《TrAC Trends in Analytical Chemistry》：Gas–phase sampling and preconcentration of nerve agents: Overview of thermally desorbable materials used
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神经毒气气相采样中热脱附吸附剂的研究进展：比较了不同吸附剂的物理化学性质与选择性，重点分析了热脱附吸附管、顶空固相微萃取纤维和在线预浓缩器三类采样系统的性能差异，并讨论了材料开发中的挑战与未来方向。
米哈乌·格拉布卡（Micha? Grabka）| 克劳迪娅·科宗（Klaudia Kozon）| 克日什托夫·雅塞克（Krzysztof Jasek）| 耶日·霍马（Jerzy Choma）
波兰华沙卡利斯基街2号（Kaliskiego Street 2），军事技术大学（Military University of Technology）高级技术与化学学院（Faculty of Advanced Technologies and Chemistry）化学研究所（Institute of Chemistry），邮编00–908
摘要
对于神经毒剂的气相采样，通常使用对目标化合物选择性有限的通用吸附剂。然而，越来越多的文献报道了利用神经毒剂特定物理化学性质设计的吸附材料。本文讨论并比较了各种吸附剂，基于它们的物理化学性质与目标分析物的特性之间的关系，特别强调了吸附选择性。同时简要概述了这些吸附材料在神经毒剂及相关物质分析中的应用。文中特别关注了三种主要采样系统中所使用的材料，我们认为这些系统代表了所使用的吸附材料的全面代表：热脱附吸附管（thermal desorption sorbent tubes）、顶空固相微萃取纤维（headspace solid-phase microextraction fibres）以及用于气体分析仪的在线预浓缩器（online preconcentrators）。最后，讨论了开发新型材料当前的挑战和未来前景，重点介绍了具有实际应用潜力的吸附剂。
引言
化学战剂（Chemical Warfare Agents, CWAs）是有毒化学物质，可用作大规模杀伤性武器。《化学武器公约》（Chemical Weapons Convention, CWC）附表1中列出的化合物中，神经毒剂具有最大的军事意义。这一类主要包括有机磷化合物（Organophosphorus Compounds, OPCs），如塔崩（Tabun, GA）、沙林（Sarin, GB）、环沙林（Cyclosarin, GF）、梭曼（Soman, GD）、VX以及诺维乔克系列（Novichok family）化合物[2]。它们的毒性作用机制是阻断乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase）的活性，而这种酶对神经系统的正常功能至关重要。
由于吸入暴露具有极高的毒性[3]，空气采样与分析是检测神经毒剂的重要环节，尤其是在与恐怖主义或军事事件相关的首批响应情况下。对液体或固体上方气相（顶空）的采样分析还能提供关于冷凝相组成的宝贵信息，同时最大限度地减少基质效应。然而，需要注意的是，在许多实际场景中，直接分析液体或固体样品可能提供更多关于神经毒剂使用的信息。因此，包括顶空分析在内的气体采样在神经毒剂检测中仍然至关重要，而对冷凝基质的补充分析往往对得出明确结论至关重要。
神经毒剂和其他挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）的气相采样可以通过多种方法实现[4]，其中基于热脱附吸附剂的技术尤为有价值。这些方法无需使用溶剂，简化了操作流程，并且可以方便地自动化，适用于在线采样设备。
本文系统地回顾了用于神经毒剂气相采样的热脱附吸附材料。从化学性质、物理形态、物理化学性质以及神经毒剂被吸附的机制等方面对这些吸附剂进行了讨论。随后部分基于科学文献中报道的实际应用情况，对这些材料的性能进行了评估。尽管这些吸附剂被应用于多种仪器中，但本文重点关注现代分析实践中广泛使用的三种设备类型：热脱附吸附管（thermal desorption sorbent tubes）、顶空固相微萃取纤维（HS–SPME fibres）以及与化学分析仪集成的在线预浓缩器（online preconcentrators）。尽管这些设备使用相同的（或非常相似的）吸附剂，但在设计、使用方式（在线 vs. 离线）和操作模式（主动气流 vs. 被动扩散）上存在显著差异，这些因素会显著影响吸附剂的性能。最后，本文指出了需要进一步研究的领域，并概述了开发用于这些危险物质的热脱附吸附剂的未来方向。
神经毒剂的保留机制
神经毒剂的保留是通过吸附和/或吸收来实现的。出于分析目的，这些过程应该是纯粹的物理过程，或者只涉及弱化学吸附，以便在较高温度下能够完全脱附分析物。在这两种情况下，相互作用本质相同，包括范德华力（如偶极-偶极相互作用（Keesom）、偶极诱导的偶极相互作用（Debye）以及诱导的偶极-偶极相互作用
影响神经毒剂吸附的分子和物理化学性质
从化学角度来看，神经毒剂属于膦氟化物（phosphonofluoridates）、膦酰胺氰化物（phosphoramidocyanidates）、膦硫醇化物（phosphonothiolates）、膦酰胺氟化物（phosphonamidic fluorides）和膦酰胺氟化物（phosphoramidofluoridates）等有机磷化合物。神经毒剂的一个共同特点是中心磷原子与氧原子形成双键，磷原子带有部分正电荷，氧原子带有部分负电荷。结合其他极性基团（例如GA中的氰基），这些分子具有显著的永久偶极矩。
用于神经毒剂采样的热脱附吸附材料的化学组成和物理化学性质
用于神经毒剂分析的热脱附吸附材料由于化学性质和物理形态的不同，表现出多种吸附机制。本节将吸附材料的化学结构和物理性质与其对神经毒剂的选择性联系起来，并讨论了吸附效率、可逆性和动力学。
图2展示了用于神经毒剂采样的几种多孔吸附剂和聚合物吸附剂的化学结构。
关于热脱附吸附材料在神经毒剂及相关物质气相采样中应用的文献综述
大量研究报道了使用热脱附吸附材料进行神经毒剂气相采样的方法。虽然大多数研究集中在常用的有机污染物吸附剂上，但文献中也包含了对新型材料的探索，这些材料通常对神经毒剂具有更高的选择性，尽管它们尚未得到广泛应用。本章简要概述了其中一些特别重要的研究。结论与未来展望
用于神经毒剂气相采样的热脱附吸附材料属于不同化学组成和物理形态的材料类别。最常用的包括多孔聚合物树脂（porous polymer resins）、CMSs（Chemical Molecular Sieves）、MOFs（Metal-Organic Frameworks）和弹性聚合物吸附剂（elastomeric polymer absorbents）。在绝大多数文献报告中，采用的是传统的商用吸附剂。这些材料适用于采样广泛的VOCs，其选择性通常随着...
作者贡献声明
米哈乌·格拉布卡（Micha? Grabka）：撰写初稿、数据可视化、方法论设计、资金申请、数据整理、概念构思。
克劳迪娅·科宗（Klaudia Kozon）：撰写初稿、方法论设计、数据整理、概念构思。
克日什托夫·雅塞克（Krzysztof Jasek）：撰写与编辑、数据可视化、方法论设计、实验研究、概念构思。
耶日·霍马（Jerzy Choma）：撰写与编辑、监督工作、方法论设计、概念构思。
资金来源
本研究由军事技术大学资助，项目编号为UGB 22–027。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
