毒剂降解产物(如神经性毒剂沙林的降解产物甲基膦酸)作为生产、使用和储备化学武器的重要判据之一，一直被作为化武履约核查的重要对象，由于其极性强、沸点高、挥发度低，要采用气相色谱或其联用技术分析，需要进行衍生以改善其色谱性能。硅烷化衍生作为常用的衍生方法，被广泛应用，但实际样品中金属离子，尤其是Ca2+、Mg2+离子存在时，会对烷基膦酸类化合物的衍生反应产生严重的影响，甚至难以进行。因此，为消除金属离子对该类化合物衍生反应的影响，MiekoKataoka等人就土壤样品中烷基膦酸的NaCl溶液萃取液，采用强阳离子交换(SCX)柱进行净化;在此基础上，他们还采用大孔径强阴离子交换(MSA)树脂，对土样水提取液、海水、百事可乐中烷基磷酸进行富集，使衍生效率有明显的提高。WilliamR.Creasy等人则采用SAX柱富集水相中的8种烷基膦酸。此外，J.Aa.Tornes采用氨基(NH2)弱阴离子交换柱萃取地下水中VX降解产物甲基膦酸、甲基膦酸单乙酯和水中神经毒剂降解产物，并对影响目标化合物回收率的因素进行优化。
本文主要就甲基膦酸(MPA)、甲基膦酸嚬哪酯(PMPA)、异丙基膦酸(IPA)和硫二甘醇(TDG)、硫二甘醇亚砜(TDGO)、硫二甘醇砜(TDGO2)的添加Ca2+、Mg2+、Na+离子等干扰的水样，进行采用强阳离子交换固相萃取(SCX)消除水样中的金属离子，尤其是Ca2+、Mg2+的方法研究，并运用均匀设计对影响离子交换的条件进行评价和优化，从而建立采用SCX固相萃取消除金属离子对目标化合物硅烷化衍生反应影响的方法。所建的方法，不仅可实现强离子干扰水样中烷基膦酸的检测，有效避免真实样品中目标化合物的丢失，而且对浓度各为1.0μg/mL和10μg/mL的6种目标化合物的加标回收率均在34.1%~103.8%之间，且相对标准偏差均小于10%，具有实用价值。
1实验部分
1.1主要仪器和器材气相色谱/质谱联用仪：GC/MS，型号UltraTraceDSQⅡ，美国热电公司;固相萃取小柱：强阳离子交换柱(SCX)，500mg/mL，美国Agilent公司。辅助器材：固相萃取真空装置，天津奥特赛恩斯仪器有限公司;1.5mL样品瓶及100μL样品瓶内衬管，美国Agilent公司;100μL微量移液器，德国吉尔森公司。
1.2试剂
极性降解产物：甲基膦酸(MPA)、异丙基膦酸(IPA)、甲基膦酸嚬哪酯(PMPA)、硫二甘醇(TGD)、硫二甘醇亚砜(TGDO)、硫二甘醇砜(TGDO2)，纯度大于95%，均为实验室合成;衍生化试剂：N,O-双(三甲基硅基)三氟乙酰胺(简称BSTFA)，纯度为98%，美国ACROS公司;金属盐：碳酸氢钠、硫酸钙、硫酸镁，分析纯，天津化学试剂股份有限公司;其他物质：磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三丁酯、聚乙二醇200，纯度大于99%，美国ACROS公司。
1.3强离子干扰水样
添加金属阳离子的水样，其中Na+、Ca2+、Mg2+浓度分别为200μg/mL、250μg/mL、100μg/mL，聚乙二醇200μg/mL为500μg/mL，磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯分别为20μg/mL、100μg/mL、100μg/mL;MPA、IPA、PMPA、TDG、TDGO、TDGO2各为5.0μg/mL。
1.4仪器条件
1.4.1色谱条件毛细管色谱柱：J&WDB-5MS(30m×0.25mm×0.25μm);载气流速：1mL/min;进样口温度：250℃;升温程序：初始温度50℃，以10℃/min升至280℃，保持2min;不分流进样，不分流时间0.7min;进样量1μL。
1.4.2质谱条件离化方式：EI;离化电压：70eV;离化电流：200μA;离子源温度180℃;传输线温度：280℃;扫描方式：全扫描;扫描时间：0.5s;溶剂延迟时间：7min。
1.5实验方法4.0mL模拟样品(1.3)经SCX柱消除离子干扰后，萃取液调节pH=10，用旋转蒸发仪于50℃、366mPa蒸发至干，残渣依次用0.4mL、0.3mL、0.2mL的1∶9BSTFA/CH3CN溶剂转移至加入尖底离心管中，再加入20μLBSTFA于70℃反应30min。然后用精密移液器加入50μL20μg/mL磷酸三丁酯/二氯甲烷溶液并定容至1.0mL，混匀，进样分析。
2结果与讨论
2.1实验方法的选择将1.3的模拟样品，进行不除阳离子直接硅烷化衍生(A)、不除阳离子甲基化衍生(B)和消除阳离子后硅烷化衍生(C)3种实验方法选择(见表1)。
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如磷酸一样具有一定的酸性(MPA的pKa分别为2.38、7.74;IPA为2.66、8.44)，易与金属离子，尤其是二价离子如Ca2+、Mg2+形成难溶性盐而被“禁锢”，当将水溶液蒸干、硅烷化衍生时，钙、镁的烷基膦酸盐难溶于所采用的硅烷化衍生介质中，致使无法衍生，进而检测不到烷基膦酸的硅烷化衍生产物;蒸干样品，酸化后可将烷基膦酸得以释放，能够与甲基化试剂发生反应，从而检测到目标化合物，但衍生产物均为烷基膦酸二甲酯类化合物，致使无法明确鉴定烷基膦酸和烷基膦酸单甲酯;经SCX交换后，溶液中的金属阳离子，尤其Ca2+、Mg2+大大减少或被消除，使得烷基膦酸游离于水溶液中，蒸干后易溶于反应介质而与硅烷化试剂发生反应，从而可检测到相应硅烷化衍生产物，分别为MPA-2TMS、IPA-2TMS、PMPA-TMS、TDG-2TMS、TDGO-2TMS和TDGO2-2TMS。(2)TDG、TDGO和TDGO2，并不与Ca2+、Mg2+形成难溶性盐，致使金属阳离子对该类化合物的硅烷化衍生反应影响不大。
因此，为明确鉴定化合物的结构，保证样品分析结果的完整性，需要采用SCX消除金属阳离子对烷基膦酸类化合物的干扰。
2.2影响阳离子交换条件的优化
本文采用均匀设计，对影响SCX的主要因素，如溶液的pH、上样流速、淋洗体积进行综合考察的基础上，运用神经网络的方法明确各因素对萃取效率的影响规律及其交互关系，得到各因素的最佳水平值(最佳萃取条件)。
2.2.1样品溶液pH值对离子交换的影响固定其他因素水平值，仅改变样品溶液pH值，得到溶液pH值对各化合物检出值影响的曲线图(见图1)。随着溶液pH值的升高，各目标化合物的回收率不断增加，当增至一定时趋于平衡，主要是因为：(1)要使得Ca2+、Mg2+等离子与SCX吸附剂发生交换，溶液的pH与SCX吸附剂的pKa必须相差两个单位或更大，以保证交换剂和分析物均处于离子状态。而SCX吸附剂的pKa约为2~3，因此，溶液的pH=4~5时，不利于Ca2+、Mg2+等阳离子的交换，使得目标化合物衍生效率不高;(2)当溶液pH值达到一定值时(与pKa的差值≥4时)，有利于SCX的磺酸单体处于阴离子状态;也使得未键合硅羟基中H+的参与交换作用，进一步增加与Ca2+、Mg2+、Na+的交换量;此外，随着交换剂表面的磺酸基和硅羟基参与交换量的增加，使得通过硅羟基的二次相互作用对TDG、TDGO和TDGO2的吸附量减少，使
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得3种化合物在流出液中的量不断增加，检出值也相应增加，当离子交换趋于完全或平衡后，检出值将不再发生变化。经综合分析，最优溶液pH值为8.8。
2.2.2上样流速对离子交换的影响固定其他因素水平值，仅改变上样流速，得到流速对离子交换影响的曲线图(见图2)。
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由图2可以看出，随着上样流速的增加，烷基膦酸类化合物，回收率不断降低;TDG、TDGO和TDGO2回收率基本保持不变。主要是因为：离子交换动力学比极性或非极性相互作用动力学稍慢，采用较低的流速有利于离子与吸附剂间的充分交换。随着流速的增加，越来越多的阳离子不能充分交换，致使在溶液中还存留少量Ca2+、Mg2+阳离子而影响烷基膦酸化合物的衍生;对TDG、TDGO和TDGO2，如前所述Ca2+、Mg2+对其硅烷化衍生影响不大，致使随着流速的增加，检出值变化不大。经综合分析，最优上样流速为：0.5mL/min。
2.2.3淋洗体积对离子交换的影响本实验目的是采用SCX萃取消除溶液中金属离子，尤其是Ca2+、Mg2+离子对目标化合物硅烷化衍生的影响，因此，交换后进行适当淋洗，以回收吸附在交换剂表面的目标化合物，避免化合物损失是十分必要的。就6种化合物而言，固定其他因素水平值，仅改变淋洗体积，得到淋洗体积对离子交换影响的曲线图(见图3)。
由图3可知，随着淋洗体积的增加，各目标化合物的检出值均不断增加。主要原因：SCX交换
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剂除具有阳离子交换和非极性作用机理外，其表面的硅羟基还具有较强的极性二次相互作用，并可通过此作用使含有羟基的化合物得以吸附。因此，随着淋洗体积不断增加，吸附在交换剂表面的目标化合物洗脱量不断增加，致使各目标化合物的检出值不断增大。经综合分析，最优淋洗体积为4.0mL。
2.3回收率的测定
2.3.1内标物选择和工作曲线绘制就1.2所列6种毒剂降解产物组成的混合物，在2.5~25μg/mL的浓度范围内配制成系列混合标样，按1.5硅烷化衍生方法，衍生后混合标样加入内标，经GC/MS分析后，绘制目标化合物峰面积与内标物峰面积比值对相应化合物浓度关系的回归曲线(见表2)。
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2.3.2加标回收率的测定按照1.5的实验方法、
2.2优化的综合最优条件和1.4的仪器条件，针对添加Na+、Ca2+、Mg2+和聚乙二醇200的水样进行目标化合物不同浓度加标回收率的测定(见表3)，其中Na+、Ca2+、Mg2+的浓度分别为200、250、100μg/mL，聚乙二醇200μg/mL为500μg/mL。由表3可看出，利用优化后条件，对1μg/mL和10μg/mL，除1μg/mL的MPA的回收率为34.1%外，其他化合物的回收率均大于50%。
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2.4方法评价
对未消除离子干扰和经离子交换消除干扰后的模拟水样(1.3)，蒸干硅烷化衍生后的样品，经GC/MS分析的数据、AMDIS处理后的TIC谱(见图4)。由图4可看出，消除离子的样品，可明显检测到烷基磷酸类化合物(硅烷化衍生产物)，而未处
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理的样品却检测不到，因此，采用SCX处理，可有效避免无机阳离子存在时烷基膦酸类化合物的丢失。尽管能够鉴别出MPA、IPA和PMPA的硅烷化衍生产物，但由图4b可以看出，IPA衍生产物的色谱峰被聚乙二醇衍生产物所掩盖。
3结论
通过对实验方法的选择和阳离子交换条件的优化，建立采用SCX同时测定强离子干扰水中的烷基膦酸类和硫二甘醇类化合物的方法，具体结论如下：(1)通过比较，确定采用SCX消除或减少金属离子后，硅烷化衍生测定强干扰离子环境中烷基膦酸和硫二甘醇类化合物的方法，同文献报道的方法相比，本方法可实现6种不同性质化合物的同时检测，具有创新性。(2)利用所建立的方法，对目标化合物各为1.0μg/mL和10μg/mL两种浓度的回收率分别为：MPA，34.1%和70.1%;IPA，91.7%和58.2%;PMPA，94.1%和103.8%;TDG，64.0%和70.4%;TDGO，77.6%和60.2%;TDGO2，53.0%和71.5%，且相对标准偏差均小于10%。(3)方法的评价结果表明，采用SCX可有效地消除溶液中二价金属离子对烷基膦酸类化合物硅烷化衍生反应的影响，可实现6种化合物的同时检测;但模拟体系中聚乙二醇的影响使得对IPA的分离效果不十分理想。
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