引用本文
赵海雨, 宋鸣, 阚旭升, 关转转. 液相色谱串联质谱联用法检验TNT[J].刑事技术, 2016,41(6):463-466
ZHAO Haiyu, SONG Ming, KAN Xusheng, GUAN Zhuanzhuan. Determination of TNT by High-performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry[J]. Forensic Science and Technology,2016,41(6): 463-466  
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液相色谱串联质谱联用法检验TNT
赵海雨1, 宋鸣1, 阚旭升1, 关转转2
1.辽宁省公安厅刑事技术总队,沈阳 110085
2.辰欣药业股份有限公司,山东 济宁 272073

作者简介：赵海雨（1980—）,男,辽宁朝阳人,学士,工程师,研究方向为理化及毒物检验。E-mail:molemoya@gmail.com

摘要

目的 建立液相色谱串联质谱联用仪检验浮土中TNT的方法。方法 本文以乙腈作为溶剂提取浮土中的TNT;用Waters Xbrige C18液相色谱柱（5 μm,100 mm×2.1 mm）,流动相为甲醇:水=65:35进行样品分离;在APCI源负离子模式下,以 m/ z226.9/209.9作为定量离子对、 m/ z226.9/197.0作为定性离子对,用三重四级杆串联质谱进行多反应监测（MRM）分析。结果 在ESI源下,TNT的电离效率相对APCI源较低,浮土中TNT的定量限为1ng/g。该方法检测TNT的线性范围为0.05~100 ng/g,相关系数为0.9991,定量下限为0.05 ng/g,加标回收率为88.5 %~96.1 %,浮土样品采用乙腈提取的基质效应为93.7 %。结论 本方法操作简单、提取方便,有效避免了尘土复杂基质的干扰,结果准确可靠,灵敏度高,满足对爆炸残留物中TNT的检测要求。

关键词: 液质联用; TNT; 浮土
中图分类号:DF794.3 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2016)06-0463-04 doi: 10.16467/j.1008-3650.2016.06.008
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
Abstract

Objective To establish a HPLC-MS/MS method was to for detecting TNT in surface soil.Method The liquid-liquid 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 quantification ion pair and m/ z226.9/197.0 as the confirmation ion pair. Acetonitrile was selected as the extraction solvent. The separation was performed on a Waters Xbrige C18 column (5 μm,100 mm×2.1 mm) run with the mixture of methanol and water (65:35) as the mobile phase.Results The ionization efficiency 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.Conclusion This method is simple, accurate and sensitive, able to be used for trace TNT detection in explosive residues.

Key words: LC-MS/MS; TNT; surface soil

三硝基甲苯（TNT）, 分子量227.13, 分子结构如图1所示, 是目前应用最广泛的炸药之一, 也是我国爆炸现场常见的炸药之一。目前TNT的检验主要有气相色谱法[1, 2]、液相色谱法[3]、气质联用法[4, 6, 7]、摄影比对RGB三原色法[5]等。公安机关对TNT的检验一般采用气质联用法, 使用EI源气质联用仪时TNT的检测限可以达到1 ng[7], 使用NCI源气质联用仪时TNT的检测限可以达到0.01 ng[7], 采用PCI源串联气质联用仪时检测限可以达到1.4 pg[4], 采用NCI源串联气质联用仪时检测限可以达到2 pg[6]。由于信噪比高, 串联质谱检验TNT相对单级质谱有很大优势, 但是由于气相色谱法难以避免较高柱温导致的炸药受热分解, 只能使用短色谱柱（8 m）进行分离, 分离度较差, 容易产生干扰, 且8 m色谱柱的使用导致气质联用仪基本只能专用于检验炸药, 造成设备浪费。液相色谱质谱联用法可有效避免高温导致的炸药分解, 选择合适的液相色谱流动相配比可以实现各炸药组分的完全分离。本文针对TNT的质谱行为、液相色谱条件和在浮土样本中的提取方法等进行了研究。

图1 TNT的分子结构图Fig.1 Chemical structure of TNT

1 材料与方法
1.1 材料

TNT（1mg/mL, 液体标准品, Accustandard公司); 甲醇（色谱纯, Fisher公司）; 乙腈（色谱纯, Fisher公司）; 丙酮（分析纯, 沪试）; 超纯水（赛多利斯Arium pro纯水机制取）; 浮土(地表土过40目检验筛）。

1.2 仪器

仪器：Agilent 1200系列液相色谱系统, 包括四元泵、在线真空脱气机、自动进样器、柱温箱等; ABsciex 4000Qtrap三重四级杆质谱仪、Analyst 1.6.1质谱工作站软件; Eppendorf centrifuge 5810R离心机; Eyela CM-1000振荡器; 40目标准检验筛。

1.3 色谱条件

在ESI-源下, 采用Restek raptor C18液相色谱柱（2.7 μ m, 100 mm× 2.1 mm）进行分离, 流动相为甲醇:水=65:35, 流速250 μ L/min, 柱温25 ℃, 进样量为5 μ L。在APCI-源下, 采用Waters Xbrige C18液相色谱柱（5 μ m, 100 mm× 2.1 mm）进行分离, 流动相为甲醇:水=65:35, 流速为800μ L/min, 柱温25 ℃, 进样量为5 μ L。

1.4 质谱条件

TNT检验的质谱条件如表1。

表1 TNT检验的质谱条件 Table 1 Optimized MS/MS conditions for TNT test
1.5 标准溶液的配制

取100 µ L 1 mg/mL的 TNT液体标准品于10 mL容量瓶得10 μ g/mL的TNT标准储备液, 置于4 ℃冰箱, 临用时用流动相稀释所需浓度的标准工作液。

1.6 样品处理

取检材2 g于15 mL离心管, 加入3 mL乙腈, 充分震荡5 min, 以10 000 r/min离心3 min, 将上清液吸至另一离心管中, 再重复萃取操作两次, 每次使用乙腈2 mL, 合并有机相, 常温氮气吹干后加入1 mL流动相震荡2 min, 0.22 μ m尼龙滤膜过滤, 待测。

1.7 离子抑制效应和提取回收率实验

分别取50 ng/mL TNT标准溶液100 μ L于4个15 mL离心管中, 吹干后加入2 g浮土, 采用1.6步骤提取（提取溶剂分别替换为甲醇、乙腈和丙酮）。在4个离心管中分别加入2g浮土, 采用1.6步骤（提取溶剂分别替换为甲醇、乙腈和丙酮）提取后添加100 μ L 50 ng/mL的TNT标准品溶液, 吹干后加入1mL流动相震荡2 min, 过0.22 μ m尼龙滤膜, 后装瓶待测。取50 ng/mL的TNT标准溶液100 μ L分别于4个15 mL离心管吹干后加入1 mL流动相震荡2 min, 过0.22 μ m尼龙滤膜, 后装瓶待测。

2 结果与讨论
2.1 质谱条件的选择

在APCI-源下, 1 μ g/mL的TNT标准溶液用针泵以10 μ L/min的速率持续进样, 同时通过液相泵用三通给予800 μ L/min流动相（甲醇:水=65:35）辅助电离。TNT分子的电离随离子源温度的变化产生不同的准分子离子。在室温下, TNT的准分子离子峰为[M]-m/z226.9, 可能的碎片结构见表2。随着温度的升高, TNT的准分子离子峰变为[M]-和[M-H]-, 且[M-H]-比例逐渐升高, 当温度达到400 ℃时, TNT的准分子离子峰为[M-H]-m/z226.0。由于[M]-灵敏度较高, 因此选用[M]-作为母离子, 选用m/z226.9/209.9作为定量离子对, m/z226.9/197.0作为确证离子对, 其优化质谱参数如表1。

在ESI-源下, TNT的准分子离子峰为[M-H]-m/z225.9。选择m/z225.9/195.8作为定量离子对, m/z225.9/165.8作为定性离子对, 优化质谱条件见表1, 可能的质谱碎片见表2。

表2 TNT在APCI-源和ESI-源的二级质谱碎片表 Table 2 MS2 data of TNT subjected to APCI and ESI sources in negative ion mode
2.2 液相色谱条件的选择

在APCI-源采用Waters Xbrige C18液相色谱柱（5 μ m, 100 mm× 2.1 mm）, 在800μ L/min的流速下进行样品分离, ESI-源采用Restek Raptor C18液相色谱柱（2.7 μ m, 100 mm× 2.1 mm）, 250 μ L/min的流速下进行样品分离, 分别考察了甲醇、乙腈作为有机相, 水、5 mmol/L醋酸铵- 0.1 %甲酸缓冲液和不同浓度氨水溶液作为水相的流动相, 实验表明在采用65 %甲醇
- 35 %水流动相时, 质谱的响应值较高, 且液相色谱分离度较好, 出峰时间较快, 说明流动相中氨水的加入并不能提高[M-H]-的电离效率, 而加入酸性缓冲液会严重抑制电离, 因此选用65 %甲醇- 35 %水流动相。

2.3 线性范围和检测限

取2 g浮土分别加入1、2、10、20、100、200 ng TNT, 按照1.6方法处理样品, 进行LC-ESI-MS/MS分析, 经测定, 以质量浓度（x）和峰面积（y）作线性回归, 得到TNT在土壤基质标准品的回归方程为y=1410x+153, 相关系数r=0.9990（见图2）, 样品的定量下限（LOQ）为1 ng/g（S/N=10）。

图2 ESI-源检验浮土样品中TNT的工作曲线Fig.2 ESI working curve of TNT in surface soil in negative ion mode

取2g浮土分别加入0.1、0.2、1、2、10、20、100、200ng TNT, 照1.6方法处理样品, 进行LC-APCI-MS/MS分析, 经测定, 以质量浓度（x）和峰面积(y)作线性回归, 得到TNT在土壤基质标准品的回归方程为y=3030x+558, 相关系数r=0.9990（见图3）, 样品的定量下限（LOQ）为0.05ng/g（S/N=10）。

图3 APCI-源检验浮土样品中TNT的工作曲线Fig.3 APCI working curve of TNT in surface soil in negative ion mode

2.4 基质效应和提取溶剂的选择

本文考察了甲醇、丙酮、乙腈3种常见的有机溶剂对浮土中TNT的提取率和三种提取方法的基质离子抑制效应。以TNT为目标物, 采用浮土为基质, 观察基质的离子抑制作用。将TNT标准品溶液进样的峰面积设为a, 浮土样品提取后加入相同量的对照品后进样的峰面积设为b, 浮土样品添加对照品后提取进样的峰面积设为c, 基质效应(matrix effect, ME)(%) =b/a× 100%。提取回收率=c/b× 100%。三种提取方法的基质效应和提取率如表3。

表3 不同溶剂提取浮土中TNT的基质效应和提取回收率表 Table 3 Matrix effect and recovery of the extracted TNT with different solvent from surface soil

实验表明, 采用乙腈作为提取溶剂时提取回收率较高。APCI-源电离时基质效应较低。

2.5 回收率和精密度

取18份浮土各2g分成3组, 每组浮土中分别加入TNT含量相当于0.5、5、10 ng/g的标准溶液, 按1.6方法提取后测定, 在ESI和APCI源下每个样品分别平行测定6次, 结果见表4。

表4 浮土样品中TNT的添加回收结果率表 Table 4 Recovery of the spiked TNT in surface soil
3 结论

由于TNT的极性较弱, 用液相色谱串联质谱联用法进行检验时, TNT在APCI-源中的电离效率要高于ESI-源。而在APCI-源中, TNT的电离受温度变化的影响, 既能电离成[M]-, 又能电离成[M-H]-, 随着温度的升高TNT电离成[M-H]-的倾向增强, 但是由于TNT的热不稳定性, 在137℃即开始分解, 在224.16℃时即达到最大分解速度[8], 因此TNT电离成的[M-H]-的电离效率可能受到TNT分解的影响。在APCI-源下检验TNT的灵敏度高、基质效应小, 但是ESI-源通用性更好, 溶剂使用量少, 灵敏度也能满足一般案件需要, 在具体工作中可根据不同需要决定采用何种离子源。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。The authors have declared that no competing interests exist.

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