分光光度法和氣相色譜-質(zhì)譜法在芥子氣測定中的比較研究

(1. 防化學(xué)院，北京 102205；2.海軍核化安全研究所，北京 100077)

分光光度法和氣相色譜-質(zhì)譜法在芥子氣測定中的比較研究

戴姍姍1*沈永玲1李健2項豐順1

(1. 防化學(xué)院，北京 102205；2.海軍核化安全研究所，北京 100077)

分別對紫外分光光度法和氣相色譜-質(zhì)譜法在芥子氣定性定量方面的能力進(jìn)行了對比研究，提出了兩種方法的適用范圍。在選定濃度范圍內(nèi)，兩種方法均具有良好的線性關(guān)系和可重復(fù)性，其中氣相色譜-質(zhì)譜法檢出限較分光光度法至少低兩個數(shù)量級，更適合環(huán)境樣品中痕量芥子氣的測定。在較低濃度雜質(zhì)干擾下，兩種方法對芥子氣的回收率均無明顯影響；當(dāng)路易氏劑或芥子砜濃度高于一定范圍時，分光光度法將無法對芥子氣進(jìn)行定性或定量測定。

分光光度法 氣相色譜-質(zhì)譜法 芥子氣

芥子氣是一種糜爛性毒劑，被稱為“毒劑之王”。皮膚接觸染毒后會出現(xiàn)紅斑、出泡、潰瘍等癥狀。二戰(zhàn)結(jié)束后侵華日軍在中國國土上遺棄了大量化學(xué)武器，其中就包括芥子氣-路易氏劑混合毒劑，直到現(xiàn)在仍嚴(yán)重危害著人民生命和環(huán)境的安全。按照《禁止化學(xué)武器公約》規(guī)定，日本遺棄化學(xué)武器處理工作已經(jīng)展開。

分光光度法測定芥子氣是基于醌型麝香草酚酞在一定溫度下與芥子氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成物經(jīng)酸化后呈穩(wěn)定的橙黃色，并在447 nm處有最大吸收，依據(jù)朗伯-比爾定律對芥子氣進(jìn)行定量檢測。目前，該方法是對芥子氣消毒效果進(jìn)行評價的標(biāo)準(zhǔn)方法之一。近年來，氣相色譜-質(zhì)譜法在物質(zhì)分析領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，該方法定性準(zhǔn)確、靈敏度高，在對復(fù)雜基質(zhì)的環(huán)境樣品進(jìn)行分析時，其優(yōu)越性更加突出。目前，該方法已被禁止化學(xué)武器組織規(guī)定為在懷疑受毒劑沾染地點測試樣品的首選分析方法，是化學(xué)武器核查不可缺少的測試手段。本實驗采用氣相色譜-質(zhì)譜的選擇離子模式，以內(nèi)標(biāo)法測定芥子氣，進(jìn)一步擴(kuò)大線性范圍，驗證其標(biāo)準(zhǔn)曲線在3個數(shù)量級范圍內(nèi)仍具有良好的線性關(guān)系，提高準(zhǔn)確性，降低檢出限，設(shè)定的色譜條件能夠?qū)孀託馀c雜質(zhì)進(jìn)行有效分離。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890A GC/5975C MS(美國Agilent公司)；752型紫外可見分光光度計(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)。

氫氧化鉀(分析純，天津市河北區(qū)紅星化工包裝廠)；無水乙醇(分析純，北京化工廠)；石油醚(分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司)；二氯甲烷(色譜純，上海晶純生化科技股份有限公司)；冰醋酸(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；正己烷(色譜純，上海晶純生化科技股份有限公司)；麝香草酚酞(上海麥克林生化科技有限公司)；丁基硫醚(純度≥98%，上海薩恩化學(xué)技術(shù)有限公司)；芥子氣、路易氏劑、氧聯(lián)芥子氣、硫二甘醇(純度≥98.0%)；芥子砜(純度≥90%)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

1.2.1 分光光度法測定芥子氣

芥子氣標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液：稱取芥子氣50 mg(精確至0.1 mg)于50 mL容量瓶中，用石油醚定容，配成質(zhì)量濃度為1000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲備液。T-135試劑：麝香草酚酞2 g，溶于340 mL無水乙醇，加入10 mL 1 mol/L氫氧化鉀，加水稀釋至400 mL。

具體操作依據(jù)GJB3638-99《消毒效果的評價方法》[1]中T-135分光光度法。

1.2.2 氣相色譜-質(zhì)譜法測定芥子氣

內(nèi)標(biāo)儲備溶液：稱取丁基硫醚100 mg(精確至0.1 mg)于100 mL容量瓶中，用正己烷定容；內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液：取0.5 mL的內(nèi)標(biāo)儲備溶液于50 mL容量瓶中，用二氯甲烷定容，配制成濃度為10 mg/L的內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液，于4℃下保存[2]。

芥子氣標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液：稱取芥子氣標(biāo)準(zhǔn)樣品100 mg(精確至0.1 mg)于100 mL容量瓶中，正己烷定容。用二氯甲烷進(jìn)一步稀釋芥子氣儲備液至濃度為5 mg/L的芥子氣中間溶液, 于4℃下保存。芥子氣標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制：分別移取0.08 mL、0.4 mL、0.8 mL、1.2 mL、1.6 mL、2.0 mL、2.4 mL的芥子氣中間溶液于10 mL的容量瓶中，用二氯甲烷定容，配制成濃度范圍在40～1200 ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液，此標(biāo)準(zhǔn)溶液需現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.3 氣相色譜-質(zhì)譜條件

色譜柱：HP-5MS石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm×0.25μm)。升溫程序：初始溫度50℃，保持1min，10℃/min升溫到170℃，再以30℃/min升溫到260℃，保持2min；載氣為高純氦氣(純度99.999%)，柱流速1.0 mL/min，進(jìn)樣口溫度250℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，電離方式為EI；進(jìn)樣量1.0 μL，不分流進(jìn)樣。定量分析采用選擇離子模式，芥子氣定量離子109，輔助定量離子63、158，內(nèi)標(biāo)物定量離子146，輔助定量離子56、61。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種方法的線性響應(yīng)范圍、精密度和檢出限

分光光度法：在試驗條件下，芥子氣濃度在0～50 mg/L范圍內(nèi)與吸光度ΔA呈線性關(guān)系，線性回歸方程為ΔA=5.9900C(mg/mL)+0.0069，r2=0.9997。取25 mg/L的芥子氣標(biāo)準(zhǔn)樣品平行測定7次，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.2%。以扣除空白值后的吸光度為0.01相對應(yīng)的濃度值為分光光度法的檢出限，其檢出限為0.52 μg/mL。

氣相色譜-質(zhì)譜法：以芥子氣與丁基硫醚峰面積比值A(chǔ)i/As為橫坐標(biāo)，芥子氣與丁基硫醚質(zhì)量比值mi/ms為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。芥子氣濃度在40～1200 ng/mL范圍內(nèi)的線性回歸方程為y=0.4508x-0.0046，r2=0.9996。取513 ng/mL的芥子氣標(biāo)準(zhǔn)樣品平行測定7次，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.45%。按照信噪比(S/N)≥3確定方法的檢出限為1.02ng/mL。

兩種方法在試驗范圍內(nèi)均呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系和重現(xiàn)性，其中分光光度法測定范圍僅限于μg/mL級，檢出限較氣相色譜-質(zhì)譜法至少高出兩個數(shù)量級。進(jìn)一步實驗表明，氣相色譜-質(zhì)譜法對皮克級至微克級的芥子氣均能定量檢出，內(nèi)標(biāo)物的加入在一定程度上消除了因操作條件波動而對實驗結(jié)果產(chǎn)生的影響。

2.2 干擾實驗

2.2.1 分光光度法干擾實驗

分光光度法的原理是基于芥子氣與麝香草酚酞發(fā)生親核反應(yīng)后的顯色反應(yīng)，多氯芥子氣、多硫芥子氣、氮芥氣以及其他鹵代烷均有類似反應(yīng)，高濃度的路易氏劑、氯化苦也會同麝香草酚酞發(fā)生反應(yīng)，該方法并不具有專一性，因而不能直接對芥子氣進(jìn)行定性鑒別。現(xiàn)將3種標(biāo)線中間濃度的相關(guān)化合物與不同濃度的芥子氣標(biāo)準(zhǔn)溶液混合，測定一定量的雜質(zhì)的存在對芥子氣回收率的影響，結(jié)果見表1。

表1 芥子氣在雜質(zhì)干擾下的回收率測定

實驗表明，低濃度的路易氏劑、芥子砜以及硫二甘醇對芥子氣的分光光度法定量檢測均無明顯干擾，回收率良好。

固定芥子氣濃度為標(biāo)準(zhǔn)曲線最高濃度50 μg/mL，分別試驗3種雜質(zhì)在高濃度區(qū)域?qū)孀託舛ㄐ院投康母蓴_。結(jié)果表明，當(dāng)硫二甘醇濃度提升至5418 μg/mL時，對芥子氣的檢測仍無干擾。路易氏劑和芥子砜濃度超出一定范圍時會干擾檢測結(jié)果，當(dāng)加入的路易氏劑濃度高于1750 μg/mL或芥子砜濃度高于759 μg/mL時，T-135試劑迅速由藍(lán)色變?yōu)闊o色透明，此時麝香草酚酞由醌型變?yōu)閮?nèi)酯型并不再與芥子氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這直接影響了芥子氣的定性檢測。路易氏劑或芥子砜濃度低于100 μg/mL時，芥子氣測定的回收率均在95%以上，因此低于該濃度的路易氏劑或芥子砜的存在不會對芥子氣的定量造成明顯干擾。

2.2.2 氣相色譜-質(zhì)譜法干擾實驗

在選定的氣相色譜條件下，路易氏劑、芥子砜、氧聯(lián)芥子氣[3]三種干擾雜質(zhì)及芥子氣和內(nèi)標(biāo)的混合標(biāo)準(zhǔn)樣品在18 min內(nèi)實現(xiàn)完全分離，結(jié)果見圖1。

圖1 芥子氣、內(nèi)標(biāo)物及雜質(zhì)的色譜分離圖

將選定的3種雜質(zhì)按不同比例與芥子氣標(biāo)準(zhǔn)溶液混合，測定不同含量的芥子氣在雜質(zhì)干擾下的回收率，結(jié)果見表2。

表2 不同含量的芥子氣在雜質(zhì)干擾下的回收率測定

實驗表明，路易氏劑、芥子砜以及氧聯(lián)芥子氣對芥子氣在氣相色譜-質(zhì)譜法下的定性、定量檢測均無明顯干擾。

2.3 兩種方法的應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點

分光光度法：適用于消毒效果評價時對芥子氣濃度的測定，一般對洗消后殘存毒劑量的要求應(yīng)低于μg/mL級，分光光度法線性范圍恰好能夠滿足檢測需要，并且此時目標(biāo)檢測物單一，不存在其他干擾雜質(zhì)，適合批量實驗，節(jié)省時間。缺點是方法檢出限偏高，對未知樣品不能特異性檢測，且耗費試劑多。

氣相色譜-質(zhì)譜法：適合環(huán)境樣品內(nèi)痕量芥子氣的檢測[4,5]，尤其在定性方面優(yōu)勢明顯，配合其他樣品前處理方法[6,7]，可進(jìn)一步降低檢出限，樣品濃度較高時可稀釋或分流進(jìn)樣。缺點是設(shè)備較為昂貴，樣品前處理要求嚴(yán)格，尤其是在對含有強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化性或活性物質(zhì)的消毒液基質(zhì)進(jìn)行前處理時要特別注意[8,9]。

3 結(jié)論

分光光度法和氣相色譜-質(zhì)譜法均能滿足對芥子氣的定量檢測，兩種方法在樣品前處理、檢出限和定性方面有一定的適用范圍，應(yīng)根據(jù)樣品性質(zhì)及實驗?zāi)康倪x擇合適的檢測方法。

[1] GJB3638-99消毒效果的評價方法[S]. 北京: 防化研究院, 1999.

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Comparativestudyonultravioletspectrophotometryandgaschromatographymassspectrometrydeterminationofmustardgas.

DaiShanshan1,ShengYongling1,LiJian2,XiangFengshun1

(1.InstituteofChemicalDefence,Beijing102205,China; 2.NavalInstituteofNuclearandChemicalSafety,Beijing100077,China)

The application scopes of the two methods were put forward. The calibration curves of both methods showed good linearity and repeatability in the range of selected concentration. The detection limit of gas chromatography mass spectrometry was lower than that of spectrophotometry at least by two orders of magnitude. The gas chromatography mass spectrometry was suitable for the determination of trace mustard gas in environmental samples. Additionly, both of two methods had no significant effects on the mustard gas recovery under low concentration impurity interferences.

ultraviolet spectrophotometry; gas chromatography mass spectrometry; mustard gas

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.05.020

2017-04-12

戴姍姍，1992年出生，女，在讀碩士研究生，主要研究方向為偵檢分析與信息，E-mail：dss9290@163.com,，導(dǎo)師：項豐順，男，研究員，E-mail：fengshun_64@sina.com