有机炸药中定性定量检测方案(液质联用仪)

SSL-CA19-132Excellence in Science Excellence in ScienceLCMS-IT-TOF-046 岛津企业管理(中国)有限公司分析中心Shimadzu(China)CO.，LTD. Analytical Applications Centerhttp：//www.shimadzu.com.cn上海市徐汇区宜州路180号B2栋咨询电话：021-34193996Hotline：021-34193996Building B2， No.180 Yizhou Road， Shanghai 液相色谱-离子阱飞行时间质谱联用仪用于四种有机炸药的筛查分析 LCMS-IT-TOF-046 摘要：本文利用岛津液相色谱-离子阱飞行时间质谱(LCMS-IT-TOF)建立了4种有机炸药成分的定性筛查方法。通过获取一级高分辨质谱信息，并用 Formula Predictor软件预测可能的分子式，再利用IT-TOF 多级质谱功能进行结构鉴定，确认目标物。通过离子阱飞行时间质谱对四种有机炸药进行定量分析，考察其线性范围、精密度等，利用外标法绘制四种有机炸药标准曲线，线性范围为 0.02-1ug/mL， 相关系数均大于0.999，峰面积重复性实验显示6针RSD小于5%，一级质谱质量数准确性小于3 ppm， 仪器精密度良好。 关键词：液相色谱-离子阱飞行时间质谱 (LCMS-IT-TOF) 有机炸药定性筛查 近年来，以有机炸药为载体的爆炸袭击事件时有发生，严重危害人民群众的生命财产安全。同时，有机炸药除具有爆炸性外，基本上都属于高毒性或致癌物质，这些成分随废水或土壤进入生物环境，危害动植物及人体健康。 针对可疑爆炸物和爆炸残余物的探测分析技术在不断发展。检测爆炸物的方法有很多，包括犬科动物识别、离子迁移谱、液相色谱质谱、气相色谱质谱等。这类方法对结构相近的物质分别能力差，且对数据库列表之外的爆炸物无能为力。 高分辨离子阱飞行时间质谱法可以通过精确质量的测定，计算出目标化合物的元素组成信息，又有独特的多级质谱进一步对目标物结构进行确证，目前已成为公安领域对未知危害物筛查分析的重要手段之一。 本文使用利用岛津液相色谱-离子阱飞行时间质谱 (LCMS-IT-TOF) 建立了HMX(奥克托金)、RDX(黑索金)、CE(特屈尔)、PETN(泰安)4种有机炸药成分的定性筛查方法，并建立了标准曲线，证明该方法可用于爆炸物的定性筛查与定量分析。 I实验部分 1.1仪器 岛津超高效液相色谱仪 Nexera XR 系统离子阱-飞行时间质谱仪 LCMS-IT-TOF。 Nexera XR 系统包括 LC-20ADXRX2(输液泵)， DGU-20A5R (在线脱气机)， SIL-20ACXR(自动进样器)， CTO-20AC(柱温箱)，SPD-20A(紫外检测器)，CBM-20A(系统控制器)。数据采集和分析由 LCMSsolution Ver 3.81(工作站)完成。 1.2分析条件 液相条件 色谱柱： Shim-pack GIST流动相：A相-(5mM乙乙铵+0.1%甲酸))7水；(2.1mml.D.×100 mm L，1.9 um)B相-甲醇流速：0.3mL/min柱温：40℃ 进样量：2uL 洗脱方式：梯度洗脱，B相初始浓度为10%，洗脱程序见表1。 表1.梯度洗脱程序 Time(min) Module Command Value 1.5 Pumps Pump B Conc. 10 8.0 Pumps Pump B Conc. 90 10.0 Pumps Pump B Conc. 90 10.1 Pumps Pump B Conc. 10 13.0 Controller Stop 分析仪器：LCMS-IT-TOF 接口温度：300℃ 离子化模式：ESI(-) 脱溶剂管温度：200℃ 雾化气：氮气1.5 L/min 加热模块温度：200℃ 干燥气：氮气10.0 L/min 扫描模式： MS full scan m/z： 250-460 碰撞气：氩气 Loop time：0.63s 1.3样品前处理方法 称取4种有机炸物标准样品各10 mg， 混合后用10mL甲醇超声提取10分钟，3000 rpm 离心10分钟，取上清液0.22 um 聚四氟乙烯滤膜过滤后至进样小瓶，待检。 |结果与讨论 2.1提取离子流色谱图 4种有机炸药总离子流图、提取离子流色谱图以及结果见图1、2、3。 图1.4种有机炸药总离子流图 图2.4种有机炸药提取离子流图 2.2定性分析结果 通过1.2分析条件的确认，建立了4种有机炸药化合物定性方法，其结构图见图3。基于岛津 FormulaPredictor分子式预测软件可以实现一级精确质荷比、同位素丰度比的匹配定性，对结构进行判定。以HMX为例，利用岛津LCMS-IT-TOF高质量精度的特点，使用Formula Predictor 软件预测其分子式，设置C、H、O、N、F各元素最大数目分别为：150、10、12、10、5。 m/z 409.0314得到的可能的分子式为 C4HgNg08，预测结果见图4，质量数偏差1.71 ppm， 综合判定其为[M+CFCOO]-。对 m/z355.0593进行预测，质量数偏差3.10ppm， 预测结果见图5，综合判定其为[M+CH，COO]-，并通过目标化合物前体离子 m/z 355.0593二级质谱碎片质谱图，进行碎片的结构预测，预测结果见图6，从而推导出可能的碎裂规律见图7. 图3.4种有机炸药化合物结构图 图4.m/z409.0314分子式预测结果 图5. m/z 355.0593分子式预测结果 图 6. m/z 355.0593的二级质谱图碎片结构预测结果 图 7. m/z 355.0593可能的二级碎裂规律 2.2.1HMX(奥克托金) HMX(奥克托金)的分子式为 CHgNg08， 精确质量数为296.0465，，[M+CH，COO]-=355.0598，[M+CF，COO]-=409.0315。其质谱图如下所示。 MS 根据岛津分子式预测软件，根据二级子离子得到的预计结果推测为： CHN404 2.2.2 RDX( 黑索金) RDX(黑索金)的分子式为 CHN606，精确质量数为222.0349，[M +CF，COO]-=335.0199，其质谱图图下所示。 MS- RDX(黑索金)未打出二级碎片离子 2.2.3 CE(特屈尔) CE(特屈尔)的分子式为CzH5Ns08，精青质量数为287.0138，[M +CH0]-=318.0327， [M十+CF，COO]-=399.9989。其质谱图如下所示。 MS- 根据分子式预测软件，根据二级子离子得到的预计结果推测为： CzHN204 2.2.4PETN(泰安) PETN(泰安)的分子式为 C，HgN4012， 精确质量数为316.0139， [M +CF，COO]-=428.9989。其质谱图如下所示。 MS PETN 未打出二级碎片离子 2.2.5定性筛查结果汇总 4种有机炸药筛查结构汇总见下表。 表2.有机炸药筛查结果 名称 分子式 离子种类 理论m/z 实测m/z 质量数偏差 (ppm) HMX C4HNgO： [M+CH，COO] 355.0604 355.0593 3.0981 [M+CF，COO]- 409.0321 409.0314 1.7113 RDX C3HN，06 [M +CF，COOJ- 335.0199 335.0188 3.28339 CE C7H5N5O： [M+CH0]- 318.0327 318.0326 0.3144 [M +CF，COO]- 399.9989 399.9981 2.0000 PETN C5HgN4012 [M +CF，COO]- 428.9989 428.9981 1.8648 2.3.定量分析结果 2.3.1标准曲线 配置浓度为 10 ug/mL的对照品混合溶液，使用甲醇稀释得到浓度分别为0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0ug/mL的工作曲线溶液。 分析不同浓度的工作曲线样品，绘制标准曲线，所得标准曲线线性关系良好，线性范围为0.02-1 ug/mL，线性方程、相关系数如图8所示。 图8.有机炸药标准曲线 表3.各组分标准曲线及相关系数 No. 名称 线性范围目((ug/mL) 线性方程 相关系数r 1 HMX 0.02-1 Y=(30，007，813.0) X+458，180.0 0.9991 2 RDX 0.02-1 Y=(8，077，401) X+(-16，634.18) 0.9999 3 CE 0.02-1 Y= (17，933，336.0) X+(-17，886.64) 0.9999 4 PETN 0.02-1 Y= (8，698，663) X+((19，080.63) 0.9995 2.3.2.精密度实验结果 对0.5 ug/mL的对照品混合溶液连续测定6次，考察仪器精密度，保留时间和峰面积重复性结果如表4所示。结果显示保留时间和峰面积的相对标准偏差分别在 0.089-0.343%、1.718-5.110%之间，仪器精密度良好。 表4.保留时间和峰面积重复性结果 样品名称 Average RSD% Ret.Time Area Ret.Time Area HMX 4.857 15，926，572 0.343 2.240 RDX 6.416 3，853，533 0.089 3.671 CE 7.687 9，483，174 0.118 1.718 PETN 8.062 4，318，799 0.102 5.110 ■结论 本文利用岛津高分辨率分谱 LCMS-IT-TOF， 结合岛津 Formula Predictor 等多种辅助软件，建立了一种快速定性定量筛查4种有机炸药的分析方法，该方法在0.02-1.0 ug/mL范围内线生良好，相关系数大于0999，简便快速、灵敏度高、定性筛查准确，可适用于4种有机炸药的准确快速定性定量筛查测定。 本文利用岛津液相色谱-离子阱飞行时间质谱（LCMS-IT-TOF）建立了4种有机炸药成分的定性筛查方法。通过获取一级高分辨质谱信息，并用Formula Predictor软件预测可能的分子式，再利用IT-TOF多级质谱功能进行结构鉴定，确认目标物。并通过离子阱飞行时间质谱对四种有机炸药进行定量分析，考察其线性范围、精密度等，利用外标法绘制四种有机炸药标准曲线，线性范围为0.02 - 1 μg/mL，相关系数均大于0.999，峰面积重复性实验显示6针RSD小于5 %，一级质谱质量数准确性小于3 ppm，仪器精密度良好。