Анализ спектров ионной подвижности хлорацетофенона, трис(2-хлорэтил)амина и метилмеркаптана

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.

1. Mäkinen 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/ac100931n

2. Yamaguchi 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-z

3. Hernandez-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/molecules24152706

4. Jafari 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.2006.08.005

5. Hashemian 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.2010.02.001

6. Allers 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.1c04397

7. 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.

8. 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/jp0221136

9. Eiceman G.A., Kapras Z., Hill H.H. Ion Mobility Spectrometry. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press; 2014. 444 p.

10. Borsdorf H., Eiceman G.A. Ion mobility spectrometry: Principles and applications. Appl. Spectroscopy Rev. 2006;41(4): 323–375. https://doi.org/10.1080/05704920600663469

11. Marquez-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.2010.12.007

12. Александрова 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/S0044450221110025

13. Александрова 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