王 勇，耿 慶，左躍先，周新文，練鴻振，潘廣文

（1.南京市公安局，江蘇 南京 210001；2.生命分析化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院和現(xiàn)代分析中心，江蘇 南京 210093；3.賽默飛世爾科技（中國(guó)）有限公司，上海 201203）

肼（hydrazine），又稱聯(lián)氨（分子式:H2N-NH2），是一種有毒的強(qiáng)極性化合物，常態(tài)下呈無(wú)色油狀液體，溶于水、醇、氨等溶劑，通常以水合肼的形式存在。肼常用作生產(chǎn)火箭推進(jìn)劑和炸藥；用作炸藥時(shí)，通常是以硝酸肼-水合肼混合物的形式存在，二者按比例混合即是一種雙元體系的混合液體炸藥［1，2］。因其具有良好的爆炸性能，近些年來(lái)得以不斷發(fā)展；同時(shí)因其制造工藝簡(jiǎn)單，原料來(lái)源廣泛，且呈液態(tài)易于偽裝，故易被恐怖分子加以利用進(jìn)行恐怖襲擊。然而，對(duì)于肼離子的檢驗(yàn)，目前國(guó)內(nèi)外均鮮見(jiàn)報(bào)道。

肼的檢驗(yàn)通常有氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（GCMS）［3-7］、碘滴定法［8］、分光光度法［9-12］和離子色譜法［13］等。由于肼是一種強(qiáng)極性的化合物，采用GCMS需對(duì)樣品進(jìn)行衍生化前處理，過(guò)程繁瑣，耗時(shí)較長(zhǎng)，且需使用有毒試劑，因此該法并不符合刑事物證鑒定中快速的要求。碘滴定法是在含肼溶液中加入硫酸生成穩(wěn)定的硫酸肼，在碳酸氫鈉存在下用碘溶液滴定，以過(guò)量碘溶液的顏色指示終點(diǎn)；該法對(duì)于工業(yè)水合肼的檢測(cè)有效，但對(duì)于含量較低的爆炸塵土中的肼，定量誤差較大，可靠性較差。分光光度法則利用肼與對(duì)二甲氨基苯甲醛作用生成對(duì)二甲氨基芐連氮，在酸性條件下形成醌式結(jié)構(gòu)的黃色化合物而后進(jìn)行紫外-可見(jiàn)分光光度分析；該法仍然需要通過(guò)肼與顯色劑發(fā)生反應(yīng)進(jìn)行間接定量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)肼離子的直接測(cè)定，誤差較大，尤其對(duì)低含量的肼離子測(cè)定可靠性仍然較差，不符合刑事物證鑒定中準(zhǔn)確的要求。而由于肼在水中呈離子狀態(tài)，因此可使用離子色譜法對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，離子色譜法是近年來(lái)檢驗(yàn)離子型化合物的首選方法［13］，該法可克服上述幾種方法的缺陷，是肼離子檢驗(yàn)較為理想的方法。

本文以去離子水作為塵土中肼離子的提取劑，經(jīng)OnGuardⅡRP小柱和0.22μm過(guò)濾膜過(guò)濾后，以5mmol／L甲基磺酸為淋洗液，采用IonPac CS-12A離子交換色譜柱進(jìn)行分離，并在柱后加堿后采用金電極安培檢測(cè)器檢測(cè)。經(jīng)研究證明，該法可直接對(duì)肼離子進(jìn)行檢測(cè)，免去了繁瑣的衍生化、顏色反應(yīng)等前處理過(guò)程，僅用去離子水即可對(duì)肼離子進(jìn)行提取，不但操作簡(jiǎn)便，重現(xiàn)性好，定量精確，能快速完成檢測(cè)，而且檢出限、精密度等參數(shù)均優(yōu)于其他檢測(cè)方法，能滿足刑事物證鑒定中肼離子的檢測(cè)與分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

ICS-5000型離子色譜儀（包括四元梯度泵＋等度泵（柱后加堿）、T型三通、AS-AP自動(dòng)進(jìn)樣器，美國(guó)ThermoFisher公司）；超純水儀（美國(guó)密理博公司）；超聲儀（昆山禾創(chuàng)公司）；離心機(jī)（德國(guó)艾本德公司）；OnGuardⅡRP柱（1.0mL，美國(guó)ThermoFisher公司）；0.22μm無(wú)機(jī)相針式過(guò)濾器（上海安譜公司）。

硫酸肼標(biāo)準(zhǔn)品（純度99%，美國(guó)ACROS ORGANICS公司）。

肼離子空白土壤:自行制備，土壤取自南京雨花臺(tái)區(qū)某荒山，經(jīng)檢測(cè)不含肼離子。

1.2 色譜條件

ThermoFisher IonPac CS-12A陽(yáng)離子分析柱（250mm×4mm）及其IonPac CG-12A保護(hù)柱（50 mm×4mm），柱溫30℃；安培檢測(cè)器:金電極，pH／Ag／AgCl參比模式，積分脈沖安培檢測(cè)（IPAD），氨基酸六電位波形，具體參數(shù)見(jiàn)表1。A泵:5mmol／L甲基磺酸，等度淋洗，流速1.0mL／min；B泵（柱后加堿）:0.1mol／L NaOH 溶液，流速0.3mL／min；自動(dòng)進(jìn)樣，定量環(huán)25μL。

表1 檢測(cè)肼的電位波形Table 1 Potential waveform for the detection of hydrazine

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

取硫酸肼標(biāo)準(zhǔn)品，用去離子水配制成0.02、0.1、0.2、0.4、2.0mg／L的肼離子標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.4 樣品前處理

活化:使用前將OnGuardⅡRP柱先后用5mL甲醇、10mL去離子水活化，流速均為2mL／min，活化時(shí)間為30min［14］。

提取:取塵土樣品1.0g，加去離子水定容至50 mL，超聲提取30min，于7000r／min下離心20 min，取上清液并稀釋4倍，分別過(guò)OnGuardⅡRP小柱和0.22μm針式過(guò)濾器，棄去前3mL初濾液，取續(xù)濾液進(jìn)樣分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的選擇及優(yōu)化

2.1.1 前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

肼極易溶于水，故本研究選用水作提取劑。在對(duì)土壤樣品進(jìn)行前處理時(shí)，分別考察了超聲20、30、40min條件下提取效率的變化，結(jié)果顯示超聲20 min時(shí)加標(biāo)回收率約為91%，超聲30min和40min時(shí)加標(biāo)回收率均約為97%，故樣品超聲時(shí)間選用30 min。另外，土壤樣品呈粉末狀，且基體復(fù)雜，富含有機(jī)物，提取的水溶液經(jīng)過(guò)離心過(guò)濾后可除去大部分顆粒物，過(guò)OnGuardⅡRP柱可除去大部分有機(jī)物，不但保證了肼的充分提取，同時(shí)又保護(hù)了色譜柱不受有機(jī)雜質(zhì)的污染。

2.1.2 分離柱的選擇

考察了IonPac CS-12A和IonPac CS-16兩種陽(yáng)離子分離柱對(duì)肼離子的分離情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肼離子在CS-12A色譜柱中與主要干擾離子銨離子分離較好。這主要是因?yàn)镮onPac CS-16是高容量的離子色譜柱，對(duì)于某些有細(xì)微差別的離子分辨率較低，銨離子和肼離子在IonPac CS-16柱上的保留值接近，故分離度較低，無(wú)論是等度淋洗還是梯度淋洗都不能達(dá)到基線分離；而IonPac CS-12A是一種聚合物基質(zhì)的陽(yáng)離子交換柱，聚合物基質(zhì)上鍵合的官能團(tuán)為羧酸基團(tuán)，而肼的結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)氨基，在酸性條件下可以形成帶正電荷的陽(yáng)離子，因此在IonPac CS-12A柱上可以有明顯的保留，并與其他常見(jiàn)陽(yáng)離子如鋰、鈉、鉀、鎂和鈣等離子之間具有良好的分離度。同時(shí)，IonPac CS-12A陽(yáng)離子分離柱容量適中，不但分離度良好，而且分析速度快，在分離肼離子和銨離子時(shí)優(yōu)勢(shì)較為明顯，因此本研究選用Ion-Pac CS-12A色譜柱對(duì)肼離子進(jìn)行分離。

2.1.3 淋洗液濃度的選擇

因肼離子色譜峰附近僅有銨離子干擾較大，經(jīng)考察不需要進(jìn)行梯度淋洗，等度淋洗即可滿足檢驗(yàn)要求。本研究分別考察了20、10和5mmol／L甲基磺酸作為淋洗液對(duì)肼離子分離情況的影響。結(jié)果表明，采用20和10mmol／L甲基磺酸淋洗時(shí)，肼離子與銨離子無(wú)法完全分離；甲基磺酸濃度降至5 mmol／L時(shí)，肼離子與銨離子分離度可大于1.5，分離情況良好，并可在15min內(nèi)完成分析，滿足檢驗(yàn)要求。因此本研究選擇5mmol／L甲基磺酸作為淋洗液。

2.1.4 檢測(cè)器的選擇

離子色譜法最常用的檢測(cè)器有電導(dǎo)檢測(cè)器和安培檢測(cè)器。在肼離子的分析中二者均可應(yīng)用，但優(yōu)勢(shì)有所差異。肼形成陽(yáng)離子后能夠在電導(dǎo)檢測(cè)器中有明顯的信號(hào)，但當(dāng)樣品濃度較低時(shí)，電導(dǎo)檢測(cè)器的靈敏度難以滿足測(cè)定的需要，并且高濃度的其他常見(jiàn)陽(yáng)離子會(huì)對(duì)肼離子的定量造成干擾；而本研究中液體炸藥爆炸塵土中肼離子的含量較低，估測(cè)在實(shí)發(fā)案件中可低至痕量級(jí)，因此使用電導(dǎo)檢測(cè)器并不適合。安培檢測(cè)器主要是利用在特定電位條件下肼離子在電極上發(fā)生反應(yīng)的特性，使電極上的電流發(fā)生改變，而電流的大小與樣品的濃度之間存在比例關(guān)系，因此監(jiān)測(cè)電流的變化值就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)肼離子準(zhǔn)確定量。通常安培檢測(cè)器的靈敏度較高，而且只對(duì)有電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)有信號(hào)，檢測(cè)的選擇性高，可排除復(fù)雜基質(zhì)的干擾。因而本研究選用安培檢測(cè)器對(duì)肼離子進(jìn)行檢測(cè)。

2.1.5 檢測(cè)條件的優(yōu)化

肼的結(jié)構(gòu)中含有伯氨基，需要在堿性條件下才能夠利用氨基酸的六電位波形在金電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，故記錄電流的變化情況即可在安培檢測(cè)器上測(cè)定樣品中肼的含量。而本研究是在酸性條件下，采用陽(yáng)離子交換柱將肼和其他陽(yáng)離子分離，因此需要在柱后加入NaOH溶液，使得分離出來(lái)的肼離子在堿性條件下在金電極表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流信號(hào)的變化，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品中肼含量的測(cè)定。估測(cè)樣品中肼離子含量較低，因此柱后選擇濃度為0.1mol／L的NaOH溶液進(jìn)行反應(yīng)。另外，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)加堿的速度進(jìn)行了優(yōu)化，由于堿性越強(qiáng)，安培檢測(cè)器的靈敏度越高，但同時(shí)可使基線噪聲也增大，綜合靈敏度和噪聲兩個(gè)因素，經(jīng)測(cè)試，加堿速度定為0.3mL／min能達(dá)到理想的效果。圖1是爆炸塵土、空白添加塵土（200μg／g）及空白塵土在優(yōu)化條件下檢測(cè)肼離子的色譜圖。

圖1 （a）爆炸塵土、（b）添加肼離子標(biāo)準(zhǔn)品（200μg／g）的空白塵土及（c）空白塵土的離子色譜圖Fig.1 Chromatograms of（a）an explosion dust sample，（b）a blank dust sample spiked with hydrazine standard（200μg／g）and（c）a blank dust sample by IC

2.2 線性范圍、檢出限和定量限

在所選定的色譜條件下，對(duì)質(zhì)量濃度分別為0.02、0.1、0.2、0.4、2.0mg／L的肼離子標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣分析，以肼離子的質(zhì)量濃度（mg／L）為橫坐標(biāo)X，測(cè)得的峰面積為縱坐標(biāo)Y進(jìn)行線性回歸，得到該分析方法的肼離子線性方程為Y＝33.5439 X-0.8074，相關(guān)系數(shù)r2＝0.9997；以信噪比為3確定檢出限（LOD）為5.0μg／L，以信噪比為10確定定量限（LOQ）為16.6μg／L。結(jié)果表明該法能滿足物證鑒定中對(duì)液體炸藥爆炸塵土中肼離子的檢驗(yàn)。

2.3 方法回收率和精密度

在空白塵土中分別添加5.0、50.0、320.0μg／g 3個(gè)水平的肼離子，每個(gè)水平制作5份，應(yīng)用本文建立的方法進(jìn)行測(cè)定，對(duì)本方法的回收率和精密度進(jìn)行考察。每個(gè)樣品平行進(jìn)樣測(cè)定2次，其平均回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）見(jiàn)表2。結(jié)果表明該法回收率和精密度均可滿足檢驗(yàn)鑒定的要求。

表2 空白塵土中肼離子的平均加標(biāo)回收率及精密度（n＝5）Table 2 Recoveries and relative standard deviations（RSDs）of hydrazine spiked in blank dust（n＝5）

2.4 樣品測(cè)定

應(yīng)用本文建立的方法對(duì)實(shí)際液體炸藥爆炸塵土中的肼離子進(jìn)行提取和離子色譜測(cè)定，扣除稀釋因素的影響，最終計(jì)算得到樣品中肼離子的含量為10.3mg／kg。

3 結(jié)論

本文建立了液體炸藥爆炸塵土中肼離子的離子色譜檢測(cè)方法。該法圍繞刑事物證鑒定工作中對(duì)液體炸藥爆炸塵土中肼離子的檢測(cè)要求，使用去離子水作為提取劑，經(jīng)OnGuardⅡRP小柱和0.22μm過(guò)濾膜過(guò)濾去除塵土樣品中的大分子有機(jī)物和固體小微粒，濾液采用IonPac CS-12A離子交換色譜柱進(jìn)行分離，并在柱后加堿后采用安培檢測(cè)器檢測(cè)，取得了理想的結(jié)果。本方法具有前處理簡(jiǎn)單、定量結(jié)果精密度高、對(duì)環(huán)境污染較小等特點(diǎn)，進(jìn)樣后在15 min內(nèi)完成分析，可迅速為案件定性，并為偵察工作提供線索，能滿足刑事物證鑒定中快速、準(zhǔn)確的工作要求。

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