李 紅，田福林，劉成雁，王志嘉，趙海波，王曉東，尤海丹，王歆睿

（遼寧省分析科學(xué)研究院，遼寧省標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)工程技術(shù)研究中心，遼寧 沈陽(yáng) 110015）

氣相色譜－質(zhì)譜法分析水和土壤中化學(xué)毒劑模擬劑

李 紅，田福林，劉成雁，王志嘉，趙海波，王曉東，尤海丹，王歆睿

（遼寧省分析科學(xué)研究院，遼寧省標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)工程技術(shù)研究中心，遼寧 沈陽(yáng) 110015）

為了快速處理化學(xué)毒劑的突發(fā)性事故，建立了水和土壤中4種化學(xué)毒劑模擬劑的氣相色譜－質(zhì)譜（GC／MS）快速分析檢測(cè)方法。水樣用二氯甲烷和乙腈分兩步進(jìn)行萃取，土壤樣品用二氯甲烷萃取，萃取液經(jīng)HP－5MS色譜柱（30m×0.25mm×0.25μm）分離，利用GC／MS的選擇離子（SIM）模式進(jìn)行定性和定量檢測(cè)。結(jié)果表明：本方法可對(duì)水和土壤樣品中的化學(xué)毒劑模擬劑進(jìn)行分析，在0.1～10mg／L質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)為0.998 4～0.999 9。4種化合物在水中的檢出限為0.3～2.1μg／L，定量限為1.1～7.1μg／L；在土壤中的檢出限為1.0～2.7μg／kg，定量限為3.4～8.8μg／kg；4種化學(xué)毒劑模擬劑在水和土壤中的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）分別小于11.5%、11.8%；水和土壤中高、中、低3個(gè)加標(biāo)水平的回收率分別為70.5%～101.9%、70.8%～112.9%。該方法快速準(zhǔn)確、背景干擾少、分析靈敏度較高，適用于水和土壤樣品中化學(xué)毒劑的快速分析。

氣相色譜－質(zhì)譜；化學(xué)毒劑模擬劑；水；土壤

神經(jīng)性毒劑和糜爛性毒劑是兩種主要的化學(xué)毒劑，毒性極強(qiáng)，不但對(duì)人類有較強(qiáng)的殺傷性，且對(duì)生態(tài)環(huán)境存在著巨大的威脅［1］。發(fā)生化學(xué)毒劑的突發(fā)事件時(shí)，水體和土壤等自然環(huán)境極易被污染。因此，建立環(huán)境樣品中化學(xué)毒劑的快速分析檢測(cè)方法，對(duì)化學(xué)毒劑突發(fā)性事故的毒劑種類識(shí)別及應(yīng)急處理具有重要的意義。

目前，化學(xué)毒劑的分析檢測(cè)方法較多，有氣相色譜法［2－3］、紅外光譜 法［4－5］、表 面 增 強(qiáng) 拉 曼 散射（SERS）法［6］、毛細(xì)管電泳法［7］、氣相色譜－質(zhì)譜法［8－14］等。其中氣相色譜－質(zhì)譜法靈敏度高，選擇性好，已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)毒劑分析［15－17］及化學(xué)武器核查［18］等領(lǐng)域。

本研究根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)［19－20］，選用與化學(xué)毒劑含有相同特征結(jié)構(gòu)的4種模擬劑作為研究對(duì)象，利用氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用選擇離子監(jiān)測(cè)法（GC／MS－SIM）建立化學(xué)毒劑模擬劑在水體和土壤中的快速檢測(cè)方法。模擬劑與化學(xué)毒劑含有相同的特征結(jié)構(gòu)，在物理和化學(xué)性質(zhì)上比較接近，可以用來(lái)模擬化學(xué)毒劑，進(jìn)而建立化學(xué)毒劑的分析檢測(cè)方法，旨在為化學(xué)毒劑的突發(fā)性事故提供技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

6890N－5975i型氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)Agilent公司產(chǎn)品；Millipore超純水機(jī)：美國(guó)Millipore公司產(chǎn)品；XK96－B快速混勻器：姜堰市新康醫(yī)療器械有限公司產(chǎn)品；CT 14RD離心機(jī)：天美科技有限公司產(chǎn)品；RE－52旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠產(chǎn)品。

4種模擬劑：1，2－二氯乙烷為分析純；N，N－二甲基乙酰胺純度大于99.0%；磷酸三甲酯為分析純，甲基磷酸二甲酯純度大于99.0%；乙酸乙酯、二氯甲烷、乙腈、丙酮：均為色譜純，天津市康科德科技有限公司產(chǎn)品；超純水：電導(dǎo)率為18.2MΩ·cm。

1.2 樣品前處理

1.2.1 染毒水樣中毒劑的提取 準(zhǔn)確移取10 mL染毒水樣置于50mL具塞離心管中，加入5 mL二氯甲烷，漩渦振蕩2min，以9 700r／min離心5min，移取二氯甲烷于圓底燒瓶中，取1 μL二氯甲烷上機(jī)分析，測(cè)定1，2－二氯乙烷。水相中加入5g NaCl，再用5mL乙腈萃取一次，合并乙腈與二氯甲烷提取液，于30℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至約1mL，乙腈定容至2mL，供GC／MS分析，測(cè)定N，N－二甲基乙酰胺、甲基磷酸二甲酯和磷酸三甲酯。

1.2.2 染毒土壤樣品中毒劑的提取 稱取5.0 g染毒土壤樣品置于50mL具塞離心管中，加入5mL二氯甲烷，漩渦振蕩2min，反復(fù)萃取二次，合并萃取液于離心管內(nèi)，以9 700r／min離心5min，移取離心液于10mL容量瓶中，用二氯甲烷定容，供GC／MS分析。

1.3 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

分別準(zhǔn)確稱取4種毒劑模擬劑對(duì)照品100 mg，加二氯甲烷定容至100mL，得到濃度為1 000mg／L的對(duì)照品儲(chǔ)備溶液，用二氯甲烷將對(duì)照品儲(chǔ)備溶液稀釋成100mg／L的二級(jí)對(duì)照品儲(chǔ)備液，于4℃冰箱中冷藏備用。

1.4 色譜條件

分析柱：HP－Innowax色譜柱（30m×0.25 mm×0.25μm）；載氣：氦氣，恒流模式，流速1.0 mL／min；不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣口溫度：200℃；傳輸線溫度：200℃；程序升溫：50℃保持1min，以25℃／min升至200℃。

1.5 質(zhì)譜條件

電子轟擊源（EI）；電子能量：70eV；電子倍增器電壓1240V；離子源溫度：230℃；四極桿溫度：150℃；掃描方式：選擇離子（SIM）模式；1，2－二氯乙烷特征碎片離子為：m／z 62（定量離子），m／z64、m／z98（輔助定性離子）；N，N－二甲基乙酰胺特征碎片離子為：m／z 87（定量離子），m／z44、m／z72（輔助定性離子）；甲基磷酸二甲酯特征碎片離子為：m／z 94（定量離子），m／z 79、m／z109（輔助定性離子）；磷酸三甲酯特征碎片離子為：m／z110（定量離子），m／z140、m／z 95（輔助定性離子）。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的優(yōu)化

通過(guò)對(duì)色譜條件的優(yōu)化，可以達(dá)到4種化學(xué)毒劑模擬劑的最佳分離效果，使4種模擬劑在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)基線分離，從而可以進(jìn)行準(zhǔn)確的定性及定量。使用HP－5ms（30m×0.25mm×0.25 μm）色譜柱時(shí)，4種毒劑模擬劑的色譜峰均有嚴(yán)重的拖尾現(xiàn)象，這主要是因?yàn)槎緞┠M劑的極性較大，而HP－5ms為非極性色譜柱，不適合于強(qiáng)極性物質(zhì)的分離。改用強(qiáng)極性的HP－Innowax色譜柱（30m×0.25mm×0.25μm）對(duì)4種毒劑模擬劑進(jìn)行分離，得到的總離子流色譜圖示于圖1。由圖1可以看出，4種模擬劑的色譜峰尖銳清晰，沒有明顯雜質(zhì)干擾。通過(guò)優(yōu)化色譜條件，4種模擬劑在7min內(nèi)實(shí)現(xiàn)基線分離，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)4種模擬劑的快速定性、定量分析。

圖1 4種化學(xué)毒劑模擬劑在SIM模式下的總離子流色譜圖Fig.1 Total ion current chromatograms of four warfare agents simulants in the SIM mode

2.2 萃取溶劑的選擇

分別選用二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、乙腈對(duì)染毒水和土壤樣品進(jìn)行萃取，考察4種毒劑模擬劑的加標(biāo)回收率，以比較不同溶劑對(duì)模擬劑的提取效率。取10mL空白水樣若干份，分別加入100μL二級(jí)對(duì)照品儲(chǔ)備液，并加入5g NaCl，用10mL萃取溶劑分兩次（每次5mL）萃取樣品，合并萃取液并定容至10mL；取5.0g空白土壤樣品若干份，分別加入100μL二級(jí)對(duì)照品儲(chǔ)備液，用10mL萃取溶劑分兩次（每次5mL）萃取樣品，合并萃取液并定容至10mL。不同溶劑所得加標(biāo)回收率結(jié)果列于表1。

由表1可知，對(duì)于水樣，二氯甲烷對(duì)模擬劑1，2－二氯乙烷的提取效果最好，回收率達(dá)到101.9%，乙腈對(duì)N，N－二甲基乙酰胺、甲基磷酸二甲酯和磷酸三甲酯的提取效果最好，其加標(biāo)回收率分別達(dá)到96.0%、90.6%和98.1%；對(duì)于土壤樣品，只有二氯甲烷作為提取溶劑時(shí)，4種毒劑模擬劑都得到了較好的回收率，為88.6%～106.8%。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，水樣選用二氯甲烷和乙腈兩種萃取溶劑分兩次萃取，土壤樣品選用二氯甲烷作為提取溶劑。

2.3 方法的線性關(guān)系和檢出限

分別移取100mg／L的二級(jí)對(duì)照品儲(chǔ)備液0.1、0.2、0.5、1.0、5.0、10.0mL，置 于 100mL容量瓶中，二氯甲烷定容，得到濃度為0.1、0.2、0.5、1.0、5.0、10.0mg／L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，按上述實(shí)驗(yàn)條件測(cè)定，以各組分的峰面積（y）對(duì)質(zhì)量濃度（x）進(jìn)行線性回歸，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在0.1～10mg／L濃度范圍內(nèi)，該方法的線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)為0.998 4～0.999 9。

表1 不同溶劑對(duì)水和土壤中4種化學(xué)毒劑模擬劑的萃取率比較（n＝5）Table 1 Comparison of extraction yield of the four warfare agents simulants in water ang soil

取10mL空白水樣和5.0g空白土壤樣品，分別加入25μL濃度為0.1、0.2、0.5mg／L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，按1.2方法進(jìn)行處理，每個(gè)水平重復(fù)3次。以最低檢出濃度計(jì)算，3倍信噪比為檢出限，10倍信噪比為定量限。結(jié)果表明，4種化合物在水中的檢出限為0.3～2.1μg／L，定量限為1.1～7.1μg／L；在土壤中的檢出限為1.0～2.7μg／kg，定量限為3.4～8.8μg／kg，詳細(xì)結(jié)果列于表2。

2.4 方法的回收率和精密度

分別取5μL、20μL和100μL 100mg／L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，添加于10mL空白水樣中，分別做6個(gè)平行樣，按1.2的前處理方法處理樣品，并在1.4和1.5的儀器參數(shù)條件下進(jìn)行分析?；厥章始癛SD實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表3。

表3中的數(shù)據(jù)表明，4種化合物的加標(biāo)回收率為70.5%～101.9%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均不大于11.5%（n＝6）。

表2 4種化學(xué)毒劑模擬劑的線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限（n＝3）Table 2 Linear ranges，correlation coefficients（r），limits of detection（LODs）and limits of quantification（LOQs）of four warfare agents simulants

表3 水中4種化學(xué)毒劑模擬劑的回收率及精密度（RSD，n＝6）Table 3 Recoveries and precisions（RSD，n＝6）of four warfare agents simulants in water

分別取20μL、100μL和500μL 100mg／L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，添加于5.0g空白土壤樣品中，分別做6個(gè)平行樣，按1.2的前處理方法處理樣品，并在1.4和1.5的儀器參數(shù)條件下進(jìn)行分析?；厥章始癛SD實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表4。

表4中的數(shù)據(jù)表明，4種化合物的加標(biāo)回收率為70.8%～112.9%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均不大于11.8%（n＝6）。

表4 土壤中4種化學(xué)毒劑模擬劑的加標(biāo)回收率、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，n＝6）Table 4 Recoveries and precisions（RSD，n＝6）of four warfare agents simulants in soil

2.5 實(shí)際樣品的測(cè)定

采用本實(shí)驗(yàn)建立的方法，對(duì)沈陽(yáng)市人口居住密集地區(qū)及地鐵1、2號(hào)線沿途的7個(gè)水樣和8個(gè)土壤樣品進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，4種化學(xué)毒劑模擬劑在所有的樣品中均未檢出。

3 結(jié) 語(yǔ)

本研究采用液液萃取，結(jié)合氣相色譜－質(zhì)譜的方法，建立了水和土壤中4種神經(jīng)性和糜爛性化學(xué)毒劑模擬劑的快速分析檢測(cè)方法。該方法使用二氯甲烷和乙腈進(jìn)行直接萃取，方法簡(jiǎn)便、快速、易于操作，溶劑用量少，靈敏度高，是化學(xué)毒劑突發(fā)性事故中實(shí)用的檢測(cè)手段。

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GC／MS Analysis of Chemical Agent Simulants in Water and Soil

LI Hong，TIAN Fu－lin，LIU Cheng－yan，WANG Zhi－jia，ZHAO Hai－bo，WANG Xiao－dong，YOU Hai－dan，WANG Xin－rui
（Liaoning Province Academy of Analytic Sciences，Standard System Engineering Research Center of Liaoning Province，Shenyang110015，China）

In order to rapid deal with the unexpected incidents of chemical agents，a method based on gas chromatography spectrometry（GC／MS）was developed for the determination of nerve warfare agent and vesicant agent simulants in water and soil.The water was extracted by dichloromethane and acetonitrile，the soil was extracted by dichloromethane，then the extract was separated on a HP－5MS column（30m×0.25mm×0.25μm）and the identification and quantification of the analytes were carried out in the choice ion（SIM）mode.The six point calibration curves showed a good linearity for all the congeners（0.998 4～0.999 9）.Limits of detection（LODs）of the water ranged from 0.3to 2.1μg／L and the soil ranged from 1.0to 2.7μg／kg.The relative standard deviations（RSDs）of water and soil were below 11.5%、11.8%respectively.The spiked recoveries of water and soil were in the range of 70.5%～101.9%、70.8%～112.9%respectively.The developed analytical methodis rapid and accurate，remove the pigments effieient and improve sensitivity，suitable for the determination of warfare agents in water and soil.

gas chromatography－mass spectrometry（GC／MS）；warfare agents simulants；water；soil

O 657.63

A

1004－2997（2012）04－0247－05

2012－03－21；

2012－06－01

沈陽(yáng)市科技項(xiàng)目（2007gx－31）資助

李 紅（1978～），碩士研究生。E－mail：lh＿9214＠163.com