分析化学(FENXIHUAXUE) 研究简报第8期
2001年8月ChineseJournalofAnalyticalChemistry957～960第29卷
染毒水样中神经性毒剂水解产物的分析
胡绪英 娄艳红 周永新
(军事医学科学院毒物药物研究所,北京100850)
摘 要 考察了对水中6种神经性毒剂水解产物固相萃取的萃取剂、洗脱剂等因素对萃取率的影响。以LC2CN小柱为萃取剂,1%冰醋酸甲醇溶液为洗脱剂,测得萃取回收率为59.7%～100%,相对标准偏差为1.4%～7.2%。采用气相色谱和色质联用2选择离子检测法对水解产物三甲基硅烷(TMS)衍生物进行分析鉴定,水中水解产物最低检测浓度为0.002～0.02mgΠL。为今后水中神经性毒剂未知样品分析提供了简便、快速的分析方法。
关键词 神经性毒剂水解产物,固相萃取,气相色谱,气相色谱Π质谱
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1 引 言
神经性毒剂是化学毒剂中主要杀伤性毒剂,由于神经性毒剂在水中易水解,因此,在检定染毒水中毒剂原型外检定其水解产物同样重要。目前,文献报道分析方法有以气相色谱、气相色谱Π质谱、高
〔5〕〔6〕
效液相色谱、高效毛细管电泳法等。我们选用5种主要神经性毒剂沙林(sarin)、梭曼(soman)、VX、俄罗斯VX(R2VX)、GF的水解产物甲基膦酸异丙酯(isopropylmethylphosphonicacid,IMPA)、甲基膦酸片呐酯(pinacolylmethylphosphonicacid,PMPA)、甲基膦酸乙酯(ethylmethylphosphonicacid,EMPA)、甲基膦酸异丁酯(isobutylmethylphosphonicacid,i2BuMPA)、甲基膦酸环己酯(cyclohexylmethylphosphonicacid,CHMPA)和它们的二级水解产物甲基膦酸(methylphosphonicacid,MPA)等6个化合物为实验对象。由于
〔1～4〕
水解产物极性大,水溶性较好,溶剂提取操作较为复杂,对多羟基化合物萃取率较低。而固相萃取具有操作简便,提取效率高等优点,因此有必要开展固相萃取GC、GCΠMS法的研究。为部队的毒剂防护、洗消和救治提供科学依据。
2 实验部分
2.1 仪器及试剂
AutosystemXL气相色谱仪(PE公司产品),配备有FID检测器和PE25毛细管色谱柱(30m×0.32mm
×0.25μm);TR1021000型气相色谱Π质谱联用仪(英国VG公司),配有HP25毛细管色谱柱(25m×0.32mm×0.52μm);真空固相萃取装置(美国Supelco公司);LC2CN固相萃取小柱(美国Supelco公司,规格为3mL)。
神经性毒剂6种水解产物标准溶液:标准品(纯度为98%以上)为本所合成室提供,配制成1gΠL丙酮液储存于冰箱冷藏室内。内标(IS):磷酸三丙酯(防化院四所提供)配制成2gΠL丙酮液,储存于冰箱冷藏室内。衍生化试剂:双三甲基三氟乙酰胺(BSTFA)Π三甲基氯硅烷(TMCS)95∶5(VΠV),均为德国E.Merck公司产品。
洗脱剂:1%冰醋酸(分析纯)甲醇(色谱纯)溶液(VΠV)。2.2 GC、GCΠMS分析条件
GC:进样口温度250℃;检测器(FID)温度270℃;柱温起始温度100℃,保持1min,以5℃Πmin升至180℃,再以10℃Πmin升至250℃保持2min,采用分流进样,分流比为1∶15。GCΠMS:进样口温度250℃;
柱温起始温度60℃,保持1min,以10℃Πmin升至250℃,保持5min,电子轰击能量70eV。采用选择离子检测方式(SIM),6种目标化合物监测离子为mΠz:153、169、181、195、225、240。
2000209214收稿;2001202205接受
2.3 染毒水中水解产物的固相萃取
2.3.1 固相柱的活化 取LC2CN小柱置于固相萃取装置上,用2mL甲醇淋洗,再用2mL蒸馏水洗涤。2.3.2 样品过柱、洗脱及浓缩 取染毒水2mL,调节pH为5.5～6.0,以0.5～1mLΠmin流速通过固相小柱,然后将小柱以6000rΠmin离心10min,再放在萃取装置上通N2干燥5min,用6mL洗脱剂(2、2、1、1mL)以1mLΠmin流速洗脱,收集洗脱液在50℃旋转蒸发至干,再加入内标40μL,N2气流下吹干,得到
固态物。2.3.3 水解产物三甲基硅烷(TMS)衍生物制备 于固态物内加入混合衍生化试剂100μL,在微波炉内中低火加热5～10min,冷却后取1μL供GC、GCΠMS分析。
3 结果与讨论
3.1 仪器参数确定
为了使6种水解产物TMS衍生物在色谱柱上获得最佳分离,比较了气相色谱不同程序升温,分流比、流速等条件,在本实验确定条件下使6种化合物和内标有很好分离度,杂质无干扰,见图1
。
图1 模拟染毒水样中6种水解产物(a)和水空白(b)TMS衍生物的气相色谱图
Fig.1 Gaschromatogramoftrimethylsilyl(TMS)derivativesof6hydrolysisproductsofnerveagentsinwater(a)andthewaterblank(b)
1.甲基膦酸乙酯(ethylmethylphosphonicacid,EMPA);2.甲基膦酸异丙酯(isopropylmethylphosphonicacid,IMPA);3.甲基膦酸(methylphosphonicacid,MPA);4.甲基膦酸异丁酯(isobutylmethylphosphonicacid,i2BuMPA);5.甲基膦酸片呐酯(pinacolylmethylphosphonicacid,PMPA);6.内标(internalstandard,IS);7.甲基膦
酸环己酯(cyclohexylmethylphosphonicacid,CHMPA)。
由于GCΠMS采用SIM监测方式,只扫描所选定的一个或几个特征离子,因此色谱图本底小,灵敏度比全扫描提高2～3个数量级,且选择性强,适合微量分析。作为特征离子,要具有选择性(唯一性)和灵敏性(高的相对度)。通过水解产物MS分析,每个目标化合物选择2个特征离子作为监测离子,结合保留时间,建立了多通道GCΠMS2SIM分析方法。3.2 染毒水中水解产物固相萃取条件的确定
按2.3方法对加有水解产物标准样品的水溶液进行了萃取条件的优化实验。比较了LC2CN等6种萃取小柱、染毒水样的不同pH值、洗脱剂以及用量等条件,结果表明,LC2CN小柱、1%冰醋酸甲醇溶液以及实验水溶液的pH值在5.5～6.0范围内,获得最明显的萃取效果,结果列于表1。
表1 萃取回收率及精密度Table1 Therecoveryandprecisionofextractionforstandardsamples(n=5)
化合物
CompoundEMPAIMPAMPA
i2BuMPA
萃取回收率(%)
Recovery
标准偏差
SD(%)3.844.282.962.462.131.40
相对标准偏差
RSD(%)6.407.174.323.142.111.40
60.4
59.768.678.4100.999.9
PMPACHMPA
由表1可见,EMPA、IMPA、MPA等3个水解产物的萃取回收率偏低。实验表明,LC-CN小柱对
EMPA等吸附率约为60%左右,这是由于EMPA等水解产物的极性、亲水性较PMPA大,造成了它们萃取回收率偏低的主要原因。3.3 TMS衍生化条件确定
由于神经性毒剂水解产物极性大,不易汽化,因此在进行GC、GCΠMS分析前必须将其制备成易汽化且稳定的衍生物,本实验选用了较为简便的三甲基硅烷化法(TMS),由图2可见,水解产物TMS衍生物的色谱行为较理想,符合定量分析要求。
为了使衍生化反应完全,我们对衍生化加热方式进行了比较。实验表明,微波方式加热反应快,产率高且不受容器限制等,故采用微波中低火加热5～10min。3.4 测定水解产物的标准曲线及检测限
取6支具塞试管,加入内标液40μL,然后加入100mgΠL6种水解产物混合液5、25、50、100、200、400μL,在氮气流下吹干。加入TMS混合衍生化试剂50μL,微波中低火加热5～10min,冷却后取1μL定量分析。它们的回归方程见表2。方程中Y代表被测物峰面积与内标峰面积之比,X代表被测物的浓度。在10～800mgΠL范围内有良好线性回归。它们的最低检测浓度为0.002～0.02mgΠL(SΠN为10Π1)。
表2 6种水解产物回归方程及相关系数表3 神经性毒剂染毒水样中水解产物含量分析Table2 TheregressionequationsandtheircorrelationcoefficientsofthesixTable3 Theanalyticalresultsofthehydrolysishydrolysisproductsproductsincontaminatedwater
化合物
CompoundEMPAIMPAMPA
i2BuMPA
回归方程
Regressionequation
Y=0.0149+0.0009XY=0.0169+0.0010XY=0.0181+0.0015XY=0.0114+0.0011XY=0.0087+0.0010XY=0.0014+0.0008X
相关系数
r
化合物
CompoundEMPAIMPAMPA
i2BuMPA
含量(mgΠL)
Content
0.99950.99950.99910.99930.99930.9996
5.51
6.87
-8.389.0314.16
PMPACHMPA
PMPACHMPA
3.5 模拟染毒样品中水解产物的分析
取100mL具塞三角瓶,加入水20mL和5种神经性毒剂,使其浓度为20mgΠL,室温(22℃左右)放置二周,使其自然水解,然后取2mL水样,用二氯甲烷分二次提取(2,2mL),提取后水样在通风橱内放置,使其二氯甲烷挥尽,然后用本法分析鉴定。通过GCΠMS以SIM方式检出5种相对应一级水解产物和微量二级水解产物MPA,用GC法对5种一级水解产物进行了定量测定,结果见表3。由于一级水解产物较稳定,继续水解成二级水解产物需要更长时间,因此在水样中只含有微量MPA存在。
4 结 语
采用LC2CN小柱对水中梭曼等5种主要神经性毒剂的6种水解产物进行固相萃取,用GC和GCΠMS加以分析。该法操作较为简便,一次可同时萃取分析6个目标化合物,且萃取回收率高于溶剂提取。由于GCΠMS法采用谱库检索和特征离子监测相结合,使定性方法更加准确,可靠和灵敏。References
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TheAnalyticalMethodofHydrolysisProductsofNerveAgentsinWater
HuXuying,LouYanhong,ZhouYongxin
(BeijingInstituteofPharmacologyandToxicology,Beijing100850)
3
Abstract Thispaperdescribestheanalyticalmethodofsixhydrolysisproductsoffivenerveagents.Theinfluencesofthedifferentextractingagentsandeluantsupontheextractionratewereexamined.Therecoveryofextraction,relativestandarddeviationdeterminedwere59.1%～100%and1.4%～7.2%,respectivelybyusingLC2CNsmallcolumnasextractingagentand1%glacialaceticacidinmethanolaseluant.Thetrimethylsilylderivatives(TMS)ofthesehydrolysisproductswerepreparedandanalysedbygaschromatography,gaschromatographyΠmassspectrometry.Theminimaldetectionconcentrationsofhydrolysisproductsinwaterwere0.002～0.02mgΠL.Theresultsdemonstratethatthistechniquemayprovidetheconvenient,rapidandprecisemethodfortheanalysisofnerveagentresiduesinwatersamplecollectedafterachemicalattack.
Keywords Nerveagenthydrolysisproduct,solidphaseextract,gaschromatography,gaschromatographyΠmassspectrometry
(Received14September2000;accepted5February2001)
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