JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Tutkielmassa pyrittiin kehittämään yksinkertaisempi menetelmä hermokaasujen hajoamistuotteiden osoittamiseen potentiaalisesti kontaminoituneista materiaaleista, kuten maa-aineksesta, lasilta, muovilta, kankaalta ja maalatulta metallipinnalta. Pyrittiin kehittämään orgaanisella liuottimella suoritettava uuttomenetelmä, sillä hermokaasujen hajoamistuotteet, alkyylifosfonihapot, ovat huonosti haihtuvia ja niistä täytyy analyysiä varten muodostaa johdokset silyloimalla. Useimmat silylointireagenssit eivät kuitenkaan kestä vettä, joten vettä ei voi käyttää tutkittavien aineiden uuttamiseen kontaminoituneilta materiaaleilta. Tästä syystä vertailtiin eri orgaanisten liuottimien soveltumista tähän käyttöön. Myös silylointimenetelmää pyrittiin yksinkertaistamaan.

Vertailluista liuottimista pyridiini osoittautui parhaaksi menetelmän kannalta, sillä se liuotti fosfonihapot tehokkaasti useimmilta tutkituilta materiaaleilta. Lisäksi se toimii silylointireaktiossa katalyyttinä ja voidaan ruiskuttaa suoraan kaasukromatografiin. Pyridiinillä uutetuissa näytteissä myös analyysitulokset olivat johdonmukaisia.

Maalatulta metallipinnalta, lasilta, puulta ja muovilta tutkittavat aineet saatiin uutettua pyridiinillä helposti. Johdoksenmuodostus onnistuttiin tekemään suoraan analyysipullossa ilman ylimääräisiä välivaiheita. Lasilta ja metallipinnalta määritettiin myös havaitsemisrajat isopropyylimetyylifosfonihapolle. Määritysrajat olivat n. 20 ng/mL suuruusluokkaa.

Tutkituista materiaaleista maa-ainekset ja kangas osoittautuivat hankalimmiksi tutkittaviksi. Maa-aines sisältää suuren määrän metalli-ioneja, jotka häiritsevät määritystä. Kankaaseen fosfonihapot vaikuttavat adsorboituvan niin voimakkaasti, ettei pyridiiniuutto pysty irrottamaan niitä liuokseen.

Analysis of chemical warfare agents from possibly contaminated materials

Abstract

The goal of this thesis was to develop a simpler method for determining nerve agent hydrolysis products from potentially contaminated materials. The materials included soil, glass, plastic, fabric and painted metal. The method was to use an organic solvent for the extraction of the analytes, because nerve agents’ hydrolysis products, alkyl phosphonic acids, evaporate poorly and thus need to be derivatised prior to analysis by GC-MS. However, most derivatisation reagents are extremely moisture sensitive and thus water cannot be used to extract the analytes from the contaminated materials. For this reason, several organic solvents were tested for their suitability. Simplification of the silylation method was also one of the goals.

Out of the tested solvents, pyridine turned out to be the most suitable for this method, as it dissolved the phosphonic acids efficiently from most of the studied materials. In addition, it works as a catalyst in the silylation reaction and can be injected straight into a gas chromatograph. Samples extracted with pyridine also gave the most consistent results.

From painted metal, glass, wood and plastics the analytes were easily extracted with pyridine. Derivatisation in the analysis vial without unnecessary steps was successful. Limits of detection from glass and painted metal were determined for isopropyl methyl phosphonic acid. Limits of detection were in the 20 ng/mL range.

Out of the studied matrix materials, soils and fabric proved to be the most difficult matrices. Soil contains a large amount of metal ions, which interfere with the analysis. With fabric, the phosphonic acids seem to adsorb to the material so strongly that a pyridine extraction is unable to separate them into the solution to be analyzed.