chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2024-19-5-462-478YSOENJchemicallytech-2164Research ArticleANALYTICAL METHODS IN CHEMISTRY AND CHEMICAL TECHNOLOGYАНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИAnalysis of the ion mobility spectra of chloroacetophenone, tris(2-chloroethyl)amine, and methanethiolАнализ спектров ионной подвижности хлорацетофенона, трис(2-хлорэтил)амина и метилмеркаптанаhttps://orcid.org/0000-0001-8389-3964АлександроваД. А.AleksandrovaD. A.

Александрова Дарья Алексеевна, аспирант, кафедра экспертизы в допинг- и наркоконтроле; инженер-химик

125047, Москва, Миусская площадь, д. 9

117638, Москва, Варшавское шоссе, д. 56, стр. 2

Scopus Author ID 57208706352

Daria A. Aleksandrova, Postgraduate Student, Department of Expertise in Doping and Drug Control; Chemical Engineer

9, Miusskaya pl., Moscow, 1125047

56-2, Varshavskoe sh., Moscow, 117638

Scopus Author ID 57208706352

dasha-25.2012@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6457-2417МеламедТ. Б.MelamedT. B.

Меламед Татьяна Борисовна, магистрант, кафедра экспертизы в допинг- и наркоконтроле

125047, Москва, Миусская площадь, д. 9

Tatiana B. Melamed, Master Student, Department of Expertise in Doping and Drug Control

9, Miusskaya pl., Moscow, 1125047

melamed.tanya@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9226-3478БаберкинаЕ. П.BaberkinaE. P.

Баберкина Елена Петровна, к.х.н., доцент, кафедра экспертизы в допинг- и наркоконтроле

125047, Москва, Миусская площадь, д. 9

Scopus Author ID 56636782900

Elena P. Baberkina, Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor, Department of Expertise in Doping and Drug Control

9, Miusskaya pl., Moscow, 1125047

Scopus Author ID 56636782900

bettycka@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4088-6822ОсиноваЕ. С.OsinovaE. S.

Осинова Екатерина Сергеевна, аспирант, кафедра экспертизы в допинг- и наркоконтроле

125047, Москва, Миусская площадь, д. 9

Ekaterina S. Osinova, Postgraduate Student, Department of Expertise in Doping and Drug Control

9, Miusskaya pl., Moscow, 1125047

osinova_kat@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0103-2771ЛузенинаЛ. А.LuzeninaL. A.

Лузенина Лидия Андреевна, студент

125047, Москва, Миусская площадь, д. 9

Lidiya A. Luzenina, Student

9, Miusskaya pl., Moscow, 1125047

luzenina.l.a@muctr.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1928-5651КаплинА. А.KaplinA. A.

Каплин Артем Александрович, студент

125047, Москва, Миусская площадь, д. 9

Artem A. Kaplin, Student

9, Miusskaya pl., Moscow, 1125047

kaplin.artem@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2923-5471ЯкушинР. В.YakushinR. V.

Якушин Роман Владимирович, к.т.н., доцент, кафедра органической химии, декан факультета химико-фармацевтических технологий и биомедицинских препаратов

125047, Москва, Миусская площадь, д. 9

Scopus Author ID56974245100

ResearcherID A-5116-2014

Roman V. Yakushin, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Organic Chemistry, Dean of the Faculty of Chemical and Pharmaceutical Technologies and Biomedical Products

9, Miusskaya pl., Moscow, 1125047

Scopus Author ID 56974245100

ResearcherID A-5116-2014

yakushin@muctr.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8412-0311КоваленкоА. Е.KovalenkoA. E.

Коваленко Алексей Евгеньевич, к.т.н., доцент, кафедра экспертизы в допинг- и наркоконтроле

125047, Москва, Миусская площадь, д. 9

Scopus Author ID 57208702823

Aleksey E. Kovalenko, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Expertise in Doping and Drug Control

9, Miusskaya pl., Moscow, 1125047

Scopus Author ID 57208702823

aekov@muctr.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9469-2682ЦаплинГ. В.TsaplinG. V.

Цаплин Григорий Валерьевич, ассистент, кафедра химии и технологии органического синтеза

125047, Москва, Миусская площадь, д. 9

Scopus Author ID 57202814506

Grigory V. Tsaplin, Assistant, Department of Chemistry and Technology of Organic Synthesis

9, Miusskaya pl., Moscow, 1125047

Scopus Author ID 57202814506

tsaplingv@muctr.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5987-7673СинькевичЮ. Б.SinkevichYu. B.

Синькевич Юрий Борисович, учебный мастер, кафедра химии и технологии органического синтеза

125047, Москва, Миусская площадь, д. 9

Scopus Author ID 16029689600

Yuri B. Sinkevich, Training Master, Department of Chemistry and Technology of Organic Synthesis

9, Miusskaya pl., Moscow, 1125047

Scopus Author ID 16029689600

sinkevich_y@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5193-3607ФенинА. А.FeninA. A.

Фенин Анатолий Александрович, старший преподаватель, кафедра химии высоких энергий и радиоэкологии

125047, Москва, Миусская площадь, д. 9

Scopus Author ID 16202751400

ResearcherID T-9318-2017

Anatoliy A. Fenin, Senior Lecturer, Department of High Energy Chemistry and Radioecology

9, Miusskaya pl., Moscow, 1125047

Scopus Author ID 16202751400

ResearcherID T-9318-2017

fenin@muctr.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9856-6031ШалтаеваЮ. Р.ShaltaevaJ. R.

Шалтаева Юлия Ринатовна, старший преподаватель, отделение нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике офиса образовательных программ (414), Институт нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике

115409, Москва, Каширское ш., д. 31

Scopus Author ID 56018762000

Julia R. Shaltaeva, Senior Lecturer, Division of Nanotechnologies in Electronics, Spintronics and Photonics, Office of Academic Programs (414), Institute of Nanoengineering in Electronics, Spintronics and Photonics

31, Kashirskoe sh., Moscow, 115409

Scopus Author ID 56018762000

YRShaltayeva@mephi.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0236-1243БеляковВ. В.BelyakovV. V.

Беляков Владимир Васильевич, к.т.н., доцент, отделение нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике офиса образовательных программ (414), Институт нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике

115409, Москва, Каширское ш., д. 31

Scopus Author ID 7103252626

Vladimir V. Belyakov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Division of Nanotechnologies in Electronics, Spintronics and Photonics, Office of Academic Programs (414), Institute of Nanoengineering in Electronics, Spintronics and Photonics

31, Kashirskoe sh., Moscow, 115409

Scopus Author ID 7103252626

VVBelyakov@mephi.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4605-945XШабляА. О.ShablyaA. O.

Шабля Алексей Олегович, заместитель генерального директора

117638, Москва, Варшавское шоссе, д. 56, стр. 2

Aleksey O. Shablya, Deputy General Director

56-2, Varshavskoe sh., Moscow, 117638

a.shablya@analizator.ruhttps://orcid.org/0009-0008-1540-6739СазоновА. Г.SazonovA. G.

Сазонов Андрей Гавриилович, генеральный директор

117638, Москва, Варшавское шоссе, д. 56, стр. 2

Andrey G. Sazonov, General Director

56-2, Varshavskoe sh., Moscow, 117638

kerber@analizator.ruРоссийский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; МодусРоссияMendeleev University of Chemical Technology of Russia; ModusRussian FederationРоссийский химико-технологический университет им. Д.И. МенделееваРоссияMendeleev University of Chemical Technology of RussiaRussian FederationНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational Research Nuclear University “MEPHI”Russian FederationМодусРоссияModusRussian Federation202404112024195462478Copyright © Aleksandrova D.A., Melamed T.B., Baberkina E.P., Osinova E.S., Luzenina L.A., Kaplin A.A., Yakushin R.V., Kovalenko A.E., Tsaplin G.V., Sinkevich Y.B., Fenin A.A., Shaltaeva J.R., Belyakov V.V., Shablya A.O., Sazonov A.G., 20242024Александрова Д.А., Меламед Т.Б., Баберкина Е.П., Осинова Е.С., Лузенина Л.А., Каплин А.А., Якушин Р.В., Коваленко А.Е., Цаплин Г.В., Синькевич Ю.Б., Фенин А.А., Шалтаева Ю.Р., Беляков В.В., Шабля А.О., Сазонов А.Г.Aleksandrova D.A., Melamed T.B., Baberkina E.P., Osinova E.S., Luzenina L.A., Kaplin A.A., Yakushin R.V., Kovalenko A.E., Tsaplin G.V., Sinkevich Y.B., Fenin A.A., Shaltaeva J.R., Belyakov V.V., Shablya A.O., Sazonov A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/2164

Objectives. To determine the ion mobilities of chloroacetophenone, tris(2-chloroethyl)amine, and methanethiol; the structure of ions corresponding to characteristic signals; the detection limits of chloroacetophenone, tris(2-chloroethyl)amine, and methanethiol with the Kerber-T ion drift detector and the Segment automatic stationary gas detector.Methods. Ion mobility spectrometry was used in order to determine the ion mobilities and detect analytes. The enthalpies of reactions of ion formation were calculated using the ORCA 4.1.1 software by means of the B3LYP density functional method with the 6-31G(d,p) basis set.Results. The ion mobilities of chloroacetophenone, tris(2-chloroethyl)amine, and methanethiol were determined. A method for recording ion mobility spectra and their mathematical processing was developed. The dependencies of the change in ion mobility spectra on the analyte concentration were also studied. Possible mechanisms were proposed for the formation of the ion mobility spectra observed, in accordance with the ionization features of chloroacetophenone, tris(2-chloroethyl)amine, and methanethiol. The enthalpies of ion formation were calculated. The ionization schemes of the compounds were shown. The generalized results of experimental studies were presented, as were the features of compound identification taking into account the structure of the spectra, the concentrations of substances, and the detection conditions.Conclusions. Characteristic signals of chloroacetophenone, tris(2-chloroethyl)amine, and methanethiol were identified. All studied hazardous substances can be detected with an ion mobility spectrometer at concentrations at the ppm level. The following detection limits of the substances were determined with the Segment gas detector: chloroacetophenone, 245 mg/m3; tris(2-chloroethyl)amine, 0.01 mg/m3; and methanethiol, 0.8 mg/m3.

Цели. Определить значения ионной подвижности хлорацетофенона, трис(2-хлорэтил)амин и метилмеркаптана; установить строение ионов, соответствующих характерным сигналам; определить предел обнаружения хлорацетофенона, метилмеркаптана и трис(2-хлорэтил)амина на ионно-дрейфовом детекторе «Кербер-Т» и автоматическом стационарном газосигнализаторе «Сегмент».Методы. Метод спектрометрии ионной подвижности использован для определения значений ионной подвижности и детектирования аналитов. Энтальпии реакций образующихся ионов расчитаны в программе ORCA 4.1.1 методом функционала плотности B3LYP с набором базисных функций 6-31G(d,p).Результаты. Определены значения ионной подвижности хлорацетофенона, трис(2-хлорэтил)амина и метилмеркаптана. Разработана методика получения спектров ионной подвижности и их математической обработки. Изучены зависимости изменения спектров ионной подвижности от концентрации аналита. Предложены возможные механизмы формирования наблюдаемых спектров ионной подвижности в соответствии с особенностями ионизации хлорацетофенона, метилмеркаптана и трис(2-хлорэтил) амина. Рассчитаны энтальпии образования ионов. Показаны схемы ионизации соединений. Приведены обобщенные результаты экспериментальных исследований, особенности идентификации соединений с учетом структуры спектров, концентраций веществ и условий детектирования.Выводы. Выявлены характеристические сигналы хлорацетофенона, трис(2-хлорэтил)амина и метилмеркаптана. Все исследованные вещества группы аварийно-химически опасных веществ могут быть детектированы спектрометром ионной подвижности при аналити- чески значимых концентрациях на уровне 10−2 мг/м3. Определены пределы обнаружения исследуемых веществ на газосигнализаторе «Сегмент». Предел обнаружения хлорацетофенона – 245 мг/м3, трис(2-хлорэтил)амина – 0.01 мг/м3 и метилмеркаптана – 0.8 мг/м3.

спектрометрия ионной подвижностихарактеристический сигналионизациядетектированиехлорацетофенонметилмеркаптантрис(2-хлорэтил)аминion mobility spectrometrycharacteristic signalionizationdetectionchloroacetophenonemethanethioltris(2-chloroethyl)amineРабота выполнена в рамках программы развития «Приоритет-2030» Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева и за счет финансовой поддержки ООО «Модус».The work was performed in the framework of the “Priority-2030” development program of the Mendeleev University of Chemical Technology of Russia and financially supported by Modus.ReferencesMäkinen M.A., Anttalainen O.A., Sillanpää M.E. Ion mobility spectrometry and its applications in detection of chemical warfare agents. Anal. Chem. 2010;82(23):9594–9600. https://doi.org/10.1021/ac100931nMäkinen M.A., Anttalainen O.A., Sillanpää M.E. Ion mobility spectrometry and its applications in detection of chemical warfare agents. Anal. Chem. 2010;82(23):9594–9600. https://doi.org/10.1021/ac100931nYamaguchi S., Asada R., Kishi Sh., Sekioka R., Kitagawa N., Tokita K., Yamamoto S., Seto Y. Detection performance of a portable ion mobility spectrometer with 63Ni radioactive ionization for chemical warfare agents. Forensic Toxicol. 2010;28(2):84–95. https://doi.org/10.1007/s11419-010-0092-zYamaguchi S., Asada R., Kishi Sh., Sekioka R., Kitagawa N., Tokita K., Yamamoto S., Seto Y. Detection performance of a portable ion mobility spectrometer with 63Ni radioactive ionization for chemical warfare agents. Forensic Toxicol. 2010;28(2):84–95. https://doi.org/10.1007/s11419-010-0092-zHernandez-Mesa M., Ropartz D., Garcia-Campana A.M., Rogniaux H., Dervilly-Pinel G., Le Bizec B. Ion mobility spectrometry in food analysis: Principles, current applications and future trends. Molecules. 2019;24(15):2706. https://doi.org/10.3390/molecules24152706Hernandez-Mesa M., Ropartz D., Garcia-Campana A.M., Rogniaux H., Dervilly-Pinel G., Le Bizec B. Ion mobility spectrometry in food analysis: Principles, current applications and future trends. Molecules. 2019;24(15):2706. https://doi.org/10.3390/molecules24152706Jafari M.T., Khayamian T., Shaer V., Zarei N. Determination of veterinary drug residues in chicken meat using corona discharge ion mobility spectrometry. Anal. Chim. Acta. 2007;581(1): 147–153. https://doi.org/10.1016/j.aca.2006.08.005Jafari M.T., Khayamian T., Shaer V., Zarei N. Determination of veterinary drug residues in chicken meat using corona discharge ion mobility spectrometry. Anal. Chim. Acta. 2007;581(1): 147–153. https://doi.org/10.1016/j.aca.2006.08.005Hashemian Z., Mardihallaj A., Khayamian T. Analysis of biogenic amines using corona discharge ion mobility spectrometry. Talanta. 2010;81(3):1081–1087. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2010.02.001Hashemian Z., Mardihallaj A., Khayamian T. Analysis of biogenic amines using corona discharge ion mobility spectrometry. Talanta. 2010;81(3):1081–1087. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2010.02.001Allers M., Schaefer Ch., Ahrens A., Schlottmann F., Hitzemann M., Kobelt T., Zimmermann S., Hetzer R. Detection of volatile toxic industrial chemicals with classical ion mobility spectrometry and high-kinetic energy ion mobility spectrometry. Anal. Chem. 2022;94(2):1211−1220. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c04397Allers M., Schaefer Ch., Ahrens A., Schlottmann F., Hitzemann M., Kobelt T., Zimmermann S., Hetzer R. Detection of volatile toxic industrial chemicals with classical ion mobility spectrometry and high-kinetic energy ion mobility spectrometry. Anal. Chem. 2022;94(2):1211−1220. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c04397Смолин Ю.М., Кобцев Б.Н., Новоселов Н.П. Метод спектрометрии ионной подвижности для обнаружения химических загрязнений окружающей среды. Вестник ТГТУ. 2009;15(3):620–628.Смолин Ю.М., Кобцев Б.Н., Новоселов Н.П. Метод спектрометрии ионной подвижности для обнаружения химических загрязнений окружающей среды. Вестник ТГТУ. 2009;15(3):620–628.Krylova N., Krylov E., Eiceman G.A., Stone J.A. Effect of moisture on the field dependency of mobility for gas-phase ions of organophosphorus compounds at atmospheric pressure with field asymmetric ion mobility spectrometry. J. Phys. Chem. A. 2003;107(19):3648–3654. https://doi.org/10.1021/jp0221136Krylova N., Krylov E., Eiceman G.A., Stone J.A. Effect of moisture on the field dependency of mobility for gas-phase ions of organophosphorus compounds at atmospheric pressure with field asymmetric ion mobility spectrometry. J. Phys. Chem. A. 2003;107(19):3648–3654. https://doi.org/10.1021/jp0221136Eiceman G.A., Kapras Z., Hill H.H. Ion Mobility Spectrometry. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press; 2014. 444 p.Eiceman G.A., Kapras Z., Hill H.H. Ion Mobility Spectrometry. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press; 2014. 444 p.Borsdorf H., Eiceman G.A. Ion mobility spectrometry: Principles and applications. Appl. Spectroscopy Rev. 2006;41(4): 323–375. https://doi.org/10.1080/05704920600663469Borsdorf H., Eiceman G.A. Ion mobility spectrometry: Principles and applications. Appl. Spectroscopy Rev. 2006;41(4): 323–375. https://doi.org/10.1080/05704920600663469Marquez-Sillero I., Aguilera-Herrador E., Cardenas S., Valcarcel M. Ion-mobility spectrometry for environmental analysis. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2011;30(5): 677–690. https://doi.org/10.1016/j.trac.2010.12.007Marquez-Sillero I., Aguilera-Herrador E., Cardenas S., Valcarcel M. Ion-mobility spectrometry for environmental analysis. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2011;30(5): 677–690. https://doi.org/10.1016/j.trac.2010.12.007Александрова Д.А., Меламед Т.Б., Баберкина Е.П., Коваленко А.Е., Кузнецов Вл. Вит., Кузнецов Вит. Вл., Фенин А.А., Шалтаева Ю.Р., Беляков В.В. Спектрометрия ионной подвижности имидазола и возможности его определения. Журн. аналит. химии. 2021;76(11):989–996. https://doi.org/10.31857/S0044450221110025Александрова Д.А., Меламед Т.Б., Баберкина Е.П., Коваленко А.Е., Кузнецов Вл. Вит., Кузнецов Вит. Вл., Фенин А.А., Шалтаева Ю.Р., Беляков В.В. Спектрометрия ионной подвижности имидазола и возможности его определения. Журн. аналит. химии. 2021;76(11):989–996. https://doi.org/10.31857/S0044450221110025Александрова Д.А., Меламед Т.Б., Баберкина Е.П., Фенин А.А., Осинова Е.С., Коваленко А.Е., Якушин Р.В., Шалтаева Ю.Р., Беляков В.В., Зыкова Д.И. Спектрометрия ионной подвижности N-метилимидазола и возможности его определения. Тонкие Химические Технологии. 2021;16(6):512–525. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2021-16-6-512-525Александрова Д.А., Меламед Т.Б., Баберкина Е.П., Фенин А.А., Осинова Е.С., Коваленко А.Е., Якушин Р.В., Шалтаева Ю.Р., Беляков В.В., Зыкова Д.И. Спектрометрия ионной подвижности N-метилимидазола и возможности его определения. Тонкие Химические Технологии. 2021;16(6):512–525. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2021-16-6-512-525

The authors declare that there are no conflicts of interest present.