论

图2显示了对9种分散性染料标准品混合物进行分离，在240 nm处所得的PDA色谱图（下图迹线），以及通过2.1 x 150 mm, 5-μm XBridge C18色谱柱（部件号186003110）获得的叠加SIR通道(上图迹线)。

图2.使用DIN 54231标准方法以及XBridge C18, 2.1 x 150 mm, 5.0-µm色谱柱对9种分散性染料标准品（100 µg/mL，5 µL进样体积）进行分离，在240 nm处所得的ACQUITY Arc色谱图（下图）。图中还显示了叠加SIR通道（上图）色谱图和单个重迭（右图）SIR通道色谱图（10 µg/mL，5 µL进样体积）。

请注意，分散黄3（峰4）和分散橙3（峰5）产生了色谱峰共洗脱，这使得仅通过UV进行准确检测比较困难。如果要使用UV检测，则需要对组分进行色谱分离才能实现准确检测，但这会延长方法开发时间。如图2中重叠的单个SIR色谱图所示，各组分具有不同的m/z比，因此可以使用ACQUITY QDa对共流出物进行测定。使用质谱检测器可显著提高检测灵敏度。

杂质分析

从保留时间(tR) 9.5 min处的PDA数据中检测到主要峰（峰A）。但从SIR通道中未检测到该信号峰，这是因为在实验方法中未监测该未知组分的特定m/z。在实验中同时使用MS全扫描与PDA检测器，能够确定混合物中所有组分的质谱图与UV谱图（图3）。

图3.使用DIN 54231标准方法以及XBridge C18, 2.1 x 150 mm, 5.0 µm色谱柱对9种分散性染料标准品（100 µg/mL，5 µL进样体积）进行分离，在240 nm处所得的ACQUITY Arc色谱图（上图）以及QDa MS扫描图(100–600 m/z)（下图）。图中还显示了MS和UV的谱图。

未知组分A的MS谱图m/z 267处显示有明显的谱峰。此外，对应于分散蓝3的峰2 UV谱图以及未知组分A的UV谱图具有相似的特征，这表明它们可能具有相同的结构特征。本文对只含有分散蓝3且染料含量为20%的标准溶液进行了分析（图4）。Empower软件的质谱分析窗口通过同时显示UV谱图和质谱图实现了对分散蓝3(m/z 297)的快速确证。未知峰A的质谱图表明该组分的基峰为m/z 267，这与之前混合物的分析结果一致。此外，tR和UV谱图在两次分析中是相同的。在分散蓝3染料标准品的分析中还检出了tR为11.4 min，m/z为254的第二种未知组分（B标记处）。ACQUITY QDa和PDA数据提供了互补信息，由此推断，之前在染料混合物中检测到的杂质A来自分散蓝3标准品。

图4.Empower软件的质谱分析窗口显示的UV和MS谱图（上图）。使用DIN 54231标准方法所得分散蓝3单一标准品的ACQUITY Arc -、PDA、MS扫描(100–600 m/z)以及重叠XIC色谱图。

结论

增加质谱检测作为互补性分析检测技术可提高化合物检测和鉴定的可信度。使用质谱检测可对具有不同m/z比的共洗脱组分进行可靠分析。使用上述分析方法时，所有化合物的检测限均优于DIN方法规定的检测限。PDA和质谱检测器联用，有助于确认方法开发过程中检测到的杂质是否来自分散蓝3标准品。因此，质谱检测可添加作为杂质分析的互补性技术。 

ACQUITY Arc系统可为色谱分离提供更高的灵活性，并且可通过适用于HPLC方法的3.0~5 µm填料最大限度提高HPLC分析效率，此外采用2.5~2.7 µm填料还支持快速高效的UHPLC分离6。

参考文献

  1. R M Christie.Colour Chemistry Royal Society of Chemistry.Cambridge, 2001.
  2. J Garcia-Lavandeira, E Blanco, C Salgado, R Cela.Fast throughput, highly sensitive determination of allergenic disperse dyes in textile products by use of sample composition.(2010) Talanta, 82: 261–269. 
  3. German Institute for Standardisation (DIN).Textiles-Detection-Detection of Dispersed Dyestuffs.DIN 54321:2005.
  4. M Gay, J Chang Huang, Q Cai, Q Long Sun. Rapid Screening of 36 Synthetic Dyes using the ACQUITY UPLC H-Class System with the ACQUITY QDa Detector.Waters Technology Brief, no.720005194en, October 2014.
  5. J Cooper and J Marchand.Improving the speed and quantitative performance for the analysis of allergenic and carcinogenic dyes in consumer products.Waters application note no.720004492en, December 2015.
  6. Waters ACQUITY Arc System Brochure, no.720005393en, June, 2015.

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