Method development for trace analysis of emulsion and peroxide-based explosives by headspace GC/MS and CE/DAD

Abstract

Organic peroxide explosives have become more popular in terrorist attacks fairly recently. It is important that security institutions and authorities have capabilities to investigate such incidents and analyse these compounds. However, chemical analysis of organic peroxides is not quite simple. High susceptibility to elevated temperatures makes their analysis complicated.

In this work, suitability of a gas chromatographic method combined with mass spectrometry and headspace sampling for the analysis of peroxide-based explosives was studied. A capillary electrophoresis method using MEKC technique and optical detection was also tried for this purpose. Besides the organic peroxides, capabilities of the HS/GC/MS method was also experimented for analysis of emulsion explosives.

Objective of this thesis was to develop methods for the purposes described above, and to optimise their parameters. All steps of the analysis from the beginning to the end were studied in the method development phase. Performance parameters, such as limit of detection and ruggedness, were also determined.

A viable trace analysis method for TATP was successfully developed with the GC/MS. For other peroxides and emulsion explosives, equally good analytical results were not achieved. Further validation and experiments are needed to extend the scope of the method to their analysis. Analysis of organic peroxides with given capillary electrophoresis instrument and buffer solutions requires further method development, due to low sensitivity.

Orgaanisten peroksidiräjähteiden käyttö terrori-iskuissa on yleistynyt melko hiljattain. Turvallisuusviranomaisten on tärkeää kyetä tutkimaan kyseisenlaisia iskuja ja tunnistamaan näitä yhdisteitä. Orgaanisten peroksidiräjähteiden kemiallinen analytiikka ei kuitenkaan ole aivan ongelmatonta. Niiden lämpöherkkyys monimutkaistaa niiden analysointia merkittävästi.

Tässä työssä tutkittiin kaasukromatografia-massaspektrometrisen menetelmän soveltuvuutta orgaanisten peroksidiräjähteiden määrittämiseen headspace-näytteenotolla. Samaan tarkoitukseen testattiin myös kapillaarielektroforeesimenetelmän soveltuvuutta optisella detektiolla MEKC-menettelyllä. Orgaanisten peroksidien lisäksi HS/GC/MS-menetelmän soveltuvuutta kokeiltiin emulsioräjähteille.

Työn tavoitteena oli kehittää analyysimenetelmät edelläkuvattuihin tarkoituksiin, ja optimoida niihin liittyvät parametrit. Menetelmäkehityksessä tarkasteltiin analyysin kaikkia vaiheita. Menetelmille määritettiin tulosten perusteella laadulliset parametrit, kuten toteamisraja sekä häiriönsietokyky.

Orgaanisista peroksideista TATP:lle onnistuttiin kehittämään toimiva headspace-jäämäanalyysimenetelmä GC/MS-laitteella. Muiden peroksidien ja emulsioräjähteiden osalta yhtä hyviin analyysituloksiin ei päästy. Menetelmän laajentamiseksi näiden analysointiin tarvitaan lisävalidointia ja -tutkimuksia. Orgaanisten peroksidien analysointi testatulla kapillaarielektroforeesilaitteistolla ja ajopuskuriliuoksilla vaatii menetelmän jatkokehitystä, todetun alhaisen herkkyyden vuoksi.