趙志東，孟嬌，周殷玄，張顯強*

(1.貴州警察學(xué)院，貴陽 550005；2.中國科學(xué)院 廣州化學(xué)所，廣州 510650；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100000)

有機炸藥屬于猛炸藥，爆炸威力大，具有一定的毒性，對環(huán)境和人體健康有潛在危害。其中，梯恩梯(TNT)、特屈兒(CE)、太安(PETN)、奧克托 金(HMX)、黑索今(RDX)等是常見的有機炸藥。對該類炸藥的分析方法主要有化學(xué)法[1]、薄層色譜法[2]、氣相色譜法[3-5]、高效液相色譜法[6-8]、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[9]、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)[10-11]、紅外光譜法[12]、X 射線衍射法[13]等。但上述方法大都存在靈敏度低、不能同時對幾種有機炸藥進行分析的缺點，在實際案件檢驗鑒定中應(yīng)用有限。由于有機炸藥的熱穩(wěn)定性較差，在LC-MS/MS中大多使用大氣壓化學(xué)電離源(APCI)進行分析，靈敏度較低[14]，本工作采用電噴霧離子源(ESI)，提出了高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(HPLC-MS/MS)測定爆炸塵土中5種常見有機炸藥含量的方法。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

1290型高效液相色譜儀-6470型三重四極桿質(zhì)譜儀；MS3 basic型渦旋混合器；KQ500DE 型數(shù)控超聲波清洗器；PUERLAB Ultra ELGA 型純水儀；TGL-16C型離心機。

CE、RDX、PETN、TNT、HMX 標準儲備溶液：1 g·L－1，于4℃避光保存。使用時，用甲醇稀釋至所需質(zhì)量濃度。

混合標準溶液：10 mg·L－1，移取適量的CE、RDX、PETN、TNT、HMX 標準儲備溶液于100 mL容量瓶中，用甲醇稀釋至刻度，配制成各目標物質(zhì)量濃度均為10 mg·L－1的混合標準溶液。

甲醇、乙腈、丙酮、乙酸銨、氯化銨均為色譜純；試驗用水為超純水(電阻率為18.2 MΩ·cm)。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜條件

ZORBAX RRHD Eclipse Plus C18柱(100 mm×3 mm，1.8 μm)；柱 溫40 ℃；流 量0.4 mL·min－1；流動相A 為0.5 mmol·L－1乙酸銨溶液，B為甲醇。梯度洗脫程序：0～1.00 min時，A 為90%；1.00～1.50 min時，A 由90%降至5%，保持3.50 min；5.00～6.00 min 時，A 由5%升 至90%，保持1.00 min。

1.2.2 質(zhì)譜條件

ESI，負離子模式；多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式；氮氣流量8 L·min－1；噴霧氣壓力275.79 k Pa；鞘氣流量11 L·min－1；離子源溫度為200 ℃(PETN、RDX、HMX)和150 ℃(TNT、CE)；鞘氣溫度 為200 ℃(PETN、RDX、HMX)和150 ℃(TNT、CE)；毛細管電壓－3 500 V；毛細管電流3 000 n A。其他質(zhì)譜參數(shù)見表1，“*”為定量離子。

表1 質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS parameters

1.3 試驗方法

稱取爆炸塵土10 g，加入20 mL 丙酮，渦旋3 min，以轉(zhuǎn)速8 000 r·min－1離心6 min，取上清液，在常溫下用氮氣吹干，再加入1 mL 甲醇，超聲溶解，用0.22μm 有機濾膜過濾，濾液供HPLCMS/MS分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的優(yōu)化

試驗考察了甲醇-水和乙腈-水兩種流動相體系對10 mg·L－1混合標準溶液中各目標物響應(yīng)值的影響。結(jié)果顯示，TNT 和RDX 在上述兩種流動相體系中的響應(yīng)值差別不大，而CE、HMX、PETN 在甲醇-水體系中的響應(yīng)值明顯高于乙腈-水體系中的，因此試驗選擇以甲醇-水為流動相體系。

在甲醇-水體系中分別添加乙酸銨、氯化銨兩種改進劑，考察了乙酸銨溶液-甲醇和氯化銨溶液-甲醇為流動相時對目標物分離效果及目標物響應(yīng)值的影響。結(jié)果表明，添加乙酸銨和氯化銨能明顯改善目標物的響應(yīng)值和色譜行為，但由于質(zhì)譜分析中離子源溫度較低，氯化銨會在電噴霧霧化室結(jié)晶析出，影響離子源的離子化效率，因此試驗選擇以乙酸銨為改進劑。

試驗進一步考察了乙酸銨濃度分別為0.1，0.5，1.0 mmol·L－1時對目標物響應(yīng)值的影響。結(jié)果表明，當乙酸銨濃度為0.5 mmol·L－1時，各目標物的響應(yīng)值較0.1，1.0 mmol·L－1兩個濃度時的更高。因此，試驗以0.5 mmol·L－1乙酸銨溶液-甲醇為流動相體系，采用梯度洗脫的方式對目標物進行分離。優(yōu)化的梯度洗脫程序見1.2.1節(jié)。

分別對質(zhì)量濃度均為10 mg·L－1的TNT、CE、PETN、HMX、RDX 標準溶液進樣分析，所得MRM 色譜圖見圖1。

圖1 MRM 色譜圖Fig.1 MRM chromatograms

2.2 質(zhì)譜條件的優(yōu)化

質(zhì)譜分析中，ESI在霧化室部分增加了加熱的鞘氣流，并在噴嘴處施加一個噴嘴電壓，更高的溫度可以提高流動相的蒸發(fā)率，增加霧化效率。由于本工作所分析的5種有機炸藥均具有熱不穩(wěn)定性，離子源溫度過高會造成目標物分解。為滿足分析需要，試驗考察了不同離子源溫度(150，200，250，300 ℃)對各目標物響應(yīng)值的影響。結(jié)果表明：隨著離子源溫度的升高，各目標物的響應(yīng)值逐漸減??；當

離子源溫度為300 ℃時，TNT、CE、PETN 被完全分解，無法得到分子離子峰，并且RDX 和HMX 的響應(yīng)值較低；當離子源溫度為200 ℃時，PETN、RDX、HMX 的響應(yīng)值較高，當離子源溫度為150 ℃時，CE和TNT 的響應(yīng)值較高。

將質(zhì)量濃度均為10 mg·L－1的TNT、CE、PETN、HMX、RDX 標準溶液進樣分析，在負離子模式下進行母離子掃描，得到化合物母離子，后進行碰撞反應(yīng)離子掃描，得到各目標化合物的子離子，通過多次試驗，調(diào)整碎裂電壓、碰撞能量，得到干擾小、豐度較強的兩對離子對。優(yōu)化后的質(zhì)譜參數(shù)見表1。

2.3 提取劑的優(yōu)化

試驗考察了不同提取劑(丙酮、三氯甲烷、乙酸乙酯、乙醚、甲醇)對10 g空白加標塵土樣品(加標量為0.01μg·g－1)中5種有機炸藥回收率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 提取劑對5種有機炸藥回收率的影響Fig.2 Effect of extraction agent on recovery of 5 organic explosives

結(jié)果顯示：以丙酮為提取劑時，各目標物的回收率均較高，達78.0%以上，因此試驗選擇以丙酮為提取劑。

2.4 提取劑用量的優(yōu)化

試驗考察了提取劑丙酮用量分別為10，20，30，40 mL 時對10 g 空白加標塵土樣品(加標量為0.01μg·g－1)中5種有機炸藥回收率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 提取劑用量對5種有機炸藥回收率的影響Fig.3 Effect of amount of extraction agent on recovery of 5 organic explosives

結(jié)果顯示：當丙酮用量為10，40 mL時，各目標物的回收率較低；與30 mL 用量相比，當丙酮用量為20 mL時，CE、HMX、TNT 等3種化合物的回收率明顯提高，RDX 的回收率相差不大，而PETN 的回收率有所降低。綜合考慮5種目標物的回收率和提取劑揮發(fā)所用時間，試驗選擇丙酮用量為20 mL。

2.5 基質(zhì)效應(yīng)

按照1.3節(jié)所述方法對3份空白塵土樣品進行處理，用洗脫液配制成5種目標物質(zhì)量濃度為10，100，500μg·L－1的基質(zhì)匹配的混合標準溶液，按照儀器工作條件進行測定。根據(jù)基質(zhì)效應(yīng)(ME)＝基質(zhì)匹配的混合標準溶液中各目標物的峰面積/溶劑(甲醇)中各目標物的峰面積計算ME 值，結(jié)果見表2。

表2 基質(zhì)效應(yīng)Tab.2 Matrix effect

結(jié)果顯示：在3 個濃度水平下，HMX、CE 和TNT 的ME為0.72～0.91，在塵土基質(zhì)中表現(xiàn)為基質(zhì)抑制效應(yīng)，RDX、PETN的ME為1.04～1.35，表現(xiàn)為基質(zhì)增強效應(yīng)。

2.6 工作曲線和檢出限

移取適量的TNT、CE、PETN、HMX、RDX 標準儲備溶液，用洗脫液逐級稀釋，配制成各目標物質(zhì)量分數(shù)為0.1，0.2，0.5，1，2，5，10，20，50，100μg·kg－1的基質(zhì)匹配的混合標準溶液系列。按照儀器工作條件對上述混合標準溶液系列進行測定，以各目標物的質(zhì)量分數(shù)為橫坐標，其對應(yīng)的峰面積為縱坐標繪制工作曲線，線性參數(shù)見表3。

按照試驗方法對空白加標塵土樣品(加標量0.2μg·kg－1)進行測定，以3倍信噪比(S/N)計算方法的檢出限(3S/N)，各目標物的檢出限見表3。

表3 線性參數(shù)和檢出限Tab.3 Linearity parameters and detection limits

2.7 精密度和回收試驗

按照試驗方法對空白塵土樣品進行3個濃度水平的加標回收試驗，每個濃度水平平行測定5次，計算回收率；分別在同一天不同時間段和連續(xù)5 d對每個濃度水平的加標樣品進行測定，計算測定值的相對標準偏差(RSD)，以考查日內(nèi)精密度和日間精密度，結(jié)果見表4。

表4 精密度和回收試驗結(jié)果(n=5)Tab.4 Results of tests for precision and recovery(n=5)

結(jié)果顯示：5 種目標物的回收率為61.6%～99.0%，日內(nèi)精密度為1.1%～7.1%，日間精密度為4.2%～9.8%。

2.8 樣品分析

將黔西南州公安局安龍分局送檢的一枚外形與手榴彈相似的物體進行引爆，收集爆炸坑附近的塵土，按照試驗方法進行分析。結(jié)果顯示，樣品中檢出TNT，檢出量為67.7μg·kg－1，表明該送檢樣品為爆炸物，主要成分為TNT。

本工作通過對樣品前處理條件進行優(yōu)化，提出了HPLC-MS/MS測定爆炸塵土中5種常見有機炸藥含量的方法。該方法操作簡單、靈敏度高、準確度好，為實際案件中有機炸藥的測定提供了一種可靠的方法。