CN104713945A - 一种过氧化爆炸物tatp的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对痕量过氧化爆炸物进行现场快速、灵敏、准确的检测新方法。以离子迁移谱为基本检测技术，采用正离子模式，热解析进样方式，建立了离子迁移谱分析痕量新型过氧化爆炸物TATP的分析方法。本发明通过对迁移管温度和进样口温度的调节来提高检测的分离度和灵敏度，实现了对爆炸物TATP的高灵敏检测，检出限达到ng量级。

Description

一种过氧化爆炸物TATP的检测方法

技术领域

本发明涉及一种对ng量级的新型过氧化爆炸物TATP进行现场快速、灵敏、准确的检测新方法。以离子迁移谱为基本检测技术，采用正离子模式，热解析进样方式，建立了离子迁移谱分析过氧化爆炸物TATP的分析方法。本专利论述了配有热解析进样器，采用丙酮作为掺杂剂辅助电离源离子迁移谱，通过调节迁移管温度和热解析进样器进样口温度来提高检测的分离度和灵敏度，测定质量校正曲线实现了对痕量爆炸物的高灵敏检测，同时该种方法排除了干扰物的影响，可以有效对TATP进行检测。

背景技术

和平与发展已成为当今世界的主题。然而恐怖袭击活动时有发生，由爆炸引发人员伤亡和大范围恐慌仍然是恐怖分子采用的主要袭击方式。TATP叫做三过氧化三丙酮，这种炸药的特点是易挥发，易溶于有机溶剂中，如氯仿、丙酮等，不溶于水，呈白色结晶，这种过氧化物易爆炸，原因是化合物中含有不稳定的过氧化基团（-O-O-）。TATP爆炸时不需要氧化剂，而是通过分子分解产生丙酮，与此同时，产生氧气分子。在分子分解时释放的能量就足以促使其他的分子发生一系列的反应。实际上，这种炸药在一瞬间就能释放四种不同的气体，而且只要几克重的炸药，就能产生巨大的爆炸威力，这种罕见的现象在科学上称之为“熵爆炸”。由于过氧化爆炸物制备原料易得，制作过程简单，逐渐受到恐怖分子的青睐。但是TATP作为过氧化物炸药没有金属或是芳香基团，所以在机场安检中不能利用传统分析检测方法对TATP进行有效检测；而且TATP对热、碰撞、摩擦极易敏感，更加大了检测的难度。因此，快速、灵敏的检测TATP具有非常重要的意义。

离子迁移谱（Ion Mobility Spectrometry，IMS）技术20世纪70年代出现的一种快速分离检测技术，与传统的质谱、色谱仪器相比，具有结构简单，灵敏度高，分析速度快，结果可靠的特点。能够在大气环境中对微量物质进行检测，适于现场使用。目前我们研究的IMS已经广泛应用在化学战剂、毒品、爆炸物探测、环境监测、有毒气体监测、火灾监测、水污染监测和食品监测等领域。

本专利旨在进一步探索ng量级的过氧化爆炸物TATP的检测方法。

发明内容

为了同时提高检测的分离度和灵敏度，实现对爆炸物TATP的高灵敏检测。本发明采用的技术方案为：

在爆炸物样品的离子迁移谱检测过程中，将丙酮做为掺杂剂添加到离子迁移谱的开放式气路的载气中，利用灯电离源将丙酮电离，产生丙酮二聚体作为试剂离子，通过分子-离子反应可以获得反应离子信号或将反应离子信号提高。通过调节迁移管温度和热解析进样器温度来提高检测灵敏度的功能。

所述离子迁移谱的开放式气路是指，环境的空气作为载气和漂气分别从载气入口和漂气入口通入离子迁移谱内，并由离子迁移谱的气体出口流出；气体出口流出的气体不进行循环利用，而直接进行收集或经净化后排入大气中。

离子迁移谱的电离源为镍源或紫外灯电离源，同时结合丙酮掺杂剂，作为掺杂剂辅助电离源；通过离子迁移谱检测仪试验，正离子模式迁移谱检测仪里获得理想检测信号。

迁移管温度控制为100℃～120℃，此范围的迁移管温度在TATP检测过程中优势明显，既可以避免低迁移管温度时产生峰强度很低的产物离子峰，又可以产生在试剂离子峰前面的特征试剂离子峰。

热解析进样器温度控制在50℃～60℃的优势在于获得较强的样品离子峰强度，同时避免了高进样器温度时产生的杂峰离子，使样品峰更加纯净。

TATP爆炸物的痕量线性范围为5～100ng。

本发明的优点如下：

1.由单独的离子迁移谱对过氧化爆炸物TATP的检测鲜少报道，本专利结合热解析进样方式，使TATP样品得到气化，将丙酮作为掺杂剂，与镍源或是紫外电离源结合，作为掺杂剂辅助新型电离源，既可以避免使用放射性电离源，又可以在光电离源条件下产生稳定的试剂离子，提高了检测的灵敏度，与现有的文献报道相比，至少提高了100倍。

2．本专利的检测方法利用掺杂剂辅助电离源离子迁移谱，通过调节迁移管温度和进样口温度，可以使TATP产生试剂离子前面的产物离子峰，排除干扰物的影响，有效的检测TATP。

附图说明

图1为掺杂剂辅助光电离源离子迁移谱的装置图；

图2为25ppm丙酮作为掺杂剂，在正离子模式下，对痕量TATP（200ng）检测的离子迁移谱图对比图；

图3为不同迁移管温度对浓度为25ppm的丙酮产生的试剂离子、200ngTATP的产物离子出峰的影响

图4为TATP出峰离子的归属；

图5为热解析进样器温度对200ng的TATP的影响及最优的进样口温度；

图6为TATP的定量校正曲线图；

图7为干扰物对该种方法检测TATP的影响图。

具体实施方式

所述离子迁移谱仪：以电离源为放射性⁶³Ni源或紫外光电离源。所述的离子迁移谱仪主要包括进样装置、电离源、迁移管、离子门、迁移区、信号接收与检测系统和气路干燥系统。进样装置主要包括热解析器、取样片和载气输送管路。载气输送管路由四氟管或金属管和两通转接头组成。取样片可以为采样纸、金属栅网、聚四氟片或聚四氟乙烯耐高温专用取样布。

图1-7给出一些实验谱图对本发明给与说明。这些谱图的实验条件均为：实验时载气（空气）、漂气（空气）气流分别为200mL/min、500mL/min，丙酮掺杂剂添加到载气气路中。

用进样针取1-10μL，5-1000ppm浓度的炸药样品溶液。在正离子模式下以离子迁移谱仪为检测仪器，化学添加剂掺杂在载气中，载气携带样品进入离子迁移谱的电离区；样品在电离区被电离成正、负离子，通过周期性开启的离子门，进入由均匀电场构成的漂移区，在漂移区得到分离与检测。不同化合物的迁移率常数有差异，在漂移区移动的速度不同，它们到达检测器的时间不同。测量离子到达探测器的时间和峰强度，就可以确认化合物种类，并且根据峰的信号强度确定其含量。

实施例1

图1为掺杂剂辅助光电离源离子迁移谱装置图，该装置包括光电离源离子迁移管、掺杂剂瓶、热解析进样器、采集数据系统、气路系统、加热系统等。

实施例2

图2为正离子模式下，将25ppm丙酮掺杂剂置于载气中，无样品和对200ngTATP进行检测的离子迁移谱图对比。实验时迁移管温度120℃，进样器温度60℃，载气（空气）和漂气（空气）气流分别为200mL/min和500mL/min，湿度控制在0.1ppm以下。检测结果说明了对于TATP的检测,将掺杂剂至于载气中，作为掺杂剂辅助光电离源离子迁移谱具有很好的检测效果。因为既可以避免使用放射性电离源，又可以在光电离源条件下产生稳定的试剂离子，提高了检测的灵敏度，与现有的文献报道相比，至少提高了100倍。

实施例3

图3为不同迁移管温度对于掺杂剂辅助电离源离子迁移谱检测丙酮试剂离子和TATP的影响的离子迁移谱图。图4为不同迁移管温度产物离子峰的信号强度变化和产物离子的归属。实验时迁移管温度40℃～120℃，进样器温度60℃，载气（空气）和漂气（空气）气流分别为200mL/min和500mL/min。从图中可以说明迁移管温度控制在120℃时，可以获得最优的分离效果。这是由于迁移管温度高时，TATP产物离子峰在试剂离子峰前面，特征性比较强，而且随着迁移管温度升高，信号强度越强

实施例4

图4为迁移管温度对于掺杂剂辅助电离源离子迁移谱检测TATP的影响。实验时进样器温度维持在60℃，载气（空气）和漂气（空气）气流分别为200mL/min和500mL/min，丙酮掺杂剂浓度为25ppm，检测200ngTATP。迁移管温度在40℃-120℃范围内变化，发现在不同迁移管温度下，TATP出来的峰位置不同。在迁移管温度为40℃-80℃范围内，TATP在RIP前面出峰，在迁移管温度为80℃-120℃范围内，TATP在RIP后面出峰，通过利用DMMP校正迁移率，得到图5左图。40℃-80℃范围内，产物峰迁移率为1.68-1.71cm²V^-1s^-1；在80℃-120℃范围内，产物峰迁移率为2.00-2.05cm²V^-1s^-1，说明在两个温度范围内产生的是两种不同的物质。根据图4右图显示温度升高时，低迁移率的物质信号强度逐渐降低，高迁移率的物质信号强度逐渐升高，推断可能是低温下产生的物质可能是一种加合物，在温度升高时分解产生高温时的物质。

实施例5

图5为进样口温度对于掺杂剂辅助电离源离子迁移谱检测TATP的影响。实验时迁移管温度维持在78℃，载气（空气）和漂气（空气）气流分别为200mL/min和500mL/min，丙酮掺杂剂浓度为25ppm，检测200ngTATP，此迁移管温度下，RIP前后都出来产物离子峰。进样口温度改变范围为40℃-160℃，每隔20℃变化，根据图5左图发现在不同进样口温度下，TATP出峰位置相同，但是信号强度有很大的不同，如图6右图所示。在进样口温度为60℃条件下，RIP前面的峰信号强度最强，在进样口温度为50℃条件下，RIP后面的峰信号强度最强。根据使用迁移管温度一般为120℃，所以讲进样口温度设置为60℃。

实施例6

图6为TATP的定量校正曲线图。实验时迁移管温度120℃，进样器温度60℃，载气（空气）和漂气（空气）气流分别为200mL/min和500mL/min，漂气气路中丙酮浓度为别为25ppm。从图中可以说明，对TATP的检测质量在5ng～100ng之间有较好的线性关系，根据20pg对应的信号，由3倍信噪比计算所得的最低检出限为1.2ng。

实施例7

图7为干扰物对掺杂剂辅助电离源离子迁移谱检测TATP的影响的离子迁移谱图。检测方式:将少量的不同品牌的护手霜涂抹在手背，取迁移谱检测确认洁净的取样布，取1μL200ppm的TATP溶液滴于采样布上，待测。

在正离子模式下以离子迁移谱仪为检测仪器，样品气体被载气携带进入离子迁移谱的电离区，载气的流量为200mL/min；样品在电离区被电离成正、负离子，通过周期性开启的离子门，进入由均匀电场构成的漂移区，在漂移区得到分离与检测。实验时迁移管温度120℃，进样器温度60℃，载气（空气）和漂气（空气）气流分别为200mL/min和500mL/min。

从图中可以说明，以25ppm丙酮作为掺杂剂，作为掺杂剂辅助电离源离子迁移谱检测TATP的方法，在优化的迁移管温度和进样口温度条件下，可以实现对痕量TATP爆炸物的有效检测，因为产物离子峰在试剂离子峰前面，可以有效排除干扰物的影响。

Claims (9)

1.对新型过氧化爆炸物TATP的检测方法，其特征在于： 

在爆炸物样品的离子迁移谱检测过程中，将丙酮做掺杂剂添加到离子迁移谱的开放式气路的载气中，利用电离源将丙酮电离，产生丙酮二聚体离子作为试剂离子，样品分子通过热解析方式进入电离区，然后与试剂离子在迁移区进行分子-离子反应，在检测区能够获得反应离子信号，即检测出爆炸物。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于： 

所述离子迁移谱的开放式气路是指，环境的空气作为载气和漂气分别从载气入口和漂气入口通入离子迁移谱内，并由离子迁移谱的气体出口流出。 

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：离子迁移谱的电离源可以是镍源或紫外灯电离源，与丙酮掺杂剂联合，作为掺杂剂辅助电离源，通过离子迁移谱检测仪试验，正离子模式迁移谱检测仪里获得理想检测信号。 

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：迁移管温度控制范围为100℃～120℃。 

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将爆炸物利用热解析进样，热解析进样器进样口温度控制范围优选为50℃～60℃。 

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于： 

100℃～120℃的迁移管温度在TATP检测过程中优势明显，既避免低迁移管温度时产生峰强度很低的产物离子峰，又产生在试剂离子峰前面的特征试剂离子峰。 

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于： 

热解析进样器温度控制在50℃～60℃的优势在于获得较强的样品离子峰强度，同时避免了高进样器温度时产生的杂峰离子，使样品峰更加纯净。 

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：TATP爆炸物的痕量线性范围为5-100ng。 

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于： 

当存在护手霜等干扰物存在时，由于在优化条件下，TATP是在试剂离子峰前面出峰，因此不会存在干扰物的干扰，在干扰物存在条件下也可以有效检测出TATP。