引用本文
路林超, 武继锋, 马广鹏, 宋蕊, 杨崇俊, 刘海燕, 张冠男, 孙振文. 超快速液相色谱-串联质谱法检测爆炸案件中常见有机炸药[J].刑事技术, 2019,44(3):250-253
LU Linchao, WU Jifeng, MA Guangpeng, SONG Rui, YANG Chongjun, LIU Haiyan, ZHANG Guannan, SUN Zhenwen. Analysis of Common Organic Explosives from Explosion Cases by UFLC-MS/MS[J]. Forensic Science and Technology,2019,44(3): 250-253  
Doi: 10.16467/j.1008-3650.2019.03.013
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超快速液相色谱-串联质谱法检测爆炸案件中常见有机炸药
路林超1, 武继锋1, 马广鹏1, 宋蕊1, 杨崇俊2, 刘海燕1, 张冠男3, 孙振文3,*
1.济南市公安局刑事科学技术研究所,山东济南250001
2. 济宁市公安局,山东济宁272000
3. 公安部物证鉴定中心,北京 100038

第一作者简介：路林超,男,山东淄博人,硕士,工程师,研究方向为微量物证、毒物毒品检验鉴定。E-mail:57940407@qq.com

* 通讯作者简介：孙振文,男,山东章丘人,博士,副研究员,研究方向为微量物证检验及现场勘查。E-mail:skbuffon@163.com
基金资助: 中国工程科技中长期发展战略研究领域战略研究项目（No.2017-ZCQ-10）
摘要

目的 以氯化铵作为流动相缓冲盐,采用超快速液相色谱串联质谱（UFLC-MS/MS）分析方法对梯恩梯（TNT）、黑索金（RDX）、奥克托金（HMX）、特屈儿（CE）、太安（PETN）、硝化甘油（NG）六种有机炸药进行定性定量分析。方法 采用有机溶剂提取的方法对爆炸残留物或有机炸药原体进行前处理,应用以氯化铵为流动相缓冲盐的超快速液相色谱法分离,采用多离子监测（MRM）模式分析,并测试方法的精密度、检出限和线性关系。结果 TNT、RDX、HMX、CE、PETN、NG六种有机炸药分离效果良好,在10~500ng/mL范围内线性关系良好,检出限浓度为0.2~5ng/mL。结论 本方法准确、快速、灵敏、高效,六种有机炸药均有较好的检验效果,适用于TNT、RDX、HMX、CE、PETN、NG的定性定量检验,并可应用于日常相关案件检验鉴定工作。

关键词: 微量物证; 有机炸药; 爆炸残留物; UFLC-MS/MS
中图分类号:DF794.3 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2019)03-0250-04
Analysis of Common Organic Explosives from Explosion Cases by UFLC-MS/MS
LU Linchao1, WU Jifeng1, MA Guangpeng1, SONG Rui1, YANG Chongjun2, LIU Haiyan1, ZHANG Guannan3, SUN Zhenwen3,*
1. Institute of Criminal Science and Technology, Jinan Public Security Bureau, Jinan 250001, China
2. Jining Public Security Bureau, Jining 272000, Shandong, China
3.Institute of Forensic Science, Mintry of Public Security, Beijing 100038, China
Abstract

Objective Using UFLC-MS/MS to conduct qualitative and quantitative analyses into six organic explosives (TNT, RDX, HMX, CE, PETN and NG).Methods Following the pretreatment that used organic solvent to extract the explosive residues or the organic explosive protoplasts, UFLC was carried out to separate the explosive chemicals by ammonium chloride and methanol solutions being the mobile phase, plus MRM mode as the selected analytic route. The method was tested of its precision, detection limit and linear relationship.Results Six organic explosives (TNT, RDX, HMX, CE, PETN and NG) were separated well, with the detection limit of 0.2-5ng/mL and the linear relationship in the range of 10-500ng/mL.Condusions All the six organic explosives have been tested effectually. The method is accurate, rapid, sensitive and efficient, suitable for qualitative and quantitative analysis of TNT, RDX, HMX, CE, PETN and NG, therefore capable of being used into daily cases for relevant testing and identification.

Key words: trace evidence; organic explosive; explosive residue; UFLC-MS/MS

目前, 常见有机炸药的检验方法有化学法[1]、薄层色谱法[2]、气相色谱法[3, 4, 5]、液相色谱法[6]、质谱法[7, 8, 9, 10, 11]、红外光谱法[12]等。但上述检验方法操作复杂、过程繁琐、灵敏度低、只能对一种或某几种有机炸药进行检验, 在实际案件检验鉴定中应用效果不佳。经过多次实验探究, 本文建立了以氯化铵作为流动相缓冲盐的超快速液相色谱串联质谱法（UFLC-MS/MS）, 实现对爆炸类案件中梯恩梯（TNT）、黑索金（RDX）、奥克托今（HMX）、特屈儿（CE）、太安（PETN）、硝化甘油（NG）六种有机炸药（详见表1）原体及其爆炸残留物的准确、高效检验, 以满足刑事案件的检验需求。

表1 梯恩梯等6种有机炸药的相关信息 Table 1 Information for six organic explosives
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂

AB 4000 Qtrap LC-MS/MS, ESI离子源; 岛津LC-20A高效液相色谱仪; 高速离心机（8000 r/min）; 电子天平; 电动振荡器; 微量移液器。

CE(1 mg/mL)、RDX(1 mg/mL)、HMX(1 mg/mL)、PETN(1 mg/mL)、TNT(0.1 mg/mL)、NG(0.1 mg/mL)标准溶液均购自AccuStandard公司。

甲醇、丙酮、氯化铵均为色谱纯, 所有试验用水均为超纯水。

1.2 溶液配制

CE(1 mg/mL)、RDX(1 mg/mL)、HMX(1 mg/mL)、PETN(1 mg/mL)、TNT(0.1 mg/mL)、NG(0.1 mg/mL)标准溶液, 在4 ℃冰箱中保存, 实验过程中根据需要, 用甲醇逐级稀释。

0.05 mmol氯化铵水溶液：称取2.67 mg氯化铵固体, 溶解后置于1000 mL容量瓶中, 用超纯水定容。

1.3 色谱质谱条件

1.3.1 色谱条件

色谱柱：Agilent, Eclipse Plus C18柱 (4.6 mm× 50 mm, 5 μ m), 柱温40 ℃, 流速0.8 mL/min。流动相A：0.05 mmol氯化铵水溶液; 流动相B：甲醇; 洗脱方式：梯度洗脱, 详见表2。

表2 流动相梯度洗脱程序 Table 2 Gradient setup of mobile phase

1.3.2 质谱条件

电喷雾离子源（ESI）; 负离子模式; 多反应监测模式（MRM）; 气帘气（CUR）：20 psi; 碰撞气（CAD）：Medium; 喷雾电压（IS）：-4500 V; 温度（TEM）：500 ℃; 喷雾气（GS1）：50 psi; 辅助加热气（GS2）：50 psi; 接口加热（ihe）：on。六种目标物质的质谱参数见表3。

表3 质谱检测参数 Table 3 Mass spectrum parameters
1.4 样品前处理

如果检材为有机炸药原体, 取固体样品约10 mg或液体样品约10 μ L, 加入10 mL甲醇, 密封振荡10 min, 离心后取上清液, 将上清液用甲醇稀释100倍, 过微孔滤膜后供LC-MS/MS分析。如果检材为爆炸残留物, 取足量样品过筛, 然后取10 g过筛后的固体加入10 mL丙酮浸泡提取, 密封振荡10 min。用漏斗过滤后将滤液离心取上清液, 自然条件或60 ℃加热挥干, 取1 mL甲醇复溶, 过微孔滤膜后供LC-MS/MS分析。另取等量空白对照样品参照检材处理方式平行操作。

2 结果与讨论
2.1 样品前处理方式优化

六种目标物在丙酮中均有较好的溶解性, 但丙酮长期使用会对色谱柱和液相管路系统产生不良影响, 因此本文选择甲醇作为溶剂。

针对爆炸残留物的提取处理, 本文选择了甲醇、丙酮两种常见有机溶剂进行比较。经过多次测试, 结合六种有机炸药的相关性质, 用丙酮提取后挥干再用甲醇复溶的提取方式检验效果大大优于用甲醇直接提取。

2.2 仪器条件的优化

2.2.1 质谱条件优化

根据梯恩梯、黑索金、奥克托今、特屈儿、太安、硝化甘油的结构特点, 结合本文实验数据表明, 电喷雾电离（ESI）方式为最佳选择, 本文也尝试过大气压化学电离技术（APCI）进行电离, 但其灵敏度非常低。选择电喷雾负离子电离模式, 取500 ng/mL标准溶液, 以5 μ L/min的速度针泵进样, 分别对喷雾电压、雾化流速、雾化温度等参数进行优化, 通过全扫描方式观察, 得到目标化合物母离子。ESI电离负离子模式下, 目标物分子通过脱氢或加合缓冲盐负离子形成母离子, 详见表4。

表4 梯恩梯等6种有机炸药的母离子筛选表 Table 4 Q1 ions of six organic explosives

多种目标物可加合不同负离子形成母离子, 流动相缓冲盐的选择对目标物的检验具有重要影响。本文选择氯化铵作为缓冲盐, 并探究了甲酸铵和氯化铵两种缓冲盐体系对目标物检验的影响, 详见2.2.2色谱条件优化。

进行碰撞反应离子扫描, 调整DP、CE电压值, 得到目标化合物特征离子对, 通过多次反复实验, 特征离子对稳定性良好, 目标化合物的质谱条件见表3。

多反应监测模式（MRM）能最大限度排除各种杂质干扰, 化学性质相似的化合物即便不能完全分离, 采用MRM离子对也能对目标物进行确认[13]。

2.2.2 色谱条件优化

TNT、RDX、HMX、CE、PETN、NG在C18色谱柱上保留特性不相同, 在流动相的选择中, 比较了不同梯度的甲酸铵/水-甲醇体系和氯化铵/水-甲醇体系。甲酸铵/水-甲醇体系中硝化甘油和梯恩梯检验效果较差, 灵敏度低, 黑索金、奥克托今、特屈儿、太安检验效果也不理想。本文经过多次实验, 调节甲酸铵的浓度, 调整目标物母离子, 均未达到理想的检验效果。六种目标物在甲酸铵/水-甲醇体系与氯化铵/水-甲醇体系中对比检出限见表5。通过对比可以明显看出, 六种目标物在氯化铵/水-甲醇体系作为流动相条件下具有更低的检出限, 检出限大大降低, 方法的检验效能显著提升。

表5 梯恩梯等6种有机炸药的检出限 Table 5 Detection limits of six organic explosives

本文经过多次实验并查阅相关资料后将流动相调整为氯化铵/水-甲醇体系, 调节氯化铵浓度至0.05 mmol/L, 六种目标物均有较好的检出效果, 灵敏度高、峰形对称, 色谱峰良好, 见图1~图2。

图1 梯恩梯(a)、特屈儿(b)、奥克托今(c)色谱图Fig.1 Chromatograms of TNT(a), CE(b) and HMX(c)

图2 硝化甘油（a）、黑索金(b)、太安(c)色谱图Fig.2 Chromatograms of NG(a), RDX(b) and PETN(c)

本文采用梯度洗脱方法（见表2）, 通过优化参数, 六种目标物的保留时间见表3, 整个方法用时仅7 min。

2.3 检出限和精密度

在以上UFLC条件和MRM条件下, 以S/N≥ 3为标准进行检测, 检测结果见表5。

配制六种目标物高、中、低三个浓度（500、50、10 ng/mL）标准溶液, 每一浓度平行5份, 参照本文方法操作, 每个浓度同日内连续测定3次, 根据目标物特征离子峰面积计算日内精密度, 连续测定3 d, 计算日间精密度, 结果表明重现性良好。

2.4 线性范围

取特屈儿、黑索金、奥克托今、太安、梯恩梯、硝化甘油标准溶液, 用甲醇分别稀释得到10、50、100、200、500 ng/mL的系列标准液, 参照本文方法用LC-MS/MS进行分析。以浓度对定量离子的峰面积进行线性回归。6种目标物均在10~500 ng/mL范围内线性关系良好。

2.5 案例应用

2016年12月, 某市110指挥中心接到报警称有人在出租屋内非法制造枪支弹药和爆炸装置, 后民警在现场查获疑似爆炸物黄色固体粉末1瓶, 并送到我处进行检验。采用本文方法, 从送检的黄色固体粉末中检出梯恩梯和硝化甘油成分。结果见图3。

图3 黄色粉末的色谱图Fig.3 Chromatogram of yellow powder

3 结论

本文建立了爆炸案件中梯恩梯、黑索金、奥克托今、特屈儿、太安、硝化甘油六种常见有机炸药原体及其爆炸残留物的UFLC-MS/MS检验方法, 创新性地以氯化铵作为流动相缓冲盐, 利用每种化合物MRM离子对可以实现目标物的定性, 并可进行定量分析, 准确高效、灵敏度高。该方法可有效提高涉爆案件中梯恩梯、黑索金、奥克托今、特屈儿、太安、硝化甘油的检出率, 为此类案件的顺利侦破提供更为有力的技术支持。

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.

参考文献
[1] 王敏杰. 化学方法检验TNT时衣物类检材上染料的干扰问题[J]. 刑事技术, 1994(5): 1-4. [本文引用:1]
[2] 李同敬. 利用薄层色谱法检验有机炸药[J]. 解放军理工大学学报(自然科学版), 1991(4): 37-39. [本文引用:1]
[3] 王晓红, 金水铭, 张皋. 裂解气象色谱法在火炸药中的应用[J]. 理化检验-化学分册, 2009(45): 1138-1140. [本文引用:1]
[4] 张柳援, 熊建华. “502”熏显后啤酒瓶上炸后残留TNT的GC/ECD检测[J]. 刑事技术, 2001(6): 47. [本文引用:1]
[5] 林宏亮, 朱晓红, 付强, 等. 二维气相色谱检测爆炸残留物中TNT[J]. 刑事技术, 2009(3): 37-38. [本文引用:1]
[6] GAURAV, VARINDER K, ASHWINI K, et al. SPME-HPLC: A new approach to the analysis of explosives[J]. Journal of hazardous materials, 2007, 147(3): 691-697. [本文引用:1]
[7] 张榆梓, 周红, 孙玉友. HPLC-ESI/MS/MS检测奥克托金的方法研究[J]. 刑事技术, 2011(3): 19-21. [本文引用:1]
[8] 杨瑞琴. LC—MS技术及其在炸药检测方面的应用[J]. 中国人民公安大学学报, 2008(2): 18-22. [本文引用:1]
[9] 宣宇, 孙楠, 傅得锋, 等. 用LC/APCI/MS方法检测粉尘中的炸药成分[J]. 火炸药学报, 2012, 35(2): 27-31. [本文引用:1]
[10] 张成功, 夏攀. 有机炸药的气相色谱-串联质谱分析[J]. 中国司法鉴定, 2009(1): 22-23. [本文引用:1]
[11] 徐建中, 彭耀珊, 汪聪慧. 某些炸药在CI源中的行为-TNT、RDX、PETN、HMX和特屈儿的正负CI谱[J]. 刑事技术, 1994(5): 1-4. [本文引用:1]
[12] 刘学涌, 王晓川, 黄奕刚, 等. 原位红外光谱法研究HMX炸药的热分解过程[J]. 光谱学与光谱分析, 2006(26): 251-253. [本文引用:1]
[13] 欧洲共同体委员会. 关于分析方法评价和结果解释执行委员会决议96/23/EC: 2002/657/EC[S]. 布鲁塞尔: 欧洲共同体委员会, 2002. [本文引用:1]