分光光度法和气相色谱-质谱法在芥子气测定中的比较研究

(1. 防化学院，北京 102205；2.海军核化安全研究所，北京 100077)

分光光度法和气相色谱-质谱法在芥子气测定中的比较研究

戴姗姗1*沈永玲1李健2项丰顺1

(1. 防化学院，北京 102205；2.海军核化安全研究所，北京 100077)

分别对紫外分光光度法和气相色谱-质谱法在芥子气定性定量方面的能力进行了对比研究，提出了两种方法的适用范围。在选定浓度范围内，两种方法均具有良好的线性关系和可重复性，其中气相色谱-质谱法检出限较分光光度法至少低两个数量级，更适合环境样品中痕量芥子气的测定。在较低浓度杂质干扰下，两种方法对芥子气的回收率均无明显影响；当路易氏剂或芥子砜浓度高于一定范围时，分光光度法将无法对芥子气进行定性或定量测定。

分光光度法 气相色谱-质谱法 芥子气

芥子气是一种糜烂性毒剂，被称为“毒剂之王”。皮肤接触染毒后会出现红斑、出泡、溃疡等症状。二战结束后侵华日军在中国国土上遗弃了大量化学武器，其中就包括芥子气-路易氏剂混合毒剂，直到现在仍严重危害着人民生命和环境的安全。按照《禁止化学武器公约》规定，日本遗弃化学武器处理工作已经展开。

分光光度法测定芥子气是基于醌型麝香草酚酞在一定温度下与芥子气发生化学反应，生成物经酸化后呈稳定的橙黄色，并在447 nm处有最大吸收，依据朗伯-比尔定律对芥子气进行定量检测。目前，该方法是对芥子气消毒效果进行评价的标准方法之一。近年来，气相色谱-质谱法在物质分析领域得到广泛应用，该方法定性准确、灵敏度高，在对复杂基质的环境样品进行分析时，其优越性更加突出。目前，该方法已被禁止化学武器组织规定为在怀疑受毒剂沾染地点测试样品的首选分析方法，是化学武器核查不可缺少的测试手段。本实验采用气相色谱-质谱的选择离子模式，以内标法测定芥子气，进一步扩大线性范围，验证其标准曲线在3个数量级范围内仍具有良好的线性关系，提高准确性，降低检出限，设定的色谱条件能够对芥子气与杂质进行有效分离。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 7890A GC/5975C MS(美国Agilent公司)；752型紫外可见分光光度计(上海舜宇恒平科学仪器有限公司)。

氢氧化钾(分析纯，天津市河北区红星化工包装厂)；无水乙醇(分析纯，北京化工厂)；石油醚(分析纯，天津市光复科技发展有限公司)；二氯甲烷(色谱纯，上海晶纯生化科技股份有限公司)；冰醋酸(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；正己烷(色谱纯，上海晶纯生化科技股份有限公司)；麝香草酚酞(上海麦克林生化科技有限公司)；丁基硫醚(纯度≥98%，上海萨恩化学技术有限公司)；芥子气、路易氏剂、氧联芥子气、硫二甘醇(纯度≥98.0%)；芥子砜(纯度≥90%)。

1.2 标准溶液配制

1.2.1 分光光度法测定芥子气

芥子气标准储备溶液：称取芥子气50 mg(精确至0.1 mg)于50 mL容量瓶中，用石油醚定容，配成质量浓度为1000 mg/L的标准储备液。T-135试剂：麝香草酚酞2 g，溶于340 mL无水乙醇，加入10 mL 1 mol/L氢氧化钾，加水稀释至400 mL。

具体操作依据GJB3638-99《消毒效果的评价方法》[1]中T-135分光光度法。

1.2.2 气相色谱-质谱法测定芥子气

内标储备溶液：称取丁基硫醚100 mg(精确至0.1 mg)于100 mL容量瓶中，用正己烷定容；内标标准溶液：取0.5 mL的内标储备溶液于50 mL容量瓶中，用二氯甲烷定容，配制成浓度为10 mg/L的内标标准溶液，于4℃下保存[2]。

芥子气标准储备溶液：称取芥子气标准样品100 mg(精确至0.1 mg)于100 mL容量瓶中，正己烷定容。用二氯甲烷进一步稀释芥子气储备液至浓度为5 mg/L的芥子气中间溶液, 于4℃下保存。芥子气标准系列溶液配制：分别移取0.08 mL、0.4 mL、0.8 mL、1.2 mL、1.6 mL、2.0 mL、2.4 mL的芥子气中间溶液于10 mL的容量瓶中，用二氯甲烷定容，配制成浓度范围在40～1200 ng/mL的标准溶液，此标准溶液需现用现配。

1.3 气相色谱-质谱条件

色谱柱：HP-5MS石英毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm)。升温程序：初始温度50℃，保持1min，10℃/min升温到170℃，再以30℃/min升温到260℃，保持2min；载气为高纯氦气(纯度99.999%)，柱流速1.0 mL/min，进样口温度250℃，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，电离方式为EI；进样量1.0 μL，不分流进样。定量分析采用选择离子模式，芥子气定量离子109，辅助定量离子63、158，内标物定量离子146，辅助定量离子56、61。

2 结果与讨论

2.1 两种方法的线性响应范围、精密度和检出限

分光光度法：在试验条件下，芥子气浓度在0～50 mg/L范围内与吸光度ΔA呈线性关系，线性回归方程为ΔA=5.9900C(mg/mL)+0.0069，r2=0.9997。取25 mg/L的芥子气标准样品平行测定7次，相对标准偏差为2.2%。以扣除空白值后的吸光度为0.01相对应的浓度值为分光光度法的检出限，其检出限为0.52 μg/mL。

气相色谱-质谱法：以芥子气与丁基硫醚峰面积比值Ai/As为横坐标，芥子气与丁基硫醚质量比值mi/ms为纵坐标，绘制标准曲线。芥子气浓度在40～1200 ng/mL范围内的线性回归方程为y=0.4508x-0.0046，r2=0.9996。取513 ng/mL的芥子气标准样品平行测定7次，相对标准偏差为0.45%。按照信噪比(S/N)≥3确定方法的检出限为1.02ng/mL。

两种方法在试验范围内均呈现良好的线性关系和重现性，其中分光光度法测定范围仅限于μg/mL级，检出限较气相色谱-质谱法至少高出两个数量级。进一步实验表明，气相色谱-质谱法对皮克级至微克级的芥子气均能定量检出，内标物的加入在一定程度上消除了因操作条件波动而对实验结果产生的影响。

2.2 干扰实验

2.2.1 分光光度法干扰实验

分光光度法的原理是基于芥子气与麝香草酚酞发生亲核反应后的显色反应，多氯芥子气、多硫芥子气、氮芥气以及其他卤代烷均有类似反应，高浓度的路易氏剂、氯化苦也会同麝香草酚酞发生反应，该方法并不具有专一性，因而不能直接对芥子气进行定性鉴别。现将3种标线中间浓度的相关化合物与不同浓度的芥子气标准溶液混合，测定一定量的杂质的存在对芥子气回收率的影响，结果见表1。

表1 芥子气在杂质干扰下的回收率测定

实验表明，低浓度的路易氏剂、芥子砜以及硫二甘醇对芥子气的分光光度法定量检测均无明显干扰，回收率良好。

固定芥子气浓度为标准曲线最高浓度50 μg/mL，分别试验3种杂质在高浓度区域对芥子气定性和定量的干扰。结果表明，当硫二甘醇浓度提升至5418 μg/mL时，对芥子气的检测仍无干扰。路易氏剂和芥子砜浓度超出一定范围时会干扰检测结果，当加入的路易氏剂浓度高于1750 μg/mL或芥子砜浓度高于759 μg/mL时，T-135试剂迅速由蓝色变为无色透明，此时麝香草酚酞由醌型变为内酯型并不再与芥子气发生化学反应，这直接影响了芥子气的定性检测。路易氏剂或芥子砜浓度低于100 μg/mL时，芥子气测定的回收率均在95%以上，因此低于该浓度的路易氏剂或芥子砜的存在不会对芥子气的定量造成明显干扰。

2.2.2 气相色谱-质谱法干扰实验

在选定的气相色谱条件下，路易氏剂、芥子砜、氧联芥子气[3]三种干扰杂质及芥子气和内标的混合标准样品在18 min内实现完全分离，结果见图1。

图1 芥子气、内标物及杂质的色谱分离图

将选定的3种杂质按不同比例与芥子气标准溶液混合，测定不同含量的芥子气在杂质干扰下的回收率，结果见表2。

表2 不同含量的芥子气在杂质干扰下的回收率测定

实验表明，路易氏剂、芥子砜以及氧联芥子气对芥子气在气相色谱-质谱法下的定性、定量检测均无明显干扰。

2.3 两种方法的应用范围及优缺点

分光光度法：适用于消毒效果评价时对芥子气浓度的测定，一般对洗消后残存毒剂量的要求应低于μg/mL级，分光光度法线性范围恰好能够满足检测需要，并且此时目标检测物单一，不存在其他干扰杂质，适合批量实验，节省时间。缺点是方法检出限偏高，对未知样品不能特异性检测，且耗费试剂多。

气相色谱-质谱法：适合环境样品内痕量芥子气的检测[4,5]，尤其在定性方面优势明显，配合其他样品前处理方法[6,7]，可进一步降低检出限，样品浓度较高时可稀释或分流进样。缺点是设备较为昂贵，样品前处理要求严格，尤其是在对含有强碱、强氧化性或活性物质的消毒液基质进行前处理时要特别注意[8,9]。

3 结论

分光光度法和气相色谱-质谱法均能满足对芥子气的定量检测，两种方法在样品前处理、检出限和定性方面有一定的适用范围，应根据样品性质及实验目的选择合适的检测方法。

[1] GJB3638-99消毒效果的评价方法[S]. 北京: 防化研究院, 1999.

[2]周黎明. 处理遗弃化学武器环境监测技术及标准[M]. 北京: 中国标准出版社, 2009: 154.

[3]李楠, 张力量, 周黎明. 气相色谱-质谱法分析硫芥子气及相关化合物[J]. 分析试验室, 2003, 22(1): 86.

[4]周世坤, 许大年, 赵冲林. 气相色谱-质谱法检测土壤中痕量芥子气[J]. 现代仪器, 2007, (1): 60.

[5]胡绪英, 谢剑炜. 应用气相色谱-质谱分析土壤中芥子气及其降解产物[J]. 质谱学报, 2004, 25(1): 45.

[6]金华, 崔玉玲, 申永忠, 等. 固相微萃取在芥子气分析中的应用[J]. 防化学报, 2004, (2): 21.

[7]马果花, 曲刚莲, 刘国宏, 等. 搅动棒萃取-热解吸气相色谱法检测水中芥子气的研究方法[J]. 防化学报, 2011, (2): 31.

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[9]周黎明, 顾惠芬, 曲刚莲, 等. 气相色谱-质谱法分析芥子气的氯胺消毒产物[J]. 分析化学研究简报, 1997, 25(9): 1068.

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

戴姗姗，1992年出生，女，在读硕士研究生，主要研究方向为侦检分析与信息，E-mail：dss9290@163.com,，导师：项丰顺，男，研究员，E-mail：fengshun_64@sina.com