離子色譜法檢驗液體炸藥爆炸塵土中的肼離子★

王 勇，耿 慶，左躍先，周新文，練鴻振，潘廣文

（1.南京市公安局，江蘇 南京 210001；2.生命分析化學國家重點實驗室，南京大學化學化工學院和現(xiàn)代分析中心，江蘇 南京 210093；3.賽默飛世爾科技（中國）有限公司，上海 201203）

肼（hydrazine），又稱聯(lián)氨（分子式:H2N-NH2），是一種有毒的強極性化合物，常態(tài)下呈無色油狀液體，溶于水、醇、氨等溶劑，通常以水合肼的形式存在。肼常用作生產火箭推進劑和炸藥；用作炸藥時，通常是以硝酸肼-水合肼混合物的形式存在，二者按比例混合即是一種雙元體系的混合液體炸藥［1，2］。因其具有良好的爆炸性能，近些年來得以不斷發(fā)展；同時因其制造工藝簡單，原料來源廣泛，且呈液態(tài)易于偽裝，故易被恐怖分子加以利用進行恐怖襲擊。然而，對于肼離子的檢驗，目前國內外均鮮見報道。

肼的檢驗通常有氣相色譜-質譜聯(lián)用法（GCMS）［3-7］、碘滴定法［8］、分光光度法［9-12］和離子色譜法［13］等。由于肼是一種強極性的化合物，采用GCMS需對樣品進行衍生化前處理，過程繁瑣，耗時較長，且需使用有毒試劑，因此該法并不符合刑事物證鑒定中快速的要求。碘滴定法是在含肼溶液中加入硫酸生成穩(wěn)定的硫酸肼，在碳酸氫鈉存在下用碘溶液滴定，以過量碘溶液的顏色指示終點；該法對于工業(yè)水合肼的檢測有效，但對于含量較低的爆炸塵土中的肼，定量誤差較大，可靠性較差。分光光度法則利用肼與對二甲氨基苯甲醛作用生成對二甲氨基芐連氮，在酸性條件下形成醌式結構的黃色化合物而后進行紫外-可見分光光度分析；該法仍然需要通過肼與顯色劑發(fā)生反應進行間接定量，無法實現(xiàn)肼離子的直接測定，誤差較大，尤其對低含量的肼離子測定可靠性仍然較差，不符合刑事物證鑒定中準確的要求。而由于肼在水中呈離子狀態(tài)，因此可使用離子色譜法對其進行檢驗，離子色譜法是近年來檢驗離子型化合物的首選方法［13］，該法可克服上述幾種方法的缺陷，是肼離子檢驗較為理想的方法。

本文以去離子水作為塵土中肼離子的提取劑，經OnGuardⅡRP小柱和0.22μm過濾膜過濾后，以5mmol／L甲基磺酸為淋洗液，采用IonPac CS-12A離子交換色譜柱進行分離，并在柱后加堿后采用金電極安培檢測器檢測。經研究證明，該法可直接對肼離子進行檢測，免去了繁瑣的衍生化、顏色反應等前處理過程，僅用去離子水即可對肼離子進行提取，不但操作簡便，重現(xiàn)性好，定量精確，能快速完成檢測，而且檢出限、精密度等參數(shù)均優(yōu)于其他檢測方法，能滿足刑事物證鑒定中肼離子的檢測與分析。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

ICS-5000型離子色譜儀（包括四元梯度泵＋等度泵（柱后加堿）、T型三通、AS-AP自動進樣器，美國ThermoFisher公司）；超純水儀（美國密理博公司）；超聲儀（昆山禾創(chuàng)公司）；離心機（德國艾本德公司）；OnGuardⅡRP柱（1.0mL，美國ThermoFisher公司）；0.22μm無機相針式過濾器（上海安譜公司）。

硫酸肼標準品（純度99%，美國ACROS ORGANICS公司）。

肼離子空白土壤:自行制備，土壤取自南京雨花臺區(qū)某荒山，經檢測不含肼離子。

1.2 色譜條件

ThermoFisher IonPac CS-12A陽離子分析柱（250mm×4mm）及其IonPac CG-12A保護柱（50 mm×4mm），柱溫30℃；安培檢測器:金電極，pH／Ag／AgCl參比模式，積分脈沖安培檢測（IPAD），氨基酸六電位波形，具體參數(shù)見表1。A泵:5mmol／L甲基磺酸，等度淋洗，流速1.0mL／min；B泵（柱后加堿）:0.1mol／L NaOH 溶液，流速0.3mL／min；自動進樣，定量環(huán)25μL。

表1 檢測肼的電位波形Table 1 Potential waveform for the detection of hydrazine

1.3 標準溶液配制

取硫酸肼標準品，用去離子水配制成0.02、0.1、0.2、0.4、2.0mg／L的肼離子標準溶液。

1.4 樣品前處理

活化:使用前將OnGuardⅡRP柱先后用5mL甲醇、10mL去離子水活化，流速均為2mL／min，活化時間為30min［14］。

提取:取塵土樣品1.0g，加去離子水定容至50 mL，超聲提取30min，于7000r／min下離心20 min，取上清液并稀釋4倍，分別過OnGuardⅡRP小柱和0.22μm針式過濾器，棄去前3mL初濾液，取續(xù)濾液進樣分析。

2 結果與討論

2.1 色譜條件的選擇及優(yōu)化

2.1.1 前處理條件的優(yōu)化

肼極易溶于水，故本研究選用水作提取劑。在對土壤樣品進行前處理時，分別考察了超聲20、30、40min條件下提取效率的變化，結果顯示超聲20 min時加標回收率約為91%，超聲30min和40min時加標回收率均約為97%，故樣品超聲時間選用30 min。另外，土壤樣品呈粉末狀，且基體復雜，富含有機物，提取的水溶液經過離心過濾后可除去大部分顆粒物，過OnGuardⅡRP柱可除去大部分有機物，不但保證了肼的充分提取，同時又保護了色譜柱不受有機雜質的污染。

2.1.2 分離柱的選擇

考察了IonPac CS-12A和IonPac CS-16兩種陽離子分離柱對肼離子的分離情況，結果發(fā)現(xiàn)，肼離子在CS-12A色譜柱中與主要干擾離子銨離子分離較好。這主要是因為IonPac CS-16是高容量的離子色譜柱，對于某些有細微差別的離子分辨率較低，銨離子和肼離子在IonPac CS-16柱上的保留值接近，故分離度較低，無論是等度淋洗還是梯度淋洗都不能達到基線分離；而IonPac CS-12A是一種聚合物基質的陽離子交換柱，聚合物基質上鍵合的官能團為羧酸基團，而肼的結構中含有兩個氨基，在酸性條件下可以形成帶正電荷的陽離子，因此在IonPac CS-12A柱上可以有明顯的保留，并與其他常見陽離子如鋰、鈉、鉀、鎂和鈣等離子之間具有良好的分離度。同時，IonPac CS-12A陽離子分離柱容量適中，不但分離度良好，而且分析速度快，在分離肼離子和銨離子時優(yōu)勢較為明顯，因此本研究選用Ion-Pac CS-12A色譜柱對肼離子進行分離。

2.1.3 淋洗液濃度的選擇

因肼離子色譜峰附近僅有銨離子干擾較大，經考察不需要進行梯度淋洗，等度淋洗即可滿足檢驗要求。本研究分別考察了20、10和5mmol／L甲基磺酸作為淋洗液對肼離子分離情況的影響。結果表明，采用20和10mmol／L甲基磺酸淋洗時，肼離子與銨離子無法完全分離；甲基磺酸濃度降至5 mmol／L時，肼離子與銨離子分離度可大于1.5，分離情況良好，并可在15min內完成分析，滿足檢驗要求。因此本研究選擇5mmol／L甲基磺酸作為淋洗液。

2.1.4 檢測器的選擇

離子色譜法最常用的檢測器有電導檢測器和安培檢測器。在肼離子的分析中二者均可應用，但優(yōu)勢有所差異。肼形成陽離子后能夠在電導檢測器中有明顯的信號，但當樣品濃度較低時，電導檢測器的靈敏度難以滿足測定的需要，并且高濃度的其他常見陽離子會對肼離子的定量造成干擾；而本研究中液體炸藥爆炸塵土中肼離子的含量較低，估測在實發(fā)案件中可低至痕量級，因此使用電導檢測器并不適合。安培檢測器主要是利用在特定電位條件下肼離子在電極上發(fā)生反應的特性，使電極上的電流發(fā)生改變，而電流的大小與樣品的濃度之間存在比例關系，因此監(jiān)測電流的變化值就可以實現(xiàn)對肼離子準確定量。通常安培檢測器的靈敏度較高，而且只對有電化學反應的物質有信號，檢測的選擇性高，可排除復雜基質的干擾。因而本研究選用安培檢測器對肼離子進行檢測。

2.1.5 檢測條件的優(yōu)化

肼的結構中含有伯氨基，需要在堿性條件下才能夠利用氨基酸的六電位波形在金電極上發(fā)生電化學反應，故記錄電流的變化情況即可在安培檢測器上測定樣品中肼的含量。而本研究是在酸性條件下，采用陽離子交換柱將肼和其他陽離子分離，因此需要在柱后加入NaOH溶液，使得分離出來的肼離子在堿性條件下在金電極表面上發(fā)生電化學反應，產生電流信號的變化，最終實現(xiàn)對樣品中肼含量的測定。估測樣品中肼離子含量較低，因此柱后選擇濃度為0.1mol／L的NaOH溶液進行反應。另外，在實驗過程中對加堿的速度進行了優(yōu)化，由于堿性越強，安培檢測器的靈敏度越高，但同時可使基線噪聲也增大，綜合靈敏度和噪聲兩個因素，經測試，加堿速度定為0.3mL／min能達到理想的效果。圖1是爆炸塵土、空白添加塵土（200μg／g）及空白塵土在優(yōu)化條件下檢測肼離子的色譜圖。

圖1 （a）爆炸塵土、（b）添加肼離子標準品（200μg／g）的空白塵土及（c）空白塵土的離子色譜圖Fig.1 Chromatograms of（a）an explosion dust sample，（b）a blank dust sample spiked with hydrazine standard（200μg／g）and（c）a blank dust sample by IC

2.2 線性范圍、檢出限和定量限

在所選定的色譜條件下，對質量濃度分別為0.02、0.1、0.2、0.4、2.0mg／L的肼離子標準溶液進樣分析，以肼離子的質量濃度（mg／L）為橫坐標X，測得的峰面積為縱坐標Y進行線性回歸，得到該分析方法的肼離子線性方程為Y＝33.5439 X-0.8074，相關系數(shù)r2＝0.9997；以信噪比為3確定檢出限（LOD）為5.0μg／L，以信噪比為10確定定量限（LOQ）為16.6μg／L。結果表明該法能滿足物證鑒定中對液體炸藥爆炸塵土中肼離子的檢驗。

2.3 方法回收率和精密度

在空白塵土中分別添加5.0、50.0、320.0μg／g 3個水平的肼離子，每個水平制作5份，應用本文建立的方法進行測定，對本方法的回收率和精密度進行考察。每個樣品平行進樣測定2次，其平均回收率和相對標準偏差（RSD）見表2。結果表明該法回收率和精密度均可滿足檢驗鑒定的要求。

表2 空白塵土中肼離子的平均加標回收率及精密度（n＝5）Table 2 Recoveries and relative standard deviations（RSDs）of hydrazine spiked in blank dust（n＝5）

2.4 樣品測定

應用本文建立的方法對實際液體炸藥爆炸塵土中的肼離子進行提取和離子色譜測定，扣除稀釋因素的影響，最終計算得到樣品中肼離子的含量為10.3mg／kg。

3 結論

本文建立了液體炸藥爆炸塵土中肼離子的離子色譜檢測方法。該法圍繞刑事物證鑒定工作中對液體炸藥爆炸塵土中肼離子的檢測要求，使用去離子水作為提取劑，經OnGuardⅡRP小柱和0.22μm過濾膜過濾去除塵土樣品中的大分子有機物和固體小微粒，濾液采用IonPac CS-12A離子交換色譜柱進行分離，并在柱后加堿后采用安培檢測器檢測，取得了理想的結果。本方法具有前處理簡單、定量結果精密度高、對環(huán)境污染較小等特點，進樣后在15 min內完成分析，可迅速為案件定性，并為偵察工作提供線索，能滿足刑事物證鑒定中快速、準確的工作要求。

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