液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用法檢驗(yàn)TNT

趙海雨，宋 鳴，闞旭升，關(guān)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)

（1.遼寧省公安廳刑事技術(shù)總隊(duì)，沈陽(yáng) 110085；2.辰欣藥業(yè)股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272073）

液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用法檢驗(yàn)TNT

趙海雨1，宋 鳴1，闞旭升1，關(guān)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)2

（1.遼寧省公安廳刑事技術(shù)總隊(duì)，沈陽(yáng) 110085；2.辰欣藥業(yè)股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272073）

目的建立液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀檢驗(yàn)浮土中TNT的方法。方法本文以乙腈作為溶劑提取浮土中的TNT；用Waters Xbrige C18液相色譜柱（5 μm，100 mm×2.1 mm），流動(dòng)相為甲醇∶水=65∶35進(jìn)行樣品分離；在APCI源負(fù)離子模式下，以m/z226.9/209.9作為定量離子對(duì)、m/z226.9/197.0作為定性離子對(duì)，用三重四級(jí)桿串聯(lián)質(zhì)譜進(jìn)行多反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM）分析。結(jié)果在ESI源下，TNT的電離效率相對(duì)APCI源較低，浮土中TNT的定量限為1ng/g。該方法檢測(cè)TNT的線性范圍為0.05～100 ng/g，相關(guān)系數(shù)為0.9991，定量下限為0.05 ng/g，加標(biāo)回收率為88.5 %～96.1 %，浮土樣品采用乙腈提取的基質(zhì)效應(yīng)為93.7 %。結(jié)論本方法操作簡(jiǎn)單、提取方便，有效避免了塵土復(fù)雜基質(zhì)的干擾，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，靈敏度高，滿足對(duì)爆炸殘留物中TNT的檢測(cè)要求。

液質(zhì)聯(lián)用；TNT；浮土

三硝基甲苯（TNT），分子量227.13，分子結(jié)構(gòu)如圖1所示，是目前應(yīng)用最廣泛的炸藥之一，也是我國(guó)爆炸現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)的炸藥之一。目前TNT的檢驗(yàn)主要有氣相色譜法[1-2]、液相色譜法[3]、氣質(zhì)聯(lián)用法[4,6-7]、攝影比對(duì)RGB三原色法[5]等。公安機(jī)關(guān)對(duì)TNT的檢驗(yàn)一般采用氣質(zhì)聯(lián)用法，使用EI源氣質(zhì)聯(lián)用儀時(shí)TNT的檢測(cè)限可以達(dá)到1 ng[7]，使用NCI源氣質(zhì)聯(lián)用儀時(shí)TNT的檢測(cè)限可以達(dá)到0.01 ng[7]，采用PCI源串聯(lián)氣質(zhì)聯(lián)用儀時(shí)檢測(cè)限可以達(dá)到1.4 pg[4]，采用NCI源串聯(lián)氣質(zhì)聯(lián)用儀時(shí)檢測(cè)限可以達(dá)到2 pg[6]。由于信噪比高，串聯(lián)質(zhì)譜檢驗(yàn)TNT相對(duì)單級(jí)質(zhì)譜有很大優(yōu)勢(shì)，但是由于氣相色譜法難以避免較高柱溫導(dǎo)致的炸藥受熱分解，只能使用短色譜柱（8 m）進(jìn)行分離，分離度較差，容易產(chǎn)生干擾，且8 m色譜柱的使用導(dǎo)致氣質(zhì)聯(lián)用儀基本只能專(zhuān)用于檢驗(yàn)炸藥，造成設(shè)備浪費(fèi)。液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法可有效避免高溫導(dǎo)致的炸藥分解，選擇合適的液相色譜流動(dòng)相配比可以實(shí)現(xiàn)各炸藥組分的完全分離。本文針對(duì)TNT的質(zhì)譜行為、液相色譜條件和在浮土樣本中的提取方法等進(jìn)行了研究。

圖1 TNT的分子結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Chemical structure of TNT

1 材料與方法

1.1 材料

TNT（1mg/mL，液體標(biāo)準(zhǔn)品，Accustandard公司)；甲醇（色譜純，F(xiàn)isher公司）；乙腈（色譜純，F(xiàn)isher公司）；丙酮（分析純，滬試）；超純水（賽多利斯Arium pro純水機(jī)制?。? 浮土(地表土過(guò)40目檢驗(yàn)篩）。

1.2 儀器

儀器：Agilent 1200系列液相色譜系統(tǒng)，包括四元泵、在線真空脫氣機(jī)、自動(dòng)進(jìn)樣器、柱溫箱等；ABsciex 4000Qtrap三重四級(jí)桿質(zhì)譜儀、Analyst 1.6.1質(zhì)譜工作站軟件；Eppendorf centrifuge 5810R離心機(jī)；Eyela CM-1000振蕩器；40目標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩。

1.3 色譜條件

在ESI-源下，采用Restek raptor C18液相色譜柱（2.7 μm，100 mm×2.1 mm）進(jìn)行分離，流動(dòng)相為甲醇:水=65:35，流速250 μ L/min，柱溫25 ℃，進(jìn)樣量為5 μ L。在APCI-源下，采用Waters Xbrige C18液相色譜柱（5 μm，100 mm×2.1 mm）進(jìn)行分離，流動(dòng)相為甲醇:水=65:35，流速為800 μ L/min，柱溫25 ℃，進(jìn)樣量為5 μL。

1.4 質(zhì)譜條件

TNT檢驗(yàn)的質(zhì)譜條件如表1。

表1 TNT檢驗(yàn)的質(zhì)譜條件Table 1 Optimized MS/MS conditions for TNT test

1.5 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

取100 μL 1 mg/mL的 TNT液體標(biāo)準(zhǔn)品于10 mL容量瓶得10 μg/mL的TNT標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，置于4 ℃冰箱，臨用時(shí)用流動(dòng)相稀釋所需濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作液。

1.6 樣品處理

取檢材2 g于15 mL離心管，加入3 mL乙腈，充分震蕩5 min，以10 000 r/min離心3 min，將上清液吸至另一離心管中，再重復(fù)萃取操作兩次，每次使用乙腈2 mL，合并有機(jī)相，常溫氮?dú)獯蹈珊蠹尤? mL流動(dòng)相震蕩2 min， 0.22 μm尼龍濾膜過(guò)濾，待測(cè)。

1.7 離子抑制效應(yīng)和提取回收率實(shí)驗(yàn)

分別取50 ng/mL TNT標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μ L于4個(gè)15 mL離心管中，吹干后加入2 g浮土，采用1.6步驟提?。ㄌ崛∪軇┓謩e替換為甲醇、乙腈和丙酮）。在4個(gè)離心管中分別加入2g浮土，采用1.6步驟（提取溶劑分別替換為甲醇、乙腈和丙酮）提取后添加100 μL 50 ng/mL的TNT標(biāo)準(zhǔn)品溶液，吹干后加入1 mL流動(dòng)相震蕩2 min，過(guò)0.22 μm尼龍濾膜，后裝瓶待測(cè)。取50 ng/mL的TNT標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μ L分別于4個(gè)15 mL離心管吹干后加入1 mL流動(dòng)相震蕩2 min，過(guò)0.22 μ m尼龍濾膜，后裝瓶待測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)譜條件的選擇

在APCI-源下，1 μg/mL的TNT標(biāo)準(zhǔn)溶液用針泵以10 μL/min的速率持續(xù)進(jìn)樣，同時(shí)通過(guò)液相泵用三通給予800 μL/min流動(dòng)相（甲醇:水=65:35）輔助電離。TNT分子的電離隨離子源溫度的變化產(chǎn)生不同的準(zhǔn)分子離子。在室溫下，TNT的準(zhǔn)分子離子峰為[M]-m/z226.9,可能的碎片結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2。隨著溫度的升高，TNT的準(zhǔn)分子離子峰變?yōu)閇M]-和[MH]-，且[M-H]-比例逐漸升高，當(dāng)溫度達(dá)到400 ℃時(shí)，TNT的準(zhǔn)分子離子峰為[M-H]-m/z226.0。由于[M]-靈敏度較高，因此選用[M]-作為母離子，選用m/ z226.9/209.9作為定量離子對(duì)，m/z226.9/197.0作為確證離子對(duì)，其優(yōu)化質(zhì)譜參數(shù)如表1。

在ESI-源下，TNT的準(zhǔn)分子離子峰為[M-H]-m/z225.9。選擇m/z225.9/195.8作為定量離子對(duì)，m/ z225.9/165.8作為定性離子對(duì)，優(yōu)化質(zhì)譜條件見(jiàn)表1，可能的質(zhì)譜碎片見(jiàn)表2。

表2 TNT在APCI-源和ESI-源的二級(jí)質(zhì)譜碎片表Table 2 MS2 data of TNT subjected to APCI and ESI sources in negative ion mode

2.2 液相色譜條件的選擇

在APCI-源采用Waters Xbrige C18液相色譜柱（5 μm,100 mm×2.1 mm），在800μL/min的流速下進(jìn)行樣品分離，ESI-源采用Restek Raptor C18液相色譜柱（2.7 μm,100 mm×2.1 mm），250 μL/min的流速下進(jìn)行樣品分離，分別考察了甲醇、乙腈作為有機(jī)相，水、5 mmol/L醋酸銨- 0.1 %甲酸緩沖液和不同濃度氨水溶液作為水相的流動(dòng)相，實(shí)驗(yàn)表明在采用65 %甲醇- 35 %水流動(dòng)相時(shí)，質(zhì)譜的響應(yīng)值較高，且液相色譜分離度較好，出峰時(shí)間較快，說(shuō)明流動(dòng)相中氨水的加入并不能提高[M-H]-的電離效率，而加入酸性緩沖液會(huì)嚴(yán)重抑制電離，因此選用65 %甲醇- 35 %水流動(dòng)相。

2.3 線性范圍和檢測(cè)限

取2 g浮土分別加入1、2、10、20、100、200 ng TNT，按照1.6方法處理樣品，進(jìn)行LC-ESI-MS/ MS分析，經(jīng)測(cè)定，以質(zhì)量濃度（x）和峰面積（y）作線性回歸，得到TNT在土壤基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品的回歸方程為y=1410x+153， 相關(guān)系數(shù)r=0.9990（見(jiàn)圖2），樣品的定量下限（LOQ）為1 ng/g（S/N=10）。

圖2 ESI-源檢驗(yàn)浮土樣品中TNT的工作曲線Fig.2 ESI working curve of TNT in surface soil in negative ion mode

取2g浮土分別加入0.1、0.2、1、2、10、20、100、200ng TNT，照1.6方法處理樣品，進(jìn)行LCAPCI-MS/MS分析，經(jīng)測(cè)定，以質(zhì)量濃度（x）和峰面積(y)作線性回歸，得到TNT在土壤基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品的回歸方程為y=3030x+558，相關(guān)系數(shù)r=0.9990（見(jiàn)圖3），樣品的定量下限（LOQ）為0.05 ng/g（S/ N=10）。

圖3 APCI-源檢驗(yàn)浮土樣品中TNT的工作曲線Fig.3 APCI working curve of TNT in surface soil in negative ion mode

2.4 基質(zhì)效應(yīng)和提取溶劑的選擇

本文考察了甲醇、丙酮、乙腈3種常見(jiàn)的有機(jī)溶劑對(duì)浮土中TNT的提取率和三種提取方法的基質(zhì)離子抑制效應(yīng)。以TNT為目標(biāo)物，采用浮土為基質(zhì)，觀察基質(zhì)的離子抑制作用。將TNT標(biāo)準(zhǔn)品溶液進(jìn)樣的峰面積設(shè)為a，浮土樣品提取后加入相同量的對(duì)照品后進(jìn)樣的峰面積設(shè)為b，浮土樣品添加對(duì)照品后提取進(jìn)樣的峰面積設(shè)為c，基質(zhì)效應(yīng)(matrix effect, ME) (%) =b/a×100%。提取回收率=c/b×100%。三種提取方法的基質(zhì)效應(yīng)和提取率如表3。

表3 不同溶劑提取浮土中TNT的基質(zhì)效應(yīng)和提取回收率表Table 3 Matrix effect and recovery of the extracted TNT with different solvent from surface soil

實(shí)驗(yàn)表明，采用乙腈作為提取溶劑時(shí)提取回收率較高。APCI-源電離時(shí)基質(zhì)效應(yīng)較低。

2.5 回收率和精密度

取18份浮土各2g分成3組，每組浮土中分別加入TNT含量相當(dāng)于0.5、5、10 ng/g的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按1.6方法提取后測(cè)定，在ESI和APCI源下每個(gè)樣品分別平行測(cè)定6次，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 浮土樣品中TNT的添加回收結(jié)果率表Table 4 Recovery of the spiked TNT in surface soil

3 結(jié)論

由于TNT的極性較弱，用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用法進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，TNT在APCI-源中的電離效率要高于ESI-源。而在APCI-源中，TNT的電離受溫度變化的影響，既能電離成[M]-，又能電離成[M-H]-，隨著溫度的升高TNT電離成[M-H]-的傾向增強(qiáng)，但是由于TNT的熱不穩(wěn)定性，在137℃即開(kāi)始分解，在224.16℃時(shí)即達(dá)到最大分解速度[8]，因此TNT電離成的[M-H]-的電離效率可能受到TNT分解的影響。在APCI-源下檢驗(yàn)TNT的靈敏度高、基質(zhì)效應(yīng)小，但是ESI-源通用性更好，溶劑使用量少，靈敏度也能滿足一般案件需要，在具體工作中可根據(jù)不同需要決定采用何種離子源。

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Determination of TNT by High-performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

ZHAO Haiyu1, SONG Ming1, KAN Xusheng1, GUAN Zhuanzhuan2
(1. Forensic Science Division of Liaoning Provincial Public Security Department, Shenyang 110085, China; 2. Cisen Pharmaceutical CO.,Ltd, jining 110032, China)

ObjectiveTo establish a HPLC-MS/MS method was to for detecting TNT in surface soil.MethodThe liquidliquid extraction method was used to extract the analytes. The extraction solvents and mobile phase were optimized, together with both the atmospheric-pressure chemical ionization (APCI) interface and electrospray ionization (ESI) interface for quantitative analysis. The determination was performed by triple quadrupole mass spectrometry operated with a negative APCI interface in the multiple reaction monitoring (MRM) mode. The mass-to-charge ratio (m/z) of 226.9/209.9 was found as the quantifcation ion pair and m/z 226.9/197.0 as the confrmation ion pair. Acetonitrile was selected as the extraction solvent. The separation was performed on a Waters Xbrige C18column (5 μm,100 mm×2.1 mm) run with the mixture of methanol and water (65:35) as the mobile phase.ResultsThe ionization effciency in ESI mode was lower than that in APCI mode. The limit of detection was 0.05ng/g in ESI mode for TNT in surface soil, and the limit of quantitation was 0.05 ng/g . High recovery (88.5 % ～ 96.1 %) was achieved. Good linearity (R=0.9991) was obtained at the concentration among 0.05～100 ng/g. Matrix effect was 93.7 % of liquid-liquid extraction with acetonitrile.ConclusionThis method is simple, accurate and sensitive, able to be used for trace TNT detection in explosive residues.

LC-MS/MS; TNT; surface soil

DF794.3

A

1008-3650(2016)06-0463-04

2016-01-21

格式：趙海雨，宋鳴，闞旭升，等. 液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用法檢驗(yàn)TNT[J]. 刑事技術(shù)，2016,41(6):463-466.

10.16467/j.1008-3650.2016.06.008

趙海雨（1980—），男，遼寧朝陽(yáng)人，學(xué)士，工程師，研究方向?yàn)槔砘岸疚餀z驗(yàn)。E-mail: molemoya@gmail.com