כמותי איתור של אדי נפץ Trace ידי טמפרטורת מתוכנת Desorption גלאי גז לכידת כרומטוגרפיה-אלקטרונים
Summary
עקוב אחר אדים של חומר נפץ TNT וRDX שנאספו בצינורות desorption תרמית מלא סופגים נותחו באמצעות מערכת desorption טמפרטורה מתוכנת מצמידים את GC עם גלאי לכידת אלקטרון. הניתוח אינסטרומנטלית בשילוב עם שיטה בתצהיר נוזלית ישירה כדי להפחית את השונות מדגם וחשבון לסחיפת מכשור והפסדים.
Abstract
בתצהיר הנוזלי הישיר של סטנדרטים פתרון על גבי צינורות desorption תרמית מלא סופגים משמש לניתוח כמותי של דגימות אדים נפיצות עקבות. השיטה בתצהיר נוזלית הישירה מניב נאמנות גבוהה בין הניתוח של דגימות אדים והניתוח של סטנדרטים פתרון מאשר באמצעות שיטות הזרקה נפרדות לאדים ופתרונות, כלומר, דגימות שנאספו בצינורות אדי איסוף וסטנדרטים שהוכנו בבקבוקוני פתרון. בנוסף, השיטה יכולה להסביר את הפסדי מכשור, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור מזעור השתנות וזיהוי כימי עקבות כמותית. גז כרומטוגרפיה עם גלאי לכידת אלקטרון היא תצורת מכשור רגישה לנטר-האנרגטיקה, כמו TNT ו RDX, בשל הזיקה האלקטרונית הגבוהה יחסית שלהם. עם זאת, quantitation אדים של חומרים אלו הוא קשה בלי סטנדרטים אדים ובת קיימא. לפיכך, אנו מבטלים את הדרישה לסטנדרטי אדים על ידי שילוב שלהרגישות של המכשור עם פרוטוקול בתצהיר נוזלי ישיר לנתח דגימות אדים נפיצות עקבות.
Introduction
גז כרומטוגרפיה (GC) היא טכניקת ניתוח אינסטרומנטלי ליבה של כימיה אנליטית והיא לטעון בכל מקום כמו צלחת או איזון חם במעבדה לכימיה. מכשור GC יכול לשמש להכנה, זיהוי והכימות של מספר רב של תרכובות כימיות והוא יכול להיות בשילוב למגוון של גלאים, כגון גלאי יינון להבה (FIDs), גלאי צילום יינון (PIDs), גלאי מוליכות תרמית ( TCDs), גלאי לכידת אלקטרונים (ECDs), וספקטרומטר מסות (MS), בהתאם לanalytes, מתודולוגיה, ויישום. יכולות להיות הציגו דוגמאות דרך כניסת הפיצול / splitless סטנדרטי בעבודה עם פתרונות מדגם קטנים, פתחי הכניסה ניתוח אמיץ מיוחדים, שלב מיקרו מיצוי מוצק מזרקים (SPME), או מערכות desorption תרמית. GC-MS היא לעתים קרובות בטכניקה סטנדרטית המשמשת ביישומי אימות ואימות של טכניקות חלופיות או מתעוררים, זיהוי בגלל השירות שלה, הגמישות,וכוח ההזדהות עם מסדי נתונים הוקמו כימיים וספריות – 1. 7 GC ודגימה הקשורים אליה ורכיבי איתור הוא אידיאלי עבור ניתוח כימי שיגרתי ומיוחד יותר, מאתגר יישומים אנליטיים.
יישום אנליטי של הגדלת ריבית לצבאית, בטחון פנים, וחברות מסחריות הוא להתחקות איתור אדים נפיץ, עם זיהוי כולל זיהוי וכימות. עקוב אחר איתור אדים נפיץ הוא אתגר כימיה אנליטית ייחודי משום analytes, כגון 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) וcyclotrimethylenetrinitramine (RDX) יש תכונות גופניות שגורם להם קשה במיוחד לטפל ונפרד באמצעות ניתוח רחב יותר, כללי יותר כימי מתודולוגיות. Necessit לחצי אדים נמוכים יחסית וריכוז תת חלקים לכל מיליון לפי נפח (ppm v) רווי אדים, בשילוב עם מקדמי דבק גבוהים יחסית,אכל פרוטוקולים מיוחדים דגימה, מכשור, ושיטות לכמת 8 -. 12 GC מצמידים את גלאי אלקטרונים לכידת (ECD) או ספקטרומטר מסה (MS) הוא שיטה יעילה לquantitating analytes נפץ, במיוחד dinitrotoluene, TNT, וRDX (DNT) . 6,13 – 17 GC-ECD הוא שימושי במיוחד עבור תרכובות ניטרו-אנרגטי בגלל הזיקה האלקטרונית הגבוהה יחסית שלהם. הסוכנות האמריקנית להגנת הסביבה (EPA) יצרה שיטות סטנדרטיות לגילוי אנליטי נפץ באמצעות GC-ECD ו GC-MS, אבל שיטות אלה התמקדו בדגימות בפתרון, כגון מי תהום, ולא דגימות שנאספו בשלב האדים. 2 , 18-23 על מנת לזהות אדים נפיצים, יש להשתמש בפרוטוקולי דגימה חלופיים, כגון איסוף אדים עם צינורות מדגם desorption תרמית מלא סופגים, אבל גילוי כמות עדיין קשים בשל חוסר בתקני אדיםnd שיטות כיול שלא מדברים על הפסדי צינור מדגם ומכשור.
לאחרונה, שיטות לכמת את השימוש במערכות desorption תרמיים עם מערכת מקוררת כניסה (TDS-CIS), מצמידים את GC-ECD פותחו עבור אדי TNT ו RDX. 24,25 ההפסדים הקשורים למכשור TDS-CIS-GC-ECD לזכר אדים נפיצים אופיינו והיוו בעקומות כיול למשל באמצעות שיטה בתצהיר נוזלית ישירה על גבי צינורות מדגם desorption תרמית מלא סופגים. עם זאת, בספרות המתמקדת באפיון ופיתוח מכשור שיטה אבל אדים נפיצים לא נדגם למעשה, ניתחו, או נבדק, רק סטנדרטים פתרון. בזאת, הדגש הוא על הפרוטוקול לדגימה וquantitating אדים נפיצים. הפרוטוקול ומתודולוגיה יכולים להיות מורחב לanalytes האחר ולעקוב אחר אדים נפיצים, כגון tetranitrate Pentaerythritol (PETN).
Protocol
Representative Results
Discussion
שחזור הוא תכונה קריטית עבור quantitation של אדים נפיצים עקבות שימוש בשיטה בתצהיר נוזלית הישירה עם מכשור TDS-CIS-GC-ECD, וסטיית תקן יחסית (RSD) משמשת לעתים קרובות כמדד לשחזור. יש לנו ניסיון RSDs לשחזור מדגם הפנים בין ושל כ -5% לTNT ו10% לRDX. כל RSD מעל 15% משמש כאינדיקטור כדי לבדוק מקורות נפוצי?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
תמיכה כספית הניתנת על ידי המחלקה לביטחון מולדת המדע ואגף טכנולוגיה.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 2,4,6-Trinitrotoluene (TNT) | Accu-Standard | M-8330-11-A-10X | 10,000 ng μL-1 |
| Cyclotrimethylenetrinitramine (RDX) | Accu-Standard | M-8330-05-A-10X | 10,000 ng μL-1 |
| 3,4-Dinitrotoluene (3,4-DNT) | Accu-Standard | S-22988-01 | 1000 ng μL-1 |
| Tenax® TA Vapor Sample Tubes | Gerstel | 009947-000-00 | Tenax® 60/80 |
| CIS4 Liner | Gerstel | 014652-005-00 | |
| Transfer Line Ferrule | Gerstel | 001805-008-00 | |
| Inlet Liner Ferrule | Gerstel | 001805-040-00 | |
| CIS4 Ferrule | Gerstel | 007541-010-00 | |
| ECD Detector Ferrule | Aglient | 5181-3323 | |
| DB5-MS Column | Res-Tek | 12620 |
References
- McLafferty, F. W., Stauffer, D. B., Twiss-Brooks, A. B., Loh, S. Y. An enlarged data base of electron-ionization mass spectra. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 2 (5), 432-437 (1991).
- Psillakis, E., Kalogerakis, N. Application of solvent microextraction to the analysis of nitroaromatic explosives in water samples. Journal of Chromatography A. 907 (1-2), 211-219 (2001).
- Babushok, V. I., Linstrom, P. J., et al. Development of a database of gas chromatographic retention properties of organic compounds. Journal of Chromatography A. 1157 (1-2), 414-421 (2007).
- National Institute of Standards and Technology. . NIST/EPA/MSDC Mass Spectral Database, Standard Reference Database 1 (NIST 08). , (2008).
- Stein, S. E., Pierre, A., Lias, S. G. Comparative evaluations of mass spectral databases. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 2 (5), 441-443 (1991).
- Sigman, M. E., Ma, C. -. Y., Ilgner, R. H. Performance Evaluation of an In-Injection Port Thermal Desorption/Gas Chromatographic/Negative Ion Chemical Ionization Mass Spectrometric Method for Trace Explosive Vapor Analysis. Analytical Chemistry. 73 (4), 792-798 (2001).
- Ausloos, P., Clifton, C., et al. The critical evaluation of a comprehensive mass spectral library. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 10 (4), 287-299 (1999).
- Dionne, B. C., Rounbehler, D. P., Achter, E. K., Hobbs, J. R., Fine, D. H. Vapor Pressure of Explosives. Journal of Energetic Materials. 4 (1), 447-472 (1986).
- Ewing, R. G., Waltman, M. J., Atkinson, D. A., Grate, J. W., Hotchkiss, P. J. The vapor pressures of explosives. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 42, 35-48 (2013).
- Wallin, S., Ang, H. G. Vapor Pressure of Explosives: A Critical Review. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 37 (1), 12-23 (2012).
- Pinnaduwage, L. A., Yi, D., Tian, F., Thundat, T., Lareau, R. T. Adsorption of Trinitrotoluene on Uncoated Silicon Microcantilever Surfaces. Langmuir. 20 (7), 2690-2694 (2004).
- Moore, D. S. Instrumentation for trace detection of high explosives. Review of Scientific Instruments. 75 (8), 2499-2512 (2004).
- Douse, J. M. F. Trace analysis of explosives at the low picogram level by silica capillary column gas–liquid chromatography with electron-capture detection. Journal of Chromatography A. 208 (1), 83-88 (1981).
- Douse, J. M. F. Trace analysis of explosives in handswab extracts using amberlite XAD-7 porous polymer beads, silica capillary column gas-chromatography with electron-capture detection and thin-layer chromatography. Journal of Chromatography. 234, 415-425 (1982).
- Sigman, M. E., Ma, C. -. Y. In-Injection Port Thermal Desorption for Explosives Trace Evidence Analysis. Analytical Chemistry. 71 (19), 4119-4124 (1999).
- Yinon, J., Zitrin, S. . Modern Methods and Applications in Analysis of Explosives. , (1993).
- Waddell, R., Dale, D. E., Monagle, M., Smith, S. A. Determination of nitroaromatic and nitramine explosives from a PTFE wipe using thermal desorption-gas chromatography with electron-capture detection. Journal of Chromatography A. 1062 (1), 125-131 (2005).
- Hable, M., Stern, C., Asowata, C., Williams, K. The determination of nitroaromatics and nitramines in ground and drinking water by wide-bore capillary gas chromatography. Journal of Chromatographic Science. 29 (4), 131-135 (1991).
- Yinon, J. Trace analysis of explosives in water by gas chromatography–mass spectrometry with a temperature-programmed injector. Journal of Chromatography A. 742 (1-2), 205-209 (1996).
- Walsh, M. E. Determination of nitroaromatic, nitramine, and nitrate ester explosives in soil by gas chromatography and an electron capture detector. Talanta. 54 (3), 427-438 (2001).
- Field, C. R., Lubrano, A. L., Rogers, D. A., Giordano, B. C., Collins, G. E. Direct Liquid Deposition Calibration Method for Trace Cyclotrimethylenetrinitramine Using Thermal Desorption Instrumentation. Journal of Chromatography A. 1282, 178-182 (2013).
- Field, C. R., Giordano, B. C., Rogers, D. A., Lubrano, A. L., Rose-Pehrsson, S. L. Characterization of Thermal Desorption Instrumentation with a Direct Liquid Deposition Calibration Method for Trace 2,4,6-Trinitrotoluene Quantitation. Journal of Chromatography A. 1227, 10-18 (2012).
- Excoffier, J. L., Guiochon, G. Automatic peak detection in chromatography. Chromatographia. 15 (9), 543-545 (1982).
- Vivó-Truyols, G., Torres-Lapasió, J. R., van Nederkassel, A. M., Vander Heyden, Y., Massart, D. L. Automatic program for peak detection and deconvolution of multi-overlapped chromatographic signals: Part I: Peak detection. Journal of Chromatography A. 1096 (1-2), 133-145 (2005).
- Vivó-Truyols, G., Torres-Lapasió, J. R., van Nederkassel, A. M., Vander Heyden, Y., Massart, D. L. Automatic program for peak detection and deconvolution of multi-overlapped chromatographic signals: Part II: Peak model and deconvolution algorithms. Journal of Chromatography A. 1096 (1-2), 146-155 (2005).
- Fong, S. S., Rearden, P., Kanchagar, C., Sassetti, C., Trevejo, J., Brereton, R. G. Automated Peak Detection and Matching Algorithm for Gas Chromatography−Differential Mobility Spectrometry. Analytical Chemistry. 83 (5), 1537-1546 (2011).
- Hargrove, W. F., Rosenthal, D., Cooley, P. C. Improvement of algorithm for peak detection in automatic gas chromatography-mass spectrometry data processing. Analytical Chemistry. 53 (3), 538-539 (1981).
- Middleditch, B. S. . Analytical Artifacts GC, MS, HPLC, TLC and PC. 44, (1989).
