Search

To date, chemical weapons in the Russian Federation have been completely destroyed. Former chemical weapons destruction facilities (CWDFs) are subject to re-profiling. The most important stage of this activity is to assess the safety of engineering elements of the facilities to find out whether they can be involved in national economy. The most toxic and persistent substance processed at the CWDFs was a V-series agent. The certified gas chromatographic methods previously used for control of residual amounts of this substance on the surfaces and in deep layers of materials were based on its conversion to acid fluoride on silver fluoride pads. The latter are no longer produced, and these methods are impossible to use. The use of liquid tandem chromatography-mass spectrometry (HPLC-MS/MS) provided a direct determination of VR in the different matrices at the level of the toxicity threshold. At the same time HPLC-MS/MS method allows to determine the toxic acid formed by the hydrolysis of the P–O bond in the VR molecule. Previously no methods for the determination of this acid were available. A unified procedure for the sensitive target determination of VR (O-isobutyl S- (2-diethylamino)ethyl methylphosphonothioate) and its most toxic hydrolysis product S-[(2-diethylamino)ethyl] methylphosphonothioic acid in surface wipes and in deep layers of various materials is proposed. The method involves the addition of an internal standard (paraoxon) to the sample, extraction with methanol, concentration of the extract, and analysis by HPLC-MS/MS in the multiple reaction monitoring (MRM) mode. The detection limits of the analytes are close to their toxic threshold levels. Special emphasis in the procedure is paid to the reliability of identification of the analytes, which is of key importance in international investigations under the Chemical Weapons Convention.Key words: organophosphorus agents; hydrolysis, surface wipes, building materials, high performance liquid chromatography, tandem mass selective detection DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2020.25.1.005Savel`eva E.I., Leninskii M.A., Vasil`eva I.A., Karakashev G.V., Samchenko N.A.Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology, Kapitolovo Station, G/P Kuzmolovsky, Vsevolozhsky District, Leningrad Region, 188663, Russian Federation, К настоящему времени химическое оружие в Российской Федерации уничтожено. Бывшие предприятия по уничтожению химического оружия подлежат перепрофилированию. Важнейшим этапом этой деятельности является установление безопасности элементов инженерной инфраструктуры объектов для оценки возможности вовлечения их в хозяйственный оборот. Из всех отравляющих веществ, обращавшихся на объектах, наиболее токсичным и персистентным является, так называемый, Ви-газ (вещество VR, О-изобутил-S-[(2-диэтиламино)этил]метилфосфонотиоат). Аттестованные газохроматографические методики, применявшиеся ранее для контроля остаточных количеств этого вещества на поверхностях и в глубинных слоях материалов, основаны на конверсии вещества во фторангидрид на таблетках, импрегнированных фторидом серебра. В настоящее время эти таблетки не производятся, и применение методик невозможно. Применение жидкостной тандемной хроматомасс-спектрометрии обеспечило прямое определение VR на уровне порога токсического действия в материалах различного матричного состава. Наряду с VR в рамках единой методики достигается также ранее методически не обеспеченное определение токсичной кислоты, образующейся при замене в молекуле VR алкильного радикала при кислороде протоном. Предложена методика высокочувствительного определения VR и наиболее токсичного продукта его гидролиза S-[(2-диэтиламино)этил]метилфосфонотиоата в смывах с поверхностей и в глубинных слоях материалов различного состава. Методика основана на внесении в пробу внутреннего стандарта (параоксона), экстракции метанолом, концентрировании экстракта и последующем анализе методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемным масс-спектрометрическим детектированием в режиме мониторинга заданных реакций (MRM). Реализация разработанной процедуры позволяет определять аналиты на уровне, соответствующем порогам токсического действия. Особое внимание в методике уделено достоверной идентификации аналитов, что имеет определяющее значение при международных расследованиях в рамках верификационной деятельности в соответствии с Конвенцией о запрещении химического оружия.Ключевые слова: фосфорорганические вещества серии Vх; гидролиз, смывы, строительные материалы, высокоэффективная жидкостная хроматография, тандемное масс-селективное детектированиеDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2020.25.1.005

К настоящему времени химическое оружие в Российской Федерации уничтожено. Бывшие предприятия по уничтожению химического оружия подлежат перепрофилированию. Важнейшим этапом этой деятельности является установление безопасности элементов инженерной инфраструктуры объектов для оценки возможности вовлечения их в хозяйственный оборот. Из всех отравляющих веществ, обращавшихся на объектах, наиболее токсичным и персистентным является, так называемый, Ви-газ (вещество VR, О-изобутил-S-[(2-диэтиламино)этил]метилфосфонотиоат). Аттестованные газохроматографические методики, применявшиеся ранее для контроля остаточных количеств этого вещества на поверхностях и в глубинных слоях материалов, основаны на конверсии вещества во фторангидрид на таблетках, импрегнированных фторидом серебра. В настоящее время эти таблетки не производятся, и применение методик невозможно. Применение жидкостной тандемной хроматомасс-спектрометрии обеспечило прямое определение VR на уровне порога токсического действия в материалах различного матричного состава. Наряду с VR в рамках единой методики достигается также ранее методически не обеспеченное определение токсичной кислоты, образующейся при замене в молекуле VR алкильного радикала при кислороде протоном. Предложена методика высокочувствительного определения VR и наиболее токсичного продукта его гидролиза S-[(2-диэтиламино)этил]метилфосфонотиоата в смывах с поверхностей и в глубинных слоях материалов различного состава. Методика основана на внесении в пробу внутреннего стандарта (параоксона), экстракции метанолом, концентрировании экстракта и последующем анализе методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемным масс-спектрометрическим детектированием в режиме мониторинга заданных реакций (MRM). Реализация разработанной процедуры позволяет определять аналиты на уровне, соответствующем порогам токсического действия. Особое внимание в методике уделено достоверной идентификации аналитов, что имеет определяющее значение при международных расследованиях в рамках верификационной деятельности в соответствии с Конвенцией о запрещении химического оружия. To date, chemical weapons in the Russian Federation have been completely destroyed. Former chemical weapons destruction facilities (CWDFs) are subject to re-profiling. The most important stage of this activity is to assess the safety of engineering elements of the facilities to find out whether they can be involved in national economy. The most toxic and persistent substance processed at the CWDFs was a V-series agent. The certified gas chromatographic methods previously used for control of residual amounts of this substance on the surfaces and in deep layers of materials were based on its conversion to acid fluoride on silver fluoride pads. The latter are no longer produced, and these methods are impossible to use. The use of liquid tandem chromatography-mass spectrometry (HPLC-MS/MS) provided a direct determination of VR in the different matrices at the level of the toxicity threshold. At the same time HPLC-MS/MS method allows to determine the toxic acid formed by the hydrolysis of the P–O bond in the VR molecule. Previously no methods for the determination of this acid were available. A unified procedure for the sensitive target determination of VR (O-isobutyl S- (2-diethylamino)ethyl methylphosphonothioate) and its most toxic hydrolysis product S-[(2-diethylamino)ethyl] methylphosphonothioic acid in surface wipes and in deep layers of various materials is proposed. The method involves the addition of an internal standard (paraoxon) to the sample, extraction with methanol, concentration of the extract, and analysis by HPLC-MS/MS in the multiple reaction monitoring (MRM) mode. The detection limits of the analytes are close to their toxic threshold levels. Special emphasis in the procedure is paid to the reliability of identification of the analytes, which is of key importance in international investigations under the Chemical Weapons Convention.

Submitted 22 July 2019, received in revised form 27 August y 2019 Поступила в редакцию 22 июля 2019 г., после исправления 27 августа 2019 г. HPLC-MS characterization of 12 homologues of trialkyl thiophosphate series was conducted including the determination of their retention indices (RI) and the registration of the mass spectra with the electrospray ionization in the positive mode. The correlation of RI(HPLC) and RI(GC) values for trialkyl phosphates was confirmed. It was revealed that the dependence of RI(HPLC) vs. molecular masses of homologues with the high precision could be approximated by the linear regression RI = aM + b. The anomalies of this dependence were caused by the features of two analytical methods: the branches of the carbon skeleton of analytes’ molecules strongly influence the GC retention parameters, while in HPLC such influence is much less. The possibilities of the application of so-called homologous increments of retention indices, iRI = RI -xDRI(CH2), where х = int(M/14), “int” is the integer part of the quotient from the division of the molecular mass number by 14, that is equivalent to M = 14x + y, уМ – the number of homologous group of analyte, yМ . M(mod14), DRI(CH2) – the retention index increment of homologous difference СН2 (in GC it is equal to 100) were considered. It was demonstrated that in HPLC this increment may not be equal to 100; for instance, for trialkyl thiophosphates the more informative value was DRI(CH2) = 74. The application of the iRI concept seems to be most useful for revealing the compounds which mass spectra are like those of the target analytes. In the case of trialkyl thiophosphates these are the products of their partial hydrolysis – dialkyl thiophosphates (RO)2PS-OH. These acidic esters could not be analyzed using the GC techniques due to the presence of active hydrogen atoms in their molecules. Хроматомасс-спектрометрическая характеристика 12 гомологов ряда триалкилтиофосфатов в режиме ВЭЖХ-МС включала определение их индексов удерживания (RI) и регистрацию масс-спектров с ионизацией электрораспылением при детектировании положительно заряженных ионов. Подтверждена корреляция RI(ВЭЖХ) триалкилтиофосфатов и RI(ГЖХ) их структурных аналогов – триалкилфосфатов. Установлено, что зависимость RI(ВЭЖХ) от молекулярных масс гомологов с высокой точностью может быть аппроксимирована уравнением линейной регрессии, RI = aM + b. Аномалии этой зависимости обусловлены тем, что в ГЖХ разветвления углеродного скелета молекул гомологов существенно влияют на характеристики удерживания, а в ВЭЖХ проявляются в незначительной степени. Впервые рассмотрены возможности использования гомологических инкрементов индексов удерживания, = RI -xDRI(CH2), где х = int(M/14), int – функция, обозначающая целую часть частного от деления iRI молекулярного массового числа на 14, эквивалентная записи M = 14x + y, уМ – номер гомологической группы соединения, yМ . M(mod14), DRI(CH2) – инкремент индекса удерживания для гомологической разности СН2 (в ГЖХ равен 100). Показано, что в ВЭЖХ этот инкремент может принимать другие значения; например в ряду триалкилтиофосфатов более информативна величина DRI(CH2) = 74. Применение концепции iRI наиболее эффективно для выявления соединений, масс-спектры которых незначительно отличаются от масс-спектров целевых аналитов. В случае триалкилтиофосфатов это продукты частичного гидролиза таких эфиров – диалкилтиофосфаты (RO)2P(S)-OH, которые не могут быть проанализированы методом ГЖХ из-за наличия активного атома водорода в молекулах. Current work was fulfilled in accordance with the content and under the financial support of RFBR grant № 18-03-00151a. The authors are grateful to the authorities of The Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology, and Human Ecology (St. Petersburg, Russia) for the permission of using the analytical equipment. Работа выполнена в соответствии с темой и при финансовой поддержке РФФИ (грант № 18-03-00151а). Авторы выражают благодарность руководству ФГУП “НИИ ГПЭЧ” ФМБА за предоставленную возможность использования аналитического оборудования.

На примере ВЭЖХ-МС определения 3-(2,2,2-триметилгидразиний)пропионовой кислоты (THP) в моче (способ ионизации электроспрей) показано, что применение модифицированного метода последовательных стандартных добавок, включающего экстраполяцию результатов на бесконечно большую величину добавки, позволяет получать результаты, характеризующиеся большей точностью, чем при использовании нелинейной абсолютной градуировки. Contemporary determining of pharmaceuticals in biological liquids for the purposes of pharmacokinetic studies and therapeutic drug monitoring implies the use of high-performance liquid chromatography coupled with mass spectrometry (LC-MS) with electrospray as a method of ionization. However, this technique is characterized by a rather narrow linear detection range. It causes the restrictions in quantitation of analytes by method of absolute calibration. On the example of the determination of 3-(2,2,2-trimethylhydrazinium) propionate (THP) in urine it is shown that the method of successive standard additions provides more precise results comparing with those obtained with non-linear absolute calibration at the same levels of analyte concentrations. Its principal feature is the need to extrapolate the results to an infinite value of addition.