宣 宇，孫 楠，傅得鋒，鄭一平，莫衛(wèi)民，徐晟捷

（1.浙江工業(yè)大學化學工程與材料學院，浙江 杭州310014；2.浙江省公安廳物證鑒定中心，浙江 杭州310009）

引 言

在近年來發(fā)生的恐怖襲擊中，爆炸襲擊是最常用的手段，使用的炸藥也一般為高等級的炸藥，由于這些有機炸藥爆炸之后原藥很少，而且在制作和使用時對土壤、沉積物、地表水、地下水均有一定程度的污染［1-5］，因而如何快速準確地對痕量炸藥進行提取和檢測對案件的偵破以及評估炸藥對環(huán)境的潛在危害具有重要意義。

加速溶劑萃取（ASE）儀器是一種可從各種固體或半固體樣品中萃取有機組分的自動系統(tǒng)，被廣泛應用于樣品的提取［6］。凝膠滲透色譜凈化（GPC）是根據(jù)相對分子質(zhì)量大小發(fā)展的一項凈化技術(shù)［7］，通過GPC凈化處理可以有效地去除蛋白質(zhì)、油脂等大分子的干擾。

HMX、RDX、PETN、CE、NQ、TNT是常見的單質(zhì)炸藥，文獻［8-12］報道了用LC／ESI或APCI／MS檢測HMX 和RDX，文獻［13］報道了用LC／APCI／MS檢測TNT 報道。由于大部分有機炸藥具有非極性難電離且不易氣化的特點，用氣相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用等常規(guī)方法很難進行檢測［14］，本實驗選擇LC／APCI／MS方法［15-16］進行檢測分析。

1 實 驗

1.1 儀器與材料

美國Varian 320 液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，色譜柱Polaris3uC18-A 100×2.0mm，ASE-100快速溶劑萃取儀，美國戴安公司；LCTECH ULTRA 凝膠滲透色譜凈化系統(tǒng)；德國LCTECH 公司。

乙酸乙酯、環(huán)己烷、乙腈、甲醇均為色譜純，甲酸、乙酸、丙酸、氯化銨、硝酸均為分析純，實驗用水為去離子水。

HMX、RDX、PETN、CE、NQ、TNT（均購買自公安部物證鑒定中心，純度99%以上）。

1.2 實驗方法

1.2.1 ASE的萃取和GPC的凈化條件

通過提高溶劑溫度的方法加速傳統(tǒng)的萃取處理。以丙酮作為萃取溶劑，在100℃萃取3次，靜態(tài)萃取時間5min的條件下進行ASE萃取。

實驗中選擇乙酸乙酯和環(huán)己烷（體積比1∶1）為流動相，流速5mL／min，以500s作為雜質(zhì)丟棄時間，1 520s作為主成分收集時間，對ASE 的萃取液進行凈化處理。

1.2.2 LC／APCI／MS方法的優(yōu)化

將炸藥樣品均配置成1μg／mL 的甲醇和水（體積比1∶1）溶液，在0.5mL／min的流速下，分別選擇 HCOO-、CH3COO-、CH3CH2COO-、Cl-、NO-3等作為陰離子加合劑與炸藥樣品進行離子加合，并優(yōu)化陰離子濃度，對形成的樣品離子進行二級質(zhì)譜解析，并觀察不同濃度下陰離子對樣品離子響應值的影響。同時選擇乙腈、甲醇作為待測有機相，以考察對色譜峰、形成的樣品離子及其響應值強度的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 離子加合物的選擇

由于所測炸藥成分具有非極性，較難產(chǎn)生樣品離子，在使用常規(guī)的ESI檢測時響應值不高。用APCI對樣品進行離子化處理，通過加入合適的加合離子與炸藥成分形成樣品離子后進行質(zhì)譜檢測（結(jié)果見表1）。

表1 乙腈流動相中炸藥組分與陰離子的加合情況Table 1 Adduct ions in APCI／MS for 6explosives formed with different additives in acetonitrile as mobile phase B

從表1可以看出，在乙腈流動相中，HMX、RDX、NQ 均能與陰離子形成加合離子，而PETN、CE、TNT 除了與Cl-和NO-3發(fā)生加合外，不能與HCOO-、CH3COO-、CH3CH2COO-形 成 加 合。在選擇NH4Cl作為加合試劑時，雖然Cl能與加合物形成很強的信號，但是加合物子離子的信號卻很弱，同是NH4Cl不易揮發(fā)，容易產(chǎn)生白色晶體，污染離子源及質(zhì)譜檢測系統(tǒng)。NO-3與炸藥組分均能發(fā)生加合，形成［M+NO3］-離子，但是加合物的子離子卻很單一只能檢測出m／z為62的碎片離子即NO-3離子，說明NO-3與炸藥形成的加合物并沒有形成特異性結(jié)合，不宜用于炸藥進行定性與定量檢測。

在甲醇作為有機相時，CE 與乙酸和丙酸的無機陰離子均形成［M+CH3O］-的加合離子，說明CE與甲醇形成加合，但是在甲酸溶液中只檢出CE本身的分子離子峰，說明在有較高游離的質(zhì)子環(huán)境中，CE較難與其他有機離子發(fā)生加合。PETN 在與乙酸和丙酸進行加合實驗時，分別檢出m／z為330和344的加合離子，其可能的離子加合為［M+CH2］-和［M+CH2CH2］-。其余4種炸藥成分與所選陰離子的加合情況與乙腈作為有機流動相時的加合情況一致。由于乙腈作為有機相時，所測炸藥組分峰形較好，且響應值也較高，因此實驗中選擇乙腈作為最后的有機流動相。

不同陰離子進行加合形成樣品離子的強度見圖1。從圖1可以看出，用HCOO-作為陰離子與所測炸藥進行加合時，RDX 和NQ 都能形成較強的樣品離子，CE 雖然不與HCOO-加合，但當甲酸作為流動相時其產(chǎn)生的信號強度明顯高于其余4種陰離子，而且當HCOO-作為加合劑時與所測的單質(zhì)炸藥組分產(chǎn)生的加合物，經(jīng)碰撞誘導裂解后產(chǎn)生的碎片離子都不相同（表2），說明甲酸與之形成能進行特異性結(jié)合。所以，選擇用甲酸作為無機陰離子進行加合。

圖1 不同陰離子進行加合形成樣品離子的強度對比Fig.1 Peak area for adducts formed with different anions

表2 6種炸藥與甲酸加合后的離子碎裂情況Table 2 Collision-induced dissociation（CID）ions for adducts formed with formic acid

2.2 流動相濃度的選擇

分別配制濃度為0.1、0.5、1.0、3.0、5.0、10.0、15.0mmol／L的甲酸溶液作為無機相，并以40%的乙腈作為有機相進行等度洗脫，檢測結(jié)果見圖2。圖2結(jié)果表明，當甲酸濃度為1mmol／L 時，對于所測6種炸藥組分，響應值最高，TNT 隨著甲酸濃度響應值的增加反而降低。這是因為采用APCI負離子模式時，TNT 未能與HCOO-發(fā)生離子加合，而甲酸濃度的增加提高了流動相的質(zhì)子環(huán)境，抑制了TNT 接受電子形成樣品離子，導致其檢測響應值降低；當甲酸濃度從0.1mmol／L 增加至1.0mmol／L時，HMX、NQ、RDX、CE的響應值隨著甲酸濃度的增加而明顯增高；當甲酸濃度大于1.0mmol／L 時，這4種炸藥成分的響應值均沒有太大變化。這是原因為HMX、RDX、NQ 由于與HCOO-形成加合產(chǎn)生樣品離子，隨著甲酸濃度的增加其形成的樣品離子逐漸達到飽和，因而其響應值也從增高趨于穩(wěn)定。CE與PETN雖然都未能與甲酸進行加合但是CE中與硝基相連的叔氮原子更容易給出電子與溶液中的質(zhì)子結(jié)合，同時苯環(huán)也起到了分散電荷的作用，使得NO2更易從溶液中獲取電子形成樣品離子。由于PETN 不能與甲酸發(fā)生加合，同時也沒有苯環(huán)分散電荷，因而其分子從流動相中捕獲電子的能力較弱，響應值也相對較低，甲酸濃度的變化不能引起其響應值的變化，其響應值與甲酸濃度的變化不明顯。實驗選擇流動相A（1mmol／L甲酸50%，乙腈溶液）60%和流動相B（乙腈溶液）40%（均為體積分數(shù)）進行等度洗脫。

圖2 甲酸濃度對6種炸藥成分響應值的影響Fig.2 Effect of formic acid concentration on explosives response

2.3 加合物離子的質(zhì)譜條件

經(jīng)過儀器自動優(yōu)化得到被測炸藥的質(zhì)譜條件：蒸發(fā)器溫度為300℃、壓力為1.24×105Pa，干燥氣溫度250℃、壓力為1.38×105Pa，電暈放電電流5μA，霧化器壓力3.79×105Pa，噴霧腔體溫度為50℃，檢測器電壓1 350V，碰撞誘導（CID）壓力為0.24Pa，選擇負離子模式APCI（-）。各個炸藥的LC／APCI／MS質(zhì)譜條件如表3所示。

2.4 線性范圍及方法檢出限

分別選擇5、10、50、100、500和1 000ng／mL6種炸藥混合物標樣進行LC／APCI／MS 檢測，在5～1 000ng／mL所測炸藥成分均存在線性關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)為0.998 7～0.999 9，方法檢測限按照美國環(huán)境保護局（EPA）發(fā)布的指導方法SW846：方法檢測限（MDL）=3.14×相對偏差（SD）計算［17］。經(jīng)7次重復進樣5ng／mL 的6 種炸藥混標后，計算得到HMX、RDX、PETN、CE、NQ 和TNT 的MDL分別為0.78、1.40、1.70、0.77、1.10和1.7ng／mL，進樣體積為10μL。

在粉塵中分別添加0.05μg、1μg、10μg、50μg、2g6種炸藥，求其標準偏差S作為不確定度U，最后回收率，計算結(jié)果如表4。

表3 所測單質(zhì)炸藥的LC／APCI／MS質(zhì)譜條件Table 3 LC／APCI／MS conditions for explosives

表4 粉塵中添加6種被測炸藥組分的回收率和精密度Table 4 Percent recovery and precision of six explosives in spiked powders

3 結(jié) 論

（1）乙腈作為流動相，當所測炸藥經(jīng)APCI離子化后，HMX、RDX、NQ 均能與甲酸形成特異性結(jié)合，PETN、CE、TNT 則分別失去電子而產(chǎn)生離子信號。

（2）用LC／APCI／MS 方法測得HMX、RDX、PETN、CE、NQ、TNT 回收率為49.0%～88.4%，相對標準偏差為3.5%～10.3%，方法檢測限分別為0.78、1.4、1.7、0.77、1.1、1.7ng／mL，證明該方法準確、可靠，可用于環(huán)境及微量炸藥的定量檢驗。

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