神经性毒剂属有机磷或有机磷酸酯类化合物(organophosphorus compounds,organoposphates)。这类毒剂特别对脑、膈肌和血液中乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase,AchE)活性有强烈的抑制作用,致使乙酰胆碱(acetylcholine,Ach)在体内过量蓄积,从而引起中枢和外周胆碱能神经系统功能严重紊乱。因其毒性强、作用快,能通过皮肤、粘膜、胃肠道及肺等途径吸收引起全身中毒,加之性质稳定、生产容易、使用性能良好,因此成为外军装备的主要化学战剂。
最具代表性的四个神经性毒剂是塔崩(tabun)、沙林(sarin)、梭曼(soman)和维埃克斯(VX)。它们的通式和分子结构见表12-1。美军将含有P-CN健和P-F健的前三者称为G类毒剂。代号分别为GA、GB和GD,将含有P-SCH2CH2N(R)2键的化合物称为V类毒剂,如VX、VE、VG、VS及VR等。美军装备的V类毒剂是VX(表12-1)。
表12-1 神经性毒剂主要代表及其分子结构
一、理化性质
(一)物理性质
G类毒剂纯品为无色水样液体,工业品呈淡黄或黄棕色,味微香;VX为无色、无味、油状液体,工业品呈微黄至棕黄色,有疏醇味。有关物理常数见表12-2。
表12-2 神经性毒剂主要物理性质
毒剂名称 |
沸点 |
凝固点 |
比重(d204) |
蒸气比重 |
挥发度(mg/L,20℃) |
脂溶性 |
水溶性 |
塔崩 |
220 |
-48 |
1.082 |
5.63 |
0.321 |
易溶 |
约10%(15℃) |
沙林 |
151.5 |
-54 |
1.096 |
4.83 |
13.2 |
与水及多种溶剂互溶 | |
梭曼 |
167.7 |
-70 |
1.044 |
6.33 |
2.647 |
易溶 |
约1%(0℃) |
VX |
300以上分解 |
-39 |
1.015 |
9.20 |
0.01 |
易溶 |
1%~5%(25℃) |
由表可见,四种毒剂蒸气分别比空气重5~9倍;挥发度以沙林最大,VX最小。前者很易造成战斗浓度,后者在野战条件下靠自然蒸发不易达到伤害浓度。四种毒剂凝固点均较低,冬季施放不会影响使用效果。除沙林可与水任意互溶外,其余三种因水溶性差,比重>1,落入水中多沉入水底,能使水源长期染毒。
(二)化学性质
毒剂纯品在常温下均较稳定,工业品因含杂质,稳定性受到一影响,塔崩、沙林和梭曼在150℃以上会明显分解(沙林弹在爆炸时瞬间分解可达30%);VX性稳定,在干燥并隔绝空气(或充氮)条件下,长期贮存也不易变质。爆炸时有少量分解。
G类毒剂中的酰卤结构(),性质相对活泼,塔崩中的P-CN和VX中的P-S键类似酰卤,化学反应首先在这里进行。但V类毒剂中的P-S键不及G类毒剂中的酰卤键活泼,故较稳定。其次,连接在氧上的烷基有时可以脱落。
1.水解反应:G或V类毒剂在水中均可缓慢水解,水解产物无毒。反应如下:
如反应物为沙林,水解产物则为甲膦酸异丙酯和HF。VX的水解产物是甲膦酸乙酯和二异丙胺基乙硫醇:
水解再度依次为GA>GB>GD>VX。例如温度20℃时,浓度为2.2g/L的GA水溶液,经24~25小时则完全水解;GB(0.1g/L)72小时水解39.2%;GD(0.1g/L)温度16-18℃时完全水解需76天。VX最慢,25℃水解速度仅及GB的1/5000。
加热或加碱可加速毒剂水解。如单纯用煮沸法即可消除G类毒剂:如沙林水溶液(10g/L),加热至50℃,经1.6小时可完全水解。加热V类毒剂虽可使水解加速,但不完全。故对VX染毒的服装或其它物品采用煮沸法消毒时可加碱促使VX水解完全。
酸也加速G类毒剂水解。VX为碱性物质,加酸成盐后水解则更难。
2.与碱反应:G类毒剂与碱作用,反应迅速。如20℃、浓度为16g/L的沙林水溶液加足量NaOH,3~5分钟反应即可完成。
空气中的G类毒剂可用氨水进行喷洒消毒。
碱也可以破坏V类毒剂,但作用较慢,常温下需数小时。
3.与氧化氯化剂反应:VX能被二氯胺、次氯酸盐、三合二、二氯三聚异氰酸钠等氧化氯化剂氧化,生成无毒的甲膦酸乙酯和二异丙胺基乙磺酸。
二、毒性
神经性毒剂是目前外军装备毒剂中毒性最强的一类毒剂。它的吸入毒性(LCt50)分别比HCN大数倍乃至二十倍(HCn LCt50以700mg·min/m3计)。VX毒性最大,依次是GD>GB>GA(表12-3)。
表12-3 神经性毒剂对人的毒性
毒剂种类 |
呼吸道吸入 |
皮肤吸收 |
经口中毒 | ||
LCt50 |
LCt90 |
蒸气或气溶胶 |
液滴 |
LD50 | |
(mg·min/m3) | |||||
塔崩 |
100(1~10) |
400(10~25) |
40(10~15) |
1000(60) |
40 |
沙林 |
55(1~10) |
100(2~15) |
12(2~15) |
1700 |
10 |
梭曼 |
25(1~1) |
70(1~15) |
10(1~6) |
100(30~60) |
10 |
VX |
5(1~10) |
36(4~10) |
1(4~10) |
6~15(30~60) |
5 |
注:括号内数据为毒剂引起失能或死亡生效时间(min)
从表中所列数剧可知,吸入致死量毒剂数分钟之内即可引起人员死亡。在低浓度下(沙林0.0005mg/L;梭曼0.0001mg/L)暴露2min会引起缩瞳和胸闷。皮肤染毒经一定潜伏期后始出现全身中毒症状。VX的皮肤毒性极强,染毒6mg,如不及时消毒即可致死。因此要特别警惕敌人使用V类毒剂。
野战情况下经口吸收的可能性不大。但如误服染毒食物、水时,同样能引起人员中毒。