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王文豪, 张榆梓, 周红, 孙玉友, 梅宏成, 刘占芳, 陈涛, 马捷, 仲利静. HPLC-MS/MS检测爆炸尘土中的二硝基重氮酚[J]. 刑事技术,2016,41(2): 107-110
WANG Wenhao, ZHANG Yuzi, ZHOU Hong, SUN Yuyou, MEI Hongcheng, LIU Zhanfang, CHEN Tao, MA Jie, ZHONG Lijing. Detection of Diazodinitrophenol in Post-blast Dust by HPLC-MS/MS[J]. Forensic Science and Technology,2016,41(2): 107-110  
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HPLC-MS/MS检测爆炸尘土中的二硝基重氮酚
王文豪1,2, 张榆梓3, 周红4, 孙玉友4, 梅宏成4, 刘占芳4, 陈涛2,4, 马捷5, 仲利静4
1.石家庄市栾城区国家税务局, 石家庄 051430
2.中国人民公安大学刑事科学技术学院, 北京 100038
3.内蒙古自治区公安厅, 呼和浩特 010051
4.公安部物证鉴定中心, 北京 100038
5.石家庄市公安局桥西分局, 石家庄 050000

作者简介： 王文豪,硕士,研究方向为微量物证。 E-mail: wangwenhao88@126.com

基金: 国家十二五科技支撑计划课题（No.2012BAK02B04）
摘要

目的 建立爆炸尘土中二硝基重氮酚的高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）检测方法,解决实际案例中二硝基重氮酚难以检测的问题。方法 爆炸尘土用丙酮浸提,经离心后取上清液,浓缩定容。用Agilent XDB-C18色谱柱（150 mm×4.6 mm,5μm）分离,用甲醇和水（70:30,V/V）作为流动相,等度洗脱,电喷雾离子源（ESI）在多反应监测模式（MRM）下进行负离子扫描,使用外标法定量。结果 二硝基重氮酚在0.5~200.0 ng/mL范围内质量浓度与峰面积线性关系良好,相关系数r2=0.9994。方法检出限（S/N=3）和定量限（S/N=10）分别为0.04 ng/g和0.12 ng/g。以空白尘土为基体,在添加浓度为0.2、10.0、40.0 ng/g时进行回收率实验,平均回收率在87.0 %~95.1 %之间,日内、日间精密度分别在2.58 %~3.97 %与4.17 %~6.23 %之间。进行二硝基重氮酚爆炸验证试验,在实际爆炸尘土中均检出二硝基重氮酚。结论 本文所建方法简便、快速、灵敏度高,适用于对爆炸尘土中二硝基重氮酚的检测,解决了实际案件中二硝基重氮酚难以检测的迫切问题。

关键词: 起爆药; 爆炸残留物; 液相色谱-串联质谱; 二硝基重氮酚; 雷管; 爆炸尘土
中图分类号:DF794.3 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2016)02-0107-04 doi: 10.16467/j.1008-3650.2016.02.006
Detection of Diazodinitrophenol in Post-blast Dust by HPLC-MS/MS
WANG Wenhao1,2, ZHANG Yuzi3, ZHOU Hong4, SUN Yuyou4, MEI Hongcheng4, LIU Zhanfang4, CHEN Tao2,4, MA Jie5, ZHONG Lijing4
1. Office for State Administration of Taxation of Luancheng District of Shijiazhuang, Shijiazhuang 051430, China
2. College of Forensic Science, People’s Public Security University of China, Beijing 100038, China
3. Inner Mongolia Public Security Department, Hohhot 010051, China
4. Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security, Beijing 100038, China
5. Qiaoxi Branch of Shijiazhuang Municipal Public Security Bureau, Shijiazhuang 050000, China
Abstract

Objective To develop a method for detection of diazodinitrophenol (DDNP) in post-blast dust based on high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry.Methods The post-blast dust was extracted by acetone, then centrifugated to get supernatant. The volume of supernatant fluid was concentrated and readjusted by methanol. The separation was performed on an Agilent XDB-C18 column (150 mm×4.6 mm, 5 μm) with isocratic elution of methanol and water (70:30,V/V). MS/MS was adopted in the multi-reactions monitoring mode via negative electro-spray ionization setup.Results Linear relationship was kept between peak area and DDNP mass concentration in the range of 0.5~200 ng/mL (r2=0.9994), with detection limit (S/N=3) of 0.04 ng/g and quantization limit (S/N=10) of 0.12 ng/g. The average recoveries spiked at 3 levels of 0.2, 10.0 and 40.0 ng/g were in the range of 87.0 %~95.1 %, with intra- and inter-day precision of 2.58 %~3.97 % and 4.17 %~6.23 %, respectively. An explosive verification experiment for DDNP was conducted and successfully detected the substance in the post-blast dust.Conclusions This method is convenient, rapid and sensitive, suitable for detection of DDNP in post-blast dust, bringing forth a solution for the urgency difficult to detect DDNP in real cases.

Keyword: primary explosive; explosive residue; HPLC-MS/MS; diazodinitrophenol (DDNP); detonator; post-blast dust

二硝基重氮酚, 化学名称4, 6-二硝基- 2-重氮酚, 简称DDNP, 其冲击感度、摩擦感度和火焰感度适中, 是目前我国应用最广泛的雷管起爆药[1]。近年来, 由自制雷管引发的爆炸案件和利用雷管制造的恐怖爆炸案件频发, 严重威胁社会和谐稳定; 而二硝基重氮酚在生产和使用过程中还会造成土壤和水源污染, 危害人类健康。鉴于此, 建立一种快速、准确、灵敏的二硝基重氮酚检验方法具有现实意义。

已有的二硝基重氮酚检测方法, 如分光光度法[2]、气相色谱法[3]、气质联用法和飞行时间实时质谱法[4], 或者选择性差、灵敏度低, 或者不适合检测热不稳定的二硝基重氮酚, 难以满足对爆炸尘土中二硝基重氮酚爆炸残留物的检验要求。液相色谱-串联质谱法因其具有特异性强、适合分析受热易分解的有机炸药等优点, 近年来在爆炸物检测方面被广泛应用[5, 6, 7]。本文将高效液相色谱-串联质谱技术结合固液萃取提取方法, 应用于爆炸尘土中痕量二硝基重氮酚的检测, 方法灵敏度高、选择性好, 可满足实际办案需要。

1 材料与方法
1.1 仪器与试剂

主要仪器：液相色谱仪(1200型, 美国Agilent公司), 配以在线脱气机、四元泵、自动进样器、柱温箱; 质谱仪（API2000型, 美国AB Sciex公司）, 配以电喷雾离子源, 三重四级杆质量分析器; 超纯水机（PURELAB Ultra型, 英国ELGA Labwater公司）; 电子天平（AE240型, 瑞士METTLER公司）; 离心沉淀器（800型, 上海手术器械十厂）。

主要试剂：二硝基重氮酚标准品（1.0 mg/mL, 美国AccuStandard公司）; 甲醇、乙腈（HPLC级, 美国Fisher Scientific公司）; 丙酮（分析纯, 国药集团化学试剂有限公司）; 爆炸试验用二硝基重氮酚由南京理工大学合成并提供; 空白尘土取自中国人民公安大学院内, 经晾晒后, 使用标准筛除去土块、树枝等杂物。

1.2 标准工作溶液配制

取1.0 mg/mL二硝基重氮酚标准品0.1 mL, 用甲醇定容到10 mL容量瓶中, 得10.0μ g/mL的标准工作溶液, 于- 19 ℃冰箱中保存。实验中所需其它浓度标准溶液均由标准工作溶液经甲醇稀释制得。

1.3 样品处理

准确称取尘土5 g置于15 mL试管中, 加入3 mL丙酮, 涡旋振荡5 min, 以4 000 r/min离心3 min, 取上清液; 再加入2 mL丙酮, 重复涡旋振荡、离心等操作。将2次上清液合并转移至10 mL试管中, 45℃水浴中氮气吹干。加1.0 mL甲醇复溶, 涡旋振荡2 min, 经0.22μ m有机微孔滤膜过滤, 转移至进样瓶中, 待测。

1.4 仪器工作条件

1.4.1 色谱条件

色谱柱：Agilent XDB-C18柱（150 mm× 4.6 mm, 5μ m）; 柱温：20 ℃; 进样量：5μ L; 流动相：V甲醇:V水
=70:30; 流速：0.8 mL/min。

1.4.2 质谱条件

离子源：电喷雾离子源（ESI）; 扫描方式：负离子扫描方式; 采集模式：多反应监测（MRM）模式; 离子喷射电压：-1 850 V; 雾化气（氮气）：303.37 kPa, 44 psi; 辅助加热气（氮气）：592.95 kPa, 86 psi; 气帘气（氮气）：137.90 kPa, 20 psi; 碰撞气（氮气）：55.16 kPa, 8 psi。

2 结果与讨论
2.1 前处理条件的优化

2.1.1 提取溶剂的选择

提取溶剂的选择直接影响提取率。本实验测试以下4种常用提取溶剂：丙酮、甲醇、乙醚、水。取5 g添加二硝基重氮酚（5.0 ng/g）的尘土样品共24份, 平均分成4组, 每种溶剂各做6个平行样品。样品按照“ 1.3 样品处理” 进行提取, 按照“ 1.4 仪器工作条件” 进样检测。结果4种溶剂的提取率分别为89.2 %、65.8 %、15.5 %和39.2 %。因此, 最终确定以丙酮为本实验的提取溶剂。

2.1.2 溶剂用量和萃取次数的选择

考虑到干燥的尘土样品的吸湿性和处理样品所用容器的体积限制, 首次提取加入3 mL的丙酮较为合适, 再次提取时由于尘土样品已被润湿, 加入2 mL丙酮较为合适。因此, 在对提取次数进行考察时, 首次提取丙酮用量为3 mL, 以后每次提取使用2 mL丙酮。

取5 g添加二硝基重氮酚（5.0 ng/g）的尘土样品共6份, 同时进行实验, 每次萃取完成后立即进样检测。当提取次数为1~4时, 提取率分别为67.7 %、93.8 %、94.1 %和92.7 %, 说明多次提取可以提高回收率, 但提取超过2次后提取率不再明显提高。因此, 本实验最终确定提取次数为2次。

2.2 仪器工作条件的选择

2.2.1 色谱条件的选择

通过考察单纯的甲醇-水和乙腈-水体系, 二硝基重氮酚均具有良好的峰型和响应值, 因此, 本实验未使用易挥发的有机酸或缓冲盐等添加剂。实验结果表明, 使用乙腈-水或甲醇-水作为流动相, 分析结果差异并不大, 考虑到乙腈毒性大、价格高, 本实验确定以甲醇-水为流动相。通过比较不同有机相和水相比例, 发现当V甲醇:V水=70:30时, 二硝基重氮酚保留时间稳定, 峰型良好, 灵敏度最高。图1为100 ng/mL二硝基重氮酚标准溶液的提取离子色谱图, 保留时间为1.48 min。

图 1 100 ng/mL二硝基重氮酚标准溶液提取离子色谱图Fig.1 Extraction chromatogram of DDNP standard solution(100 ng/mL)

2.2.2 质谱条件的选择

采用注射泵连续进样方式, 将1.0μ g/mL的二硝基重氮酚标准样品注入质谱, 在负离子模式下进行一级质谱全扫描, 确定母离子的质荷比m/z 212.8。再进行二级质谱扫描, 调谐碰撞能量CE、去簇电压DP、聚焦电压FP、射入电压EP、碰撞室出口电压CXP等参数, 选择丰度最高、受干扰小的碎片离子m/z 109.0作为定量离子, 丰度次高的m/z 153.2作为辅助定性离子, 将母离子与碎片离子组成离子对, 用于后面的多反应监测（MRM）分析。质谱优化结果见表1。推测碎片离子m/z 153.2由母离子m/z 212.8断裂丢失2个亚硝基而来, 碎片离子m/z 109.0由m/z 153.2继续断裂丢失1个氧原子和1个羰基而来。

表1 二硝基重氮酚的质谱参数 Table 1 Mass spectrum parameters of DDNP
2.3 标准曲线、检出限和定量限

用甲醇稀释标准工作溶液, 得到浓度分别为0.5、1.0、2.0、10.0、20.0、100.0、200.0 ng/mL的系列标准溶液, 在“ 1.4仪器工作条件” 下, 按浓度由低到高的顺序依次测定。以质量浓度（ρ ）对峰面积（Y）进行线性回归, 得到二硝基重氮酚的线性回归方程为Y=1053.5ρ +1261.9, 质量浓度（ρ ）和峰面积（Y）在0.5~200.0 ng/mL范围内线性关系良好, 相关系数r2=0.9994。采用空白尘土加标的方法模拟爆炸尘土, 分别以信噪比S/N=3和信噪比S/N=10时的添加浓度确定方法的检出限（LOD）和定量限（LOQ）, 结果为LOD=0.04 ng/g、LOQ=0.12 ng/g。

2.4 基质效应

本实验通过前处理后添加法（post-extraction spike method）对基质效应（matrix effect, ME）进行评价, 前处理后添加法是指：对空白样品进行前处理得到上清液, 用此上清液稀释待测物标准品溶液, 得到基质匹配标准溶液, 分别对基质匹配标准溶液和同浓度的待测物纯标准品溶液进样测定, 以两者的信号峰面积之比评价基质效应。

本文在1.0、50.0和200.0 ng/mL高中低3个浓度下对基质效应进行考察, 按“ 1.4仪器工作条件” 进行测定, 结果由表2可知, 基质效应对检测结果的影响可忽略不计。

表2 尘土检材中二硝基重氮酚的基质效应考察（n=3） Table 2 Matrix effect of DDNP in dust(n=3)
2.5 回收率、日内精密度和日间精密度

称取5 g空白尘土18份, 平均分成3组, 各组的二硝基重氮酚添加浓度分别为0.2、10.0、40.0 ng/g, 按“ 1.3 样品处理” 提取后, 在“ 1.4 仪器工作条件” 下测定, 以测得峰面积和对应浓度标准溶液峰面积的比值作为平均回收率。制取同样3个添加浓度的尘土样品, 每一浓度各6个平行样品, 按照“ 1.3 样品处理” 和“ 1.4 仪器工作条件” , 于同一日内不同时间提取并测定, 计算相对标准偏差, 得日内精密度; 同样, 将每一浓度的6个平行样品于连续6日内提取并测定, 计算相对标准偏差, 得日间精密度。结果见表3。

表3 回收率、日内精密度和日间精密度结果(n=6) Table 3 Results of recovery, intra- and inter-day precision (n=6)
2.6 爆炸试验尘土样品测定

搭建如图2所示爆炸试验装置。用半导体桥电起爆后, 收集桶内尘土, 密封待检, 每次爆炸试验前须更换不锈钢内筒、不锈钢底座和粉尘土。爆炸试验平行进行3次, 将3份爆炸尘土按“ 1.3 样品处理” 提取后, 在“ 1.4仪器工作条件” 下测定。空白尘土及爆炸尘土的提取离子色谱图3显示, 从3份爆炸尘土样品中均成功检出二硝基重氮酚的爆炸残留物。

图 2 二硝基重氮酚的爆炸试验装置图Fig.2 Diagram of the device for explosion experiment of DDNP

图3 空白土 (a) 及3份爆炸尘土（b、c、d）的提取离子色谱图Fig.3 Extraction chromatograms of a blank dust sample (a) and three post-blast dust samples (b, c, d)

3 结 论

本文建立的二硝基重氮酚的固液浸取-高效液相色谱-串联质谱检验方法, 检出限低、操作简单、回收率高, 可用于爆炸尘土中二硝基重氮酚的检验鉴定, 解决了实际案件爆炸尘土中二硝基重氮酚爆炸残留物难以检测的问题。同时, 此方法对二硝基重氮酚制造和使用过程中的质量与环境监测也有借鉴价值。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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