脂肪醇聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂的质谱解析及色谱分离研究

苑春莉，周 围，解迎双

（1.西北师范大学地理与环境科学学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃出入境检验检疫局综合技术中心，甘肃 兰州 730320）

脂肪醇聚氧乙烯醚（简称AEOs，通式为CnH2n＋1O（OCH2CH2）mH）是非离子表面活性剂中发展最快和用量最大的品种［1］，尤其是近年来发展极为迅速，已部分取代烷基苯磺酸钠。据国外预测，AEOs的用量将继续增长，并有可能成为家用洗涤剂中的主导［2－4］。在使用过程中，大量含AEOs的废水、废渣不可避免地排入了水体、土壤等环境，随之而来的环境污染问题也越来越严重。当AEOs的浓度达到1mg／L时，水体就可能出现持久性泡沫，这些大量不易消失的泡沫在水面形成隔离层，减弱了水体与大气之间的气体交换，致使水体发臭［5］。含AEOs废水的大量排放，不仅直接危害水生环境，杀死环境中的微生物，抑制其它有毒物质的降解，同时还会导致水中溶解氧的减少［6－8］，从而危及人类健康。因此，建立AEOs的检测方法显得尤为重要。

检测脂肪醇聚氧乙烯醚的方法有气相色谱法、气相色谱－质谱联用法、液相色谱法和液相色谱－质谱联用法。气相色谱法一般采用氢碘酸或碘化钾等衍生化方法对AEOs样品进行醚化、酯化等前处理［9－10］。普通的气相色谱只限于对沸点低于350℃，环氧乙烷（EO）加成数小于10的脂肪醇聚氧乙烯醚进行分析［11］。如邓启刚等［12］采用毛细管气相色谱仅对正辛醇聚氧乙烯醚（EO加成数1～9）进行分离，在分离物质的加成数上具有一定的局限性。AEOs在220nm以上无紫外吸收，故一般难以用高效液相色谱－紫外检测。对组分较简单的AEOs样品，可采用异氰酸苯酯和磺基苯甲酸酐（SBA）对样品进行衍生化，使AEOs样品中的组分在254nm处产生紫外吸收，再用梯度洗脱进行HPLC分离测定［13－15］。采用液相色谱示差折光检测器检测样品时，只能对碳链长度低的加成物完全分离，对于加成数更高的AEOs样品，则有部分重叠［16－19］。综上所述，AEOs样品检测的难点首先是AEOs样品中含有数十种混合组分，难以对不同碳链长度、不同加成数的组分进行分离；再者是在无标样的条件下，对分离得到的各个峰进行鉴定有困难。

本工作拟建立一种无需衍生化的前处理方法，对高碳数、高加成数的脂肪醇聚氧乙烯醚类物质进行分离和鉴定，将仅有的7种脂肪醇聚氧乙烯醚标准品通过质谱解析，推断其标准品中所包含的41种脂肪醇聚氧乙烯醚组分。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

超高压液相色谱－三重四极杆质谱联用仪：美国 Waters公司产品，配有电喷雾离子源（ESI），Waters Quattro Premier XE 高效液相色谱。

1.2 主要材料与试剂

乙腈和甲醇（色谱纯）：德国 Merck公司产品；屈臣氏蒸馏水；乙酸铵（分析纯）；甲酸。

十二醇聚氧乙烯醚EO数为7（C12EO7）、十二醇聚氧乙烯醚EO数为8（C12EO8）、十二醇聚氧乙烯醚EO数为9（C12EO9）、十六醇聚氧乙烯醚EO数为20（C16EO20）、十六醇聚氧乙烯醚EO数为25（C16EO25）、十八醇聚氧乙烯醚EO数为20（C18EO20）、十八醇聚氧乙烯醚EO数为25（C18EO25）样品：江苏省海安石油化工厂产品。

1.3 实验条件

1.3.1 色谱条件 HLIC超高压液相色谱柱（2.1×50mm×1.7μm）；流动相：A 为乙腈，B为10mmol／L乙酸铵＋0.1%甲酸；流速0.25 mL／min；梯度洗脱：50%A～95%A，10min，30℃；进样量5μL。

1.3.2 质谱条件 电喷雾正离子扫描模式（ESI＋），毛细管电压3.0kV，离子源温度120℃，脱溶剂气温度350℃，脱溶剂气流量500L／h，锥孔气流量100L／h，质量扫描范围m／z300～1 500，扫描周期1s，扫描延迟0.1s。

1.4 标准工作溶液的配制

精确称取50mg C12EO7、C12EO8、C12EO9、C16EO20、C16EO25、C18EO20、C18EO25标准品，用V（乙腈）∶V（水）＝1∶1的溶液定容至50mL容量瓶中，作为混合标准储备液，浓度为1 000 mg／L，避光冷藏保存。

2 结果与讨论

2.1 十二醇聚氧乙烯醚的质谱解析

AEOs是通过脂肪醇与EO反应而合成的。由于合成工艺与催化剂的不同，脂肪醇聚氧乙烯醚类的产品不可能为单一组分的样品，而是含有数十种混合组分的样品［20］，这些结构相近的混合物在液相色谱中不易实现分离［21］。以十二醇聚氧乙烯醚的混合物为例，其色谱图示于图1。

在ESI＋检测方式下，十二醇聚氧乙烯醚中的3个单体 C12EO7（m／z512）、C12EO8（m／z556）、C12EO9（m／z600）的质谱图示于图2。

图1 十二醇聚氧乙烯醚混合物色谱图Fig.1 Chromatogram of dodecyl alcohol polyoxyethylene ethers

图2 十二醇聚氧乙烯醚EO数分别为7（a）、8（b）、9（c）的质谱图Fig.2 Mass spectrum of C12EO7（a），C12EO8（b），C12EO9（c）

这3种化合物的一级质谱图解析：

1）质谱图中没有相应的分子离子峰，而显示的是十二醇聚氧乙烯醚的加合分子离子［M＋NH4］＋峰（M 为 C12H25O（OCH2CH2）mH）。从图2a中看到，m／z512是C12EO7（m／z494）的氨加合离子峰（由于得到的C12EO7单体标准品并非是纯品，含有较多的C12EO8物质，图2a中的m／z556是C12EO8的氨加合离子峰）；从图2b中看到，m／z556是C12EO8（m／z538）的氨加合离子峰；从图2c中看到，m／z600是 C12EO9（m／z582）的氨加合离子峰（同样的原因，C12EO9单体标准品并非是纯品，含有较多的C12EO10物质，图中的m／z644是C12EO10（m／z644）的氨加合离子峰）。

2）在质谱图中出现一系列质量数相差44的离子碎片峰，即结构上相差一个－CH2CH2O－基团，失去这个基团而得到碎片离子［－（OCH2CH2）mH＋NH4］＋。这说明，断裂是按照 C12H25O－（OCH2CH－OCH2CH2…－OCH2CH2）mH逐步失去［－CH2CH2O－］基团的方式进行的。

对二级质谱（MS／MS）（通过 CID）进行解析，其裂解方式有两种途径：一种途径是十二醇聚氧乙烯醚的氨加合离子经碰撞诱导解离后，失去C12H25O－（m／z185）基团，得到碎片离子［－（OCH2CH2）mH＋NH4］＋。例 如，C12EO7的氨加合离子失去C12H25O－基团，产生m／z327；C12EO8的氨加合离子失去C12H25O－基团，产生m／z371；C12EO9的氨加合离子失去C12H25O－基团，产生m／z415。另一种途径是十二醇聚氧乙烯醚的氨加合离子失去NH4＋，同时产生质子化离子［M＋H］＋（M为C12H25O（OCH2CH2）mH）碎片离子。例如，C12EO7的氨加合离子失去 NH4＋，质子化产生m／z495；C12EO8的氨加合离子失去NH4＋，质子化产生m／z539；C12EO9的氨加合离子失去 NH4＋，质子化产生m／z583。不同的碎裂途径产生不同的碎片离子，可提供互补的结构信息。

根据十二醇聚氧乙烯醚的质谱裂解规律，通过设置二级质谱中MRM的相关参数，使得液相色谱无法分离的3种十二醇聚氧乙烯醚类混合物在二级质谱中得到分离和检测。经分析，不仅含有已知的C12EO7，C12EO8，C12EO9，标准样品中还包含C12EO2，C12EO3，C12EO4，…C12EO10等9种组分。

2.2 十六醇聚氧乙烯醚的质谱解析

在ESI＋检测方式下，十六醇聚氧乙烯醚类化合物中 2个单体 C16EO20（m／z1 141），C16EO25（m／z1 361）的色谱图示于图3，质谱图示于图4。

图3 十六醇聚氧乙烯醚混合物色谱图Fig.3 Chromatogram of cetyl alcohol polyoxyethylene ethers

十六醇聚氧乙烯醚类化合物的一级质谱图解析：

1）图中没有相应分子离子峰，显示的是十六醇聚氧乙烯醚加合分子离子［M＋H＋NH4］2＋峰（M 为C16H33O（OCH2CH2）mH）。随着碳数的增加，碎片离子增多。从图4a中看到，m／z1 141是 C16EO20（m／z1 122）的 ［M ＋ H＋NH4］2＋峰。图 4b 中，m／z1 361 是 C16EO25（m／z1 342）的［M＋H＋NH4］2＋峰。2）在质谱图中出现一系列质量数相差44的离子碎片峰，即相差一个－CH2CH2O－基团，这说明断裂是按照 C16H33O（OCH2CH－OCH2CH2…－OCH2CH2）mH进一步逐个失去－CH2CH2O－基团的方式进行的。

对二级质谱（MS／MS）（通过CID）解析，其裂解方式有两种途径：一种途径是十六醇聚氧乙烯醚的质子化的氨加合离子经碰撞失去C16H33O－ （m／z241）基 团，得 到 碎 片 离 子［－（OCH2CH2）mH＋H＋NH4］2＋。 例如，C16EO20的质子化的氨加合离子失去C16H33O－基团，产生m／z900；C16EO25的质子化的氨加合离子失去C16H33O－基团，产生m／z1 120。另一种途径是十六醇聚氧乙烯醚的质子化的氨加合离子失去NH4＋，再次质子化结合H＋离子，产生 ［M＋2H］2＋碎片离子（M 为C16H33O（OCH2CH2）mH）。例如，C16EO20的质子化的氨加合离子失去NH4＋，结合 H＋产生m／z1 124；C16EO25的质子化的氨加合离子失去NH4＋，产生m／z1 344。

根据十六醇聚氧乙烯醚的质谱裂解规律，通过设置二级质谱中MRM的相关参数，推断C16EO20和C16EO25两种标准样品中还含有C16EO11，C16EO12…C16EO26等16种组分。

图4 十六醇聚氧乙烯醚EO数为20（a）、25（b）的质谱图Fig.4 Mass spectrum of C16EO20（a）and C16EO25（b）

2.3 十八醇聚氧乙烯醚的质谱解析

在ESI＋检测方式下，十八醇聚氧乙烯醚类化合物中的2个单体 C18EO20（m／z1 169），C18EO25（m／z1 389）的色谱图示于图5，质谱图示于图6。

图5 十八醇聚氧乙烯醚混合物色谱图Fig.5 Chromatogram of octadecyl alcohol polyoxyethylene ethers

十八醇聚氧乙烯醚化合物的一级质谱图解析：1）质谱图中没有相应的分子离子峰，而显示的十八醇聚氧乙烯醚的质子化加合分子离子［M＋H＋NH4］2＋峰 （M为 C18H37O（OCH2CH2）mH）。随着碳数的增加，碎片离子增多。从图6a中看到，m／z1 169是 C18EO20（m／z1 150）的［M＋H＋NH4］2＋峰；图6b中，m／z1 389是C18EO25（m／z1 370）的［M＋H＋NH4］2＋峰。2）在质谱图中，每相邻2个离子碎片峰之间质量数相差44，即一个－CH2CH2O－基团，这说明断裂是按照C18H37O－（OCH2CH－OCH2CH2…－OCH2CH2）mH进一步逐个失去－CH2CH2O－基团的方式进行。

对二级质谱（MS／MS）（通过 CID）进行解析，其裂解方式有两种途径：一种途径是十八醇聚氧乙烯醚的质子化的氨加合离子经碰撞失去C18H37O－（m／z269）基团，得到碎片离子［－（OCH2CH2）mH＋H＋NH4］2＋。如C18EO20的质子化的氨加合离子失去C18H37O－产生m／z900；C18EO25的质子化的氨加合离子失去C18H37O－产生m／z1 120。另一种途径是十八醇聚氧乙烯醚的质子化氨加合离子失去NH4＋，再次质子化结合 H＋，产生［M＋2H］2＋（M 为C18H37O（OCH2CH2）mH）碎 片 离 子。例 如，C18EO20的质子化的氨加合离子失去NH4＋，结合 H＋产生m／z1 152；C18EO25的质子化的氨加合离子失去NH4＋，结合 H＋产生m／z1 372。

图6 十八醇聚氧乙烯醚EO数为20（a）、25（b）的质谱图Fig.6 Mass spectrum of C18EO20（a）and C18EO25（b）

2.4 脂肪醇聚氧乙烯醚的色谱分离

脂肪醇聚氧乙烯醚是一类具有不同碳链数和不同加成数的聚合物混合物，即除了具有不同碳数的直链化合物外，还具有很多不同的环氧乙烷加成数的混合物。通过色谱分离试验，其分离规律应是不同碳链数的脂肪醇聚氧乙烯醚在色谱上是可以得到完全分离的。其特点是保留时间随着碳数的增加而增大，但是具有相同碳数、不同EO加成数的AEOs在色谱上较难实现完全分离，尤其是对于低碳数物质更难分离。随着碳数的增加，不同加成数的AEOs可以得到部分分离。从目前的文献和本实验来看，尚无一种有效的色谱分离方法能对这类混合物进行完全分离。7种脂肪醇聚氧乙烯醚的色谱图示于图7。

要想使AEOs完全分离并检测，需要通过液相色谱与MS／MS的联用技术来实现。通过对十二醇、十六醇和十八醇聚氧乙烯醚的质谱解析和对AEOs类物质裂解规律的了解，测出9种十二醇聚氧乙烯醚组分，16种十六醇聚氧乙烯醚组分和16种十八醇聚氧乙烯醚组分。通过中性丢失、母离子扫描、子离子扫描等模式得到确证，质谱条件的参数列于表1。将仅有的已知7种AEOs的标准品混合物，通过液相色谱与MS／MS的联用，共检出41种脂肪醇聚氧乙烯醚组分。

图7 7种脂肪醇聚氧乙烯醚的色谱图Fig.7 Chromatogram of seven AEOs mixtures

表1 C12、C16、C18脂肪醇聚氧乙烯醚混合物的质谱MRM检测参数Table 1 The test parameters of C12，C16，C18AEOs

续表

续表

3 结论

本工作探索了液相色谱与四极杆串联质谱联用，分离检测十二醇聚氧乙烯醚、十六醇聚氧乙烯醚和十八醇聚氧乙烯醚。本实验在电喷雾正离子扫描模式下，研究了一级电离规律和二级质谱裂解规律。通过中性丢失、母离子扫描和子离子扫描，对脂肪醇聚氧乙烯醚类的裂解规律进行验证，解决了色谱分离不足的缺陷，获得满意的分离效果。此方法对不同碳链数和不同加成数的7种AEOs混合物可以通过色谱的一次分离和质谱的二次分离鉴定出41种组分。建立了简便、快速的分离并鉴定出混合脂肪醇聚氧乙烯醚聚合物中单个组分的检测方法，对于此类化合物的鉴定和分析具有重要的意义。

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