nbsprotВестник войск РХБ защитыJournal of NBC Protection Corps2587-57283034-279127 Научный центр10.35825/2587-5728-2023-7-2-127-139epofpsnbsprot-288Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОТ ХИМИЧЕСКОГО ТЕРРОРИЗМАCHEMICAL SECURITY AND PROTECTION AGAINST CHEMICAL TERRORISMИсследование особенностей масс-фрагментации ряда N-(N,N-диэтилацетамидино)-О-алкилфторфосфатов и алкилфторфосфонатов и их обнаружение методом жидкостной хромато-масс-спектрометрии высокого разрешенияInvestigation of Features of Mass-Fragmentation of Some N-(N,N-diethylacetamidino)-O-alkylfluorophosphates and Related Alkylfluorophosphonates and their Detection by Liquid Chromatography-High Resolution Mass SpectrometryБраунА. В.BraunA. V.

Браун Аркадий Владимирович - Старший научный сотрудник отдела, канд. хим. наук

 1111024, г. Москва, проезд Энтузиастов, д. 19

Arkady Vladimirovich Braun - Senior Researcher. Cand. Sci. (Chem.)

Entuziastov passage, 19, Moscow 111024

27nc_1@mil.ruРыбальченкоИ. В.RybalchenkoI. V.

Рыбальченко Игорь Владимирович -  Главный научный сотрудник управления, доктор хим. наук, профессор

 1111024, г. Москва, проезд Энтузиастов, д. 19

Igor Vladimirovich Rybalchenko - Leading Researcher. Dr. Sci. (Chem.), Professor

Entuziastov passage, 19, Moscow 111024

27nc_1@mil.ruФатеенковВ. Н.FateenkovV. N.

Фатеенков Владимир Николаевич - Начальник отдела, канд. военных наук, доцент 

1111024, г. Москва, проезд Энтузиастов, д. 19

Vladimir Nikolaevich Fateenkov -  Head of Department, Cand. Sci. (Mil.), Associate Professor

Entuziastov passage, 19, Moscow 111024

27nc_1@mil.ruЯшкирВ. А.YashkirV. A.

Яшкир Вадим Анатольевич -  Старший научный сотрудник отдела, канд. хим. наук, доцент

1111024, г. Москва, проезд Энтузиастов, д. 19

Vadim Anatolievich Yashkir - Senior Researcher. Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor

Entuziastov passage, 19, Moscow 111024

27nc_1@mil.ruФедеральное государственное бюджетное учреждение «27 Научный центр» Министерства обороныРоссияFederal State Budgetary Establishment «27 Scientific Centre» of the Ministry of DefenseRussian Federation20231210202372127139Copyright © Браун А.В., Рыбальченко И.В., Фатеенков В.Н., Яшкир В.А., 20232023Браун А.В., Рыбальченко И.В., Фатеенков В.Н., Яшкир В.А.Braun A.V., Rybalchenko I.V., Fateenkov V.N., Yashkir V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nbsprot.ru/jour/article/view/288

Для своевременного выявления фактов нарушения Конвенции о запрещении разработки, производства,  накопления и применения химического оружия и о его уничтожении (КХО) необходимы надежные методы обнаружения токсических химикатов, которые могут быть использованы для совершения химических нападений. Цель работы – установление хроматографических и масс-спектральных характеристик  ряда токсичных химикатов, вновь внесенных в Список 1 Приложения по химикатам КХО, а именно,  N-(N,N-диэтилацетамидино) метилфторфосфоната (ДЭАМФ), N-(N,N-диэтилацетамидино)-О-метилфторфосфата (ДЭАОМФ) и N-(N,N-диэтилацетамидино)-О-этилфторфосфата (ДЭАОЭФ), и повышение квалификации специалистов лаборатории химико-аналитического контроля, принимающих участие в  профессиональных тестах, проводимых Организацией по запрещению химического оружия. Материалы  и методы исследования. Использовался метод высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемным  масс-спектрометрическим детектированием высокого разрешения (ВЭЖХ-МС/МСВР). Результаты исследования. В ходе работы проведена оптимизация условий масс-спектрометрического детектирования осущесвлен выбор оптимальных пар ионных реакций и программы градиентного элюирования при разделении  веществ в варианте обращенно-фазовой жидкостной хроматографии. Предложенный подход апробирован  при анализе модельных водных проб, оценены метрологические характеристики обнаружения данных соединений. Выводы. Установлено, что масс-спектры ДЭАМФ, ДЭАОМФ и ДЭАОЭФ, полученные в режиме электрораспылительной ионизации, содержат интенсивные пики, относящиеся к протонированным молекулярным ионам, которые в ходе дальнейшей фрагментации образуют характерные ионы-продукты, выявленные  в ходе проведенного исследования и использованные для идентификации и высокочувствительного обнаружения исходных веществ методом ВЭЖХ-МС/МСВР. Пределы обнаружения ДЭАМФ, ДЭАОМФ и ДЭАОЭФ  в водных пробах составили, соответственно, 1,0, 0,5 и 0,5 нг/мл

The timely detection of violations of the Convention on the Prohibition of the Development, Production, Stockpiling  and Use of Chemical Weapons and on Their Destruction (CWC) requires reliable methods for detecting toxic chemicals  that can be used for chemical attacks. The purpose of this investigation is to estimate chromatographic and mass-spectral  characteristics of some toxic chemicals recently included into Schedule 1 of the Annex on Chemicals of the CWC,  in particular N-(N,N-diethylacetamidino)-methylfluorophosphonate (DEAMP), N-(N,N-diethylacetamidino)-O-methylfluorophosphate (DEAOMP) and N-(N,N-diethylacetamidino)-O-ethylfluorophosphate (DEAOEP) and the  improvement of the qualification of the Chemical Analytical Control Laboratory experts taking part in the OPCW  Proficiency Tests. Materials and methods. The technique of high efficient liquid chromatography coupled with tandem  high resolution mass spectrometry (LC-MS/HRMS) was used during the investigation. The results. The results of  optimization of conditions of mass-spectrometric detection, selection of optimal pairs of ion reactions and program of  gradient elution during separation of chemicals in reversed-phase liquid chromatography were presented. Presented  approach was tested in analysis of model aqueous samples; metrological parameters of detection of compounds  were estimated. Conclusion. It was shown during investigation that electrospray ionization mass-spectra of DEAMP,  DEAOMP and DEAOEP contain intensive peaks of protonated molecular ions, which after further fragmentation  produce characteristic product-ions used for identification and high sensitive detection of parent compounds by LC-MS/HRMS. Limits of detection of DEAMP, DEAOMP and DEAOEP were 1.0 ng/mL, 0.5 ng/mL and 0.5 ng/mL,  respectively

высокоэффективная жидкостная хроматографияКонвенции о запрещении разработкипроизводстванакопления и применения химического оружия и о его уничтожениимасс-спектрометрия высокого разрешенияhigh-resolution mass-spectrometryhigh-efficiency liquid chromatographyConvention on the Prohibition of the DevelopmentProductionStockpiling and Use of Chemical Weapons and on Their DestructionФедеральное государственное бюджетное учреждение «27 Научный центр» Министерства обороны Российской ФедерацииFederal State Budgetary Establishment «27 Scientific Centre» of the Ministry of Defence of the Russian Federation. (RFBR) (Grant № 18-29-17069)ReferencesImrit Y.A., Bhakhoa H., Sergeieva T. et al. A theoretical study of the hydrolysis mechanism of A-234; the suspected Novichok agent in the Skripal attack // RSC Advances. 2020. V. 47. https://doi.org/10.1039/D0RA05086EImrit Y.A., Bhakhoa H., Sergeieva T. et al. A theoretical study of the hydrolysis mechanism of A-234; the suspected Novichok agent in the Skripal attack // RSC Advances. 2020. V. 47. https://doi.org/10.1039/D0RA05086ELyagin I., Efremenko E. Theoretical evaluation of suspected enzymatic hydrolysis of Novichok agents // Catalysis Communications. 2019. V. 120. P. 91–94. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.11.019Lyagin I., Efremenko E. Theoretical evaluation of suspected enzymatic hydrolysis of Novichok agents // Catalysis Communications. 2019. V. 120. P. 91–94. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.11.019Bhakhoa H., Rhyman L., Ramasami P. Theoretical study of the molecular aspect of the suspected novichok agent A234 of the Skripal poisoning // R. Soc. Open. Sci. 2019. V. 6. https://doi.org/10.1098/rsos.181831Bhakhoa H., Rhyman L., Ramasami P. Theoretical study of the molecular aspect of the suspected novichok agent A234 of the Skripal poisoning // R. Soc. Open. Sci. 2019. V. 6. https://doi.org/10.1098/rsos.181831Hosseini S.E., Saeidian H., Amozadeh A. et al. Fragmentation pathways and structural characterization of organophosphorus compoundsrelated to the Chemical Weapons Convention by electron ionization andelectrospray ionization tandem mass spectrometry // Rapid. Commun. Mass Spectrom. 2016. V. 30. № 24. P. 2585e2593. https://doi.org/10.1002/rcm.7757Hosseini S.E., Saeidian H., Amozadeh A. et al. Fragmentation pathways and structural characterization of organophosphorus compoundsrelated to the Chemical Weapons Convention by electron ionization andelectrospray ionization tandem mass spectrometry // Rapid. Commun. Mass Spectrom. 2016. V. 30. № 24. P. 2585e2593. https://doi.org/10.1002/rcm.7757Harvey S.P., McMahon L.R., Berg F.J. Hydrolysis and enzymatic degradation of Novichok nerve agents // Heliyon. 2020. V. 6. № 1. P. e03153. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e03153Harvey S.P., McMahon L.R., Berg F.J. Hydrolysis and enzymatic degradation of Novichok nerve agents // Heliyon. 2020. V. 6. № 1. P. e03153. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e03153Eskandari M., Faraz S.M., Hosseini S.E. et al. Fragmentation pathways of chemical weapons convention-related organophosphorus Novichok agents: The electron ionization and electrospray ionization tandem mass spectroscopy and DFT calculation studies // Intern. J. Mass Spectrometry. 2022. V. 473. P. 116794. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2021.116794Eskandari M., Faraz S.M., Hosseini S.E. et al. Fragmentation pathways of chemical weapons convention-related organophosphorus Novichok agents: The electron ionization and electrospray ionization tandem mass spectroscopy and DFT calculation studies // Intern. J. Mass Spectrometry. 2022. V. 473. P. 116794. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2021.116794Jeong W.H., Lee J.Y., Lim K.C., Kim H.S. Identification and Study of Biomarkers from Novichok-Inhibited Butyrylcholinesterase in Human Plasma // Molecules. 2021. V. 26. № 13. P. 3810. https://doi.org/10.3390/molecules26133810Jeong W.H., Lee J.Y., Lim K.C., Kim H.S. Identification and Study of Biomarkers from Novichok-Inhibited Butyrylcholinesterase in Human Plasma // Molecules. 2021. V. 26. № 13. P. 3810. https://doi.org/10.3390/molecules26133810Noort D., Fidder A., van der Riet-van Oeveren D. et al. Verification of exposure to Novichok nerve agents utilizing a semitargeted human butyrylcholinesterase nonapeptide assay // Chem. Res. Toxicology. 2021. V. 34. № 8. P. 1926–1932. https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.1c00198Noort D., Fidder A., van der Riet-van Oeveren D. et al. Verification of exposure to Novichok nerve agents utilizing a semitargeted human butyrylcholinesterase nonapeptide assay // Chem. Res. Toxicology. 2021. V. 34. № 8. P. 1926–1932. https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.1c00198Yamaguchi A., Miyaguchi H., Tokeshi M. Dimethoxytriadinylation LC-MS/MS of Novichok A-series degradation products in human urine // Anal. Chem. 2022. V. 94. № 11. P. 4658–4665. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c04634Yamaguchi A., Miyaguchi H., Tokeshi M. Dimethoxytriadinylation LC-MS/MS of Novichok A-series degradation products in human urine // Anal. Chem. 2022. V. 94. № 11. P. 4658–4665. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c04634de Bruin-Hoegée M., Lamriti L., Langenberg J.P. et al. Verification of exposure to chemical warfare agents through analysis of persistent biomarkers in plants // Anal. Methods. 2023. V. 15. P. 142. https://doi.org/10.1039/D2AY01650Hde Bruin-Hoegée M., Lamriti L., Langenberg J.P. et al. Verification of exposure to chemical warfare agents through analysis of persistent biomarkers in plants // Anal. Methods. 2023. V. 15. P. 142. https://doi.org/10.1039/D2AY01650HJacquet P., Rémy B., Bross R.P.T. et al. Enzymatic decontamination of G-type, V-type and Novichok nerve agents // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. P. 8152. https://doi.org/10.3390/ijms22158152Jacquet P., Rémy B., Bross R.P.T. et al. Enzymatic decontamination of G-type, V-type and Novichok nerve agents // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. P. 8152. https://doi.org/10.3390/ijms22158152Lee J.Y., Lim K.C., Kim H.S. Characterization and study on fragmentation pathways of a novel nerve agent, ‘Novichok (A234)’, in aqueous solution by liquid chromatography–tandem mass spectrometry // Molecules. 2021. V. 26. P. 1059. https://doi.org/10.3390/molecules26041059Lee J.Y., Lim K.C., Kim H.S. Characterization and study on fragmentation pathways of a novel nerve agent, ‘Novichok (A234)’, in aqueous solution by liquid chromatography–tandem mass spectrometry // Molecules. 2021. V. 26. P. 1059. https://doi.org/10.3390/molecules26041059

The authors declare that there are no conflicts of interest present.