人体汗液中乳酸对常见爆炸物离子迁移谱检测的干扰机制研究

本文揭示了人体汗液主要成分乳酸(LA)及其寡聚物离子对TNT、RDX、PETN等爆炸物离子迁移谱(IMS)检测的干扰机制。研究发现[2LA–H2O–H]–、[3LA–2H2O–H]–和[5LA–4H2O–H]–等寡聚离子与爆炸物特征离子的最小碰撞截面(CSmin)和迁移率(Ko)高度相似，为安检场景中痕量爆炸物检测提供了重要理论依据。

　　

Highlight

典型爆炸物与乳酸产生的离子

通过APCI-MS和IMS单独分析TNT、RDX、PETN和LA的特征产物离子（图1）。TNT、RDX和PETN的典型检测离子分别为[TNT–H]^?、[RDX+NO₂]^?和[PETN+NO₃]^?。而乳酸除了单体离子[LA–H]^?外，还产生了系列脱水寡聚物：[2LA–H₂O–H]^?（二聚体）、[3LA–2H₂O–H]^?（三聚体）、[4LA–3H₂O–H]^?（四聚体）和[5LA–4H₂O–H]^?（五聚体）。这些寡聚物的分子量（233-377 g/mol）与目标爆炸物（222-316 g/mol）形成显著重叠区间。

Conclusions

研究结论

IMS检测中，TNT、RDX和PETN分别生成[TNT–H]^?、[RDX+NO₂]^?和[PETN+NO₃]^?特征负离子。而汗液中的乳酸(LA)不仅能形成单体离子[LA–H]^?，还会产生[2LA–H₂O–H]^?、[3LA–2H₂O–H]^?等"脱水寡聚物天团"。使用不锈钢网采样时，LA与爆炸物的电离效率均显著高于PTFE膜。尽管这些离子的质荷比(m/z)差异显著，但通过能量最小化结构计算发现，[TNT–H]^?与[2LA–H₂O–H]^?、[RDX+NO₂]^?与[3LA–2H₂O–H]^?、[PETN+NO₃]^?与[5LA–4H₂O–H]^?三组离子对的最小碰撞截面(CS_min)和迁移率(K_o)呈现惊人的相似性，这为解释汗液成分造成的假阳性干扰提供了分子层面的理论支撑。