楊小兵，丁松濤，王安邦

（防化研究院，北京 100191）

特丁基對苯二酚的電子轟擊質(zhì)譜研究

楊小兵，丁松濤，王安邦

（防化研究院，北京 100191）

本工作研究了食品添加劑特丁基對苯二酚（TBHQ）的電子轟擊質(zhì)譜，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特征總結(jié)出一些裂解規(guī)律，并推導(dǎo)了在EI-MS中碎片離子的裂解機(jī)理。結(jié)果表明，特丁基對苯二酚的電子轟擊質(zhì)譜圖中的主要特征離子有3個(gè)：分子離子峰m/z166、丟失一個(gè)甲基的碎片離子峰m/z 151和丟失一個(gè)甲基和中性碎片CO的碎片離子峰m/z123。另外，結(jié)合相關(guān)質(zhì)譜圖，探討了主要碎片離子的裂解機(jī)理。

食品添加劑；特丁基對苯二酚（TBHQ）；電子轟擊質(zhì)譜；裂解規(guī)律；裂解機(jī)理

2010年6月美國麥當(dāng)勞麥樂雞中的食品添加劑——特丁基對苯二酚（TBHQ）的安全問題成為廣大消費(fèi)者關(guān)注的熱點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，在美國和中國出售的麥樂雞中含少量的TBHQ，而在英國出售的此產(chǎn)品中不含該添加劑［1］。TBHQ是一種從石油中提煉，以對苯二酚為原料，經(jīng)烷基化反應(yīng)生成的合成酚類抗氧化劑。由于TBHQ具有優(yōu)異的抗氧化性能和較好的熱穩(wěn)定性，而且還能有效抑制細(xì)菌和霉菌的產(chǎn)生，目前已被公認(rèn)為是國際上最好的食品抗氧化劑之一［2］。但TBHQ含有石油成分，食用1g可引發(fā)惡心、嘔吐、耳鳴，嚴(yán)重者甚至引起窒息，并有致癌性，因此各國對它的使用都有嚴(yán)格的使用限量規(guī)定［3］。美國食品藥物管理局（FDA）和我國國標(biāo)《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760－2007）規(guī)定：TBHQ可作為抗氧化劑在脂肪、油炸食品中使用，最大用量200mg/kg［4］。TBHQ早在1986年就被證實(shí)可以導(dǎo)致肝細(xì)胞死亡，同時(shí)對白細(xì)胞的凋亡、血液系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的危害也不容小覷，所以歐盟、日本等國家不允許在食品中使用該產(chǎn)品，要求食品中添加劑TBHQ的含量小于1mg/kg，這是美國 McDonald在英國分公司沒有使用TBHQ作為添加劑的關(guān)鍵所在，與Mc－Donald公司所稱的只是源于兩國消費(fèi)者口味需要和制作工藝不同的解釋是完全不同的［5］。同時(shí)，歐盟和日本等國還以此作為技術(shù)貿(mào)易壁壘手段，要求出口到這些國家的所有食品必須進(jìn)行TBHQ檢測，其含量必須達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，對TBHQ的分析檢測日益引人關(guān)注。

國外從20世紀(jì)60年代就開始了合成酚類抗氧化劑的檢測方法研究［6－8］，而我國從20世紀(jì)末才開始這方面的研究，在2009年發(fā)布了《GB/T 23373－2009食品中抗氧化劑丁基羥基茴香醚（BHA）、二丁基羥基甲苯（BHT）與特丁基對苯二酚（TBHQ）的測定》。在國標(biāo)中，對處理后的樣品先進(jìn)行凝膠滲透色譜柱分離，濃縮后以氣相色譜火焰離子化檢測器（GC-FID）分析其含量。這種方法對TBHQ的檢出限為5mg/kg?？梢钥闯?，針對日本、歐盟的檢出限要求1mg/kg，GB/T 23373－2009的方法無法實(shí)現(xiàn)。而采用色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)則可以很好的達(dá)到要求，如2007年乙小娟等［9］采用氣相色譜－質(zhì)譜法（GC/MS）對 TBHQ 的 最低檢 出限為 0.05 mg/kg，2009年王勇等［10］采用液相色譜－質(zhì)譜法（LC/MS）對TBHQ的最低檢出限為0.01 mg/kg。因此，質(zhì)譜技術(shù)在TBHQ較低濃度和精度要求較高的檢測中具有十分重要的意義。本研究利用目前應(yīng)用最普遍、發(fā)展最成熟的電子轟擊質(zhì)譜技術(shù)檢測TBHQ，并根據(jù)譜圖提供的分子離子峰和信息豐富的碎片離子峰［11］，分析總結(jié)了TBHQ的EI-MS譜圖裂解規(guī)律，推導(dǎo)了其相應(yīng)的裂解機(jī)理。這對于研究和指導(dǎo)TBHQ較低濃度和較高精度的檢測中特征檢測離子的選擇，提高檢測方法對目標(biāo)化合物的檢測靈敏度和降低最低檢出限，探討TBHQ的結(jié)構(gòu)特征與抗氧化性能、熱穩(wěn)定性的關(guān)系，及其在人體內(nèi)的代謝過程、結(jié)構(gòu)與毒理及毒性的關(guān)系等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值和理論意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要譜圖來源

TBHQ的結(jié)構(gòu)式示于圖1，電子轟擊質(zhì)譜（EI-MS）來源于 NIST譜庫，編號為234028，譜庫ID＃為88951，該譜圖由日本AIST/NIMC Database-Spectrum MS-NW-1660 提 供。 文 獻(xiàn)［9］中也發(fā)表了TBHQ的EI-MS譜圖。

圖1 特丁基對苯二酚樣品的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 The molecular structure of tert-butylhydroquinone

2 結(jié)果與討論

2.1 特丁基對苯二酚的基本物理化學(xué)性能

特丁基對苯二酚為白色結(jié)晶性粉末，具有一種特殊的氣味，分子式為C10H14O2，相對分子質(zhì)量為166，部分理化指標(biāo)列于表1［2］。

表1 特丁基對苯二酚基本的理化指標(biāo)Table 1 The basic physical and chemical items of tert-butyldihydroquinone

從上述理化指標(biāo)中可以看出，合成的食品添加劑TBHQ中含有一些其他的雜質(zhì)。而且，其中的部分雜質(zhì)如特丁基對苯醌、氫醌，在實(shí)際的痕量檢測分析中其質(zhì)譜圖可能還會對主成分TBHQ的質(zhì)譜圖產(chǎn)生一定的干擾，影響最終測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。因此，對TBHQ的質(zhì)譜圖進(jìn)行細(xì)致深入的研究十分必要。此外，其中部分雜質(zhì)（如甲苯、鉛等）如果含量超標(biāo)，可能會對人體造成較大的危害，這些因素更加凸顯了TBHQ分析檢測的重要性。

2.2 電子轟擊質(zhì)譜（EI-MS）譜圖及裂解機(jī)理研究

TBHQ為苯酚類烷基取代物，其EI-MS譜圖示于圖2，文獻(xiàn)［9］發(fā)表的TBHQ的EI-MS譜圖與此類似。TBHQ的同分異構(gòu)體4－特丁基－1，2-二羥基苯（TBDHB），其EI-MS譜圖示于圖3（見NIST譜庫，編號為232316，譜庫ID＃為88113）。對比圖2和圖3可以明顯發(fā)現(xiàn)，這一類苯酚類烷基取代物具有獨(dú)特的裂解規(guī)律。本研究以TBHQ為例，詳細(xì)分析了其電子轟擊質(zhì)譜，并結(jié)合具體化合物的結(jié)構(gòu)特征總結(jié)得到一些裂解規(guī)律。TBHQ的EI-MS譜圖中的主要碎片及其豐度列于表2。

圖2 TBHQ的電子轟擊質(zhì)譜圖Fig.2 EI-MS spectrum of TBHQ

圖3 4-特丁基-1，2-二羥基苯的電子轟擊質(zhì)譜圖Fig.3 EI-MS spectrum of 4-tert-butyl-1，2-dihydroxybenzene

表2 TBHQ樣品的EI-MS譜圖中的主要碎片及其豐度Table 2 Main fragments and their abundance of TBHQ in the EI-MS spectrum

從圖2和圖3中可以看出，這一類苯酚類烷基取代物具有3個(gè)相同的關(guān)鍵碎片離子m/z166、151、123，但不同的取代方式對離子的豐度有較大的影響。如圖2，TBHQ的EI-MS圖中m/z123碎片離子的豐度僅次于基峰，為61%；而在其同分異構(gòu)體TBDHB的EI-MS譜圖中m/z123碎片離子的豐度較低，僅為17%?？梢钥闯?，結(jié)構(gòu)的細(xì)微改變可能在EI-MS譜圖上出現(xiàn)較大的差別，而這些差別正好可以作為化合物譜圖指認(rèn)的關(guān)鍵證據(jù)，具有重要的理論意義。

同時(shí)，在低質(zhì)量端還有相同的芳香苯環(huán)碎片離子系列m/z77、65、55、41、27等。圖2、3中基峰m/z151為［M－15］峰，是分子離子峰m/z166脫去一個(gè)甲基所致；而m/z123為［M－43］峰，是分子離子峰脫去一個(gè)甲基和一個(gè)CO所致，具體的碎裂機(jī)理示于圖4。此外，圖中還有一些豐度較小的碎片離子，如m/z91、107、115、131、152等。m/z152峰的豐度在譜圖中位居第四，從譜圖中基峰m/z151的強(qiáng)度及其分子式C9H11O2可以推斷m/z152為基峰m/z151的13C同位素峰：9×1.1%＝9.9%。因此，在進(jìn)行定量研究過程中，通常選擇基峰m/z151作為定量離子。

圖4 TBHQ的電子轟擊質(zhì)譜裂解機(jī)理Fig.4 EI-MS fragmentation mechanism of TBHQ

從圖4可以看出，TBHQ的主要裂解碎片離子m/z151和m/z123均為非芳香族碎片離子，大大減低了芳香族化合物的毒性，這可能是其可以作為食品添加劑的原因之一。碎片離子m/z151的來源可能通過2個(gè)不同的反應(yīng)路徑，路徑1是先通過一次α開裂失去特丁基中的一個(gè)甲基自由基直接得到；而路徑2時(shí)先發(fā)生1，3-H重排，再通過兩次α開裂失去特丁基中的一個(gè)甲基自由基。碎片離子m/z123直接通過碎片離子m/z151發(fā)生電荷誘導(dǎo)的i斷裂丟失一個(gè)中性碎片CO得到。

3 結(jié)論

1）特丁基對苯二酚是一類合成食品添加劑，其中含有的一些雜質(zhì)可能影響其產(chǎn)品的品質(zhì)，對人體的健康造成威脅，而且其本身屬于芳香類化合物也有一定的毒性，需限量使用。

2）分析了特丁基對苯二酚及其同分異構(gòu)體4－特丁基-1，2-二羥基苯的電子轟擊質(zhì)譜圖，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特征總結(jié)得到一些共同的裂解規(guī)律：分子易發(fā)生α開裂失去取代基中的一個(gè)甲基自由基得到［M－15］的碎片峰，接著發(fā)生重排及i斷裂丟失一個(gè)CO得到［M－15－28］的碎片峰等。

3）探討了TBHQ的電子轟擊質(zhì)譜裂解機(jī)理，推導(dǎo)了譜圖中重要碎片的來由。

［1］All McDonald’s Nuggets are Not Created Equal，http：//pagingdrgupta.blogs.cnn.com/2010/06/25/a-tale-of-2-nuggets/.

［2］盧俊青，彭 輝，李惠宜，等.QB 2395－2007食品添加劑 特丁基對苯二酚［S］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2007.

［3］Two Chemicals in McDonald McNuggetes are Legal Additives，but for Limited Use，http：//news.sina.com.cn//h/2010-07-05/123820613266.shtml.

［4］衛(wèi)生部衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)委員會.GB 2760－2007《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》應(yīng)用指南［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［5］McDonald：Chemicals in Chicken Nuggets‘harmless’，China Daily，July 6，2010.

［6］YANG M H，LIN H J，CHOONG Y M.A rapid gas chromatographic method for direct determination of BHA，BHT and TBHQ in edible oils and fats［J］.Food Res Int，2002，35（7）：627-633.

［7］KAROVICOVA J，SIMKO P.Determination of food synthetic phenolic antioxidants by HPLC-a review［J］.J Chromatography A，2000，882（1/2）：271-281.

［8］PERRIN C，MEYER L.Quantification of synthe-tic phenolic antioxidants in dry foods by reversedphase HPLC with photodiode array detection［J］.Food Chem，2002，77（1）：93-100.

［9］乙小娟，朱加葉，王 莉.氣質(zhì)聯(lián)用法測定食品中特丁基對苯二酚［J］.食品科學(xué)，2007，28（6）：262-265.

［10］張朋杰，張憲臣，張 靜，等.超高效液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜法測定食用油中特丁基對苯二酚［J］.食品科學(xué)，2009，30（6）：143-145.

［11］寧永成.有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定與有機(jī)波譜學(xué)［M］.2版.北京：科學(xué)出版社，2000：266-321.

Electron Ionization Mass Spectrum Research on Tert-Butylhydroquinone

YANG Xiao-bing，DING Song-tao，WANG An-bang
（Research Institute of Chemical Defense，Beijing100191，China）

Tert-butylhydroquinone（TBHQ）as a food additive was researched by electron impact mass spectrometry （EI-MS）.Based on the analysis of fragments appeared in the mass spectrum，as well as the structure characterizations of these compounds，some fragmentation rules were obtained.Results show that the EI-MS of TBHQ produces three compound-specific fragment ions：the m/z166molecular ion，the m/z 151fragment ion which resulted from a methyl group loss of the molecular ion，and the m/z123fragment ion which resulted from a methyl group and the CO loss from m/z 166.At the same time，based on the related mass spectrum，the fragmentation mechanism of TBHQ was discussed.

food additives；tert-butylhydroquinone（TBHQ）；electron impact mass spectrum（EI-MS）；fragmentation rules；fragmentation mechanism

O 657.63

A

1004-2997（2011）05-0278-05

2011-01-31；

2011-05-13

國家自然基金項(xiàng)目（No.21002123）資助

楊小兵（1976～），男（漢族），博士，助理研究員。E-mail：xbyoung2001＠163.com，xbyang＠pku.edu.cn