紅外光譜法分析火災(zāi)現(xiàn)場中汽油燃燒煙塵及殘留物成分

江蘇 朱婷

紅外光譜法分析火災(zāi)現(xiàn)場中汽油燃燒煙塵及殘留物成分

江蘇 朱婷

本文根據(jù)汽油燃燒有可能生成復(fù)雜的多環(huán)芳烴及其他官能團(tuán)的特點(diǎn)，對(duì)汽油燃燒后產(chǎn)生的煙塵及殘留物進(jìn)行提取，并利用紅外吸收光譜分析方法對(duì)汽油原樣、燃燒煙塵及殘留物進(jìn)行分析。通過分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)及譜圖，并與汽油原樣的數(shù)據(jù)及譜圖進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果證明：利用紅外吸收光譜分析方法可以快速鑒定出火場中燃燒煙塵及殘留物中可能存在的汽油成分，為放火案件中火災(zāi)性質(zhì)的定性，提供了一種快速有效的方法。為了提高該實(shí)驗(yàn)的可靠性，證明該鑒定方法的可行性，本文將紫外光譜分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。

傅立葉紅外光譜法；火災(zāi)；汽油燃燒；煙塵分析；殘留物分析

引言

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，火災(zāi)成為當(dāng)今世界上常發(fā)性災(zāi)害中危害極大的一種，不僅造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，還影響了社會(huì)的穩(wěn)定。這些火災(zāi)中，放火案件占有相當(dāng)?shù)臄?shù)量，國內(nèi)2001年至2005年五年內(nèi)放火案件所占比例為6.1%[1]。因此，在火災(zāi)現(xiàn)場，收集助燃劑的殘留成分并檢驗(yàn)鑒定，對(duì)放火案件的調(diào)查及定性起著至關(guān)重要的作用。

放火案件通?？蓮臏y定的起火點(diǎn)處或可能的起火點(diǎn)處收集燃燒殘留物,從中檢出殘留的助燃劑成分。在放火案中，由于案犯借火毀證和滅火過程中對(duì)現(xiàn)場的破壞，往往很難取到物證。常見的助燃劑有汽油、煤油、柴油等礦物油，尤其是汽油，由于比較容易得到，所以經(jīng)常被使用[2]。助燃劑的檢驗(yàn)有三個(gè)特點(diǎn)：(1)量少，大多數(shù)殘留物是痕量級(jí)的；(2)組分復(fù)雜，本身是多組分的；(3)變化大，從現(xiàn)場采取的樣品很少是原樣，由于燃燒、氧化、分化、水溶以及其他因素影響，檢驗(yàn)的組成與原樣不同，甚至相差很大，不能直接比對(duì)。這就使物證的提取和檢驗(yàn)相當(dāng)困難[3]。

本文采用紅外光譜法分析汽油在不同載體上燃燒不同時(shí)間后產(chǎn)生煙塵及殘留物的方法，并在制樣時(shí)采取了固體壓片的方法，克服了用有機(jī)溶劑提取方法導(dǎo)致雜質(zhì)干擾大、礦物油輕組分容易丟失、有機(jī)溶劑對(duì)人體毒害大等缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)取得了較好的效果。

汽油主要成分是C4～C12的烷烴,沸點(diǎn)范圍為40～200℃,它的性質(zhì)穩(wěn)定,發(fā)熱量大且不易氧化。汽油中還含有長鏈烷烴及苯酚的同系物等。目前使用的無鉛汽油,含有芳烴、烯烴、含氧化合物及異構(gòu)烷烴,并且含有苯[4]。充分燃燒后多數(shù)轉(zhuǎn)化為CO2和水。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，根據(jù)燃燒時(shí)間的不同，會(huì)有不充分燃燒的產(chǎn)物，在燃燒殘留物及煙塵中會(huì)留下一些礦物油的組分和不易燃燒的重組分。可以借助有關(guān)儀器分析來鑒定這些組分[5]，本文采用紅外光譜對(duì)燃燒煙塵及殘留物進(jìn)行分析。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

傅立葉變換紅外光譜是鑒定常用的有機(jī)官能團(tuán)的重要分析方法之一,已廣泛應(yīng)用于各種物證材料（包括無機(jī)物證材料）樣品的定性和定量分析，不僅能準(zhǔn)確地確定物證材料的各種化學(xué)成分，還可以采用對(duì)比檢驗(yàn)分析的方法，快速有效地直接得到取證結(jié)果。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器、材料及樣品

1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

紅外分光光度計(jì)(Avatar-370DTGS)

1.2.2 實(shí)驗(yàn)材料

90＃汽油、93＃汽油、97＃汽油、無水KBr粉末、坩堝、燒杯、量筒、脫脂棉、木柴、皮革、布料、白紙

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備及提取

1.3.1.1 煙塵的提取

將汽油置于坩堝中點(diǎn)燃，將一塊長寬約30 cm的玻璃平放于火焰上方約20cm處收集煙塵，收集完畢后用脫脂棉擦拭玻璃,并將收集的煙塵放入試樣管中，并貼好標(biāo)簽。

1.3.1.2 殘留物的提取

將汽油置于放有一定量脫脂棉、木柴、布料、皮革等載體的坩堝中，用上述方法收集完煙塵后，用濾紙將坩堝底部的殘留物刮下，放入試樣管中，并貼好標(biāo)簽。

1.3.1.3 制樣技術(shù)

固體樣制備：通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)對(duì)于固體樣品來說，用壓片法得到的譜圖效果最好，因此本實(shí)驗(yàn)中絕大多數(shù)樣品制備采取壓片法。本實(shí)驗(yàn)中用空白KBr壓片作片基，將樣品分別加無水KBr研磨至粉末并分別壓片。

液體樣制備：對(duì)于汽油液體原樣，我們采取了涂片法，即先將無水KBr研磨至粉末并壓片，然后用脫脂棉蘸取少量汽油液體樣品均勻地涂抹在片基上，自然揮發(fā)至干燥，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.3.2 定性測定

將壓成片的樣品放入Avatar370DTGS型紅外光譜儀中，在400～4000nm波長范圍內(nèi)進(jìn)行紅外光譜掃描分析，打印出圖譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 原樣譜圖分析

為了使實(shí)驗(yàn)更具對(duì)比性，我們對(duì)未經(jīng)燃燒的礦物油也進(jìn)行了紅外光譜分析，其結(jié)果如表2.1所示。

表2 .1不同礦物油紅外吸收譜帶

由上述表2.1可以看出，未經(jīng)燃燒的汽油的紅外吸收圖譜比較復(fù)雜，可見未經(jīng)燃燒的汽油成分比較復(fù)雜，且大多含有二聚體、多聚體、羧酸二聚體、芳香族、氨基及烷烴、烯烴、炔烴等。

2.2 汽油燃燒煙塵分析

2.2.1 汽油與不同干擾物共同燃燒產(chǎn)生的煙塵的分析

在實(shí)際的火災(zāi)現(xiàn)場，通常會(huì)存在木柴、布料等載體，這些物質(zhì)的存在往往會(huì)影響到檢測結(jié)果。因此，本實(shí)驗(yàn)中選取了幾種較常見的干擾物與汽油在一起燃燒，對(duì)其煙塵進(jìn)行紅外光譜分析，為了更好地比較同一種礦物油在不同載體中的燃燒情況，分別將兩張紅外譜圖平行疊加形成如下的綜合譜圖 (圖2.2.2.1～2.2.2.2)，其主要特征吸收峰數(shù)據(jù)見表2.2.2.1～2.2.2.2。

2.2.2 圖表數(shù)據(jù)

表2 .2.2.193#汽油在不同載體上燃燒煙塵的紅外吸收譜帶

表2 .2.2.297#汽油在不同載體上燃燒煙塵的紅外吸收譜帶

圖2.2.2.193#汽油+皮革煙塵與93#汽油+棉布煙塵號(hào)樣品紅外吸收對(duì)比圖

圖2 .2.2.2 97#汽油+木柴殘留物與97#汽油+棉布煙塵號(hào)樣品的紅外吸收對(duì)比圖

從表2.2.2.1～2.2.2.2和圖2.2.2.1～2.2.2.2分別對(duì)比中可以看出，各種型號(hào)的汽油在常見的干擾物上燃燒產(chǎn)生的煙塵的紅外吸收譜圖基本上是一致的，特征峰的波長也基本一致，峰值差別也不大，因此可以說，載體對(duì)汽油燃燒煙塵成分的影響不大。

2.2.3 汽油燃燒不同時(shí)間下的燃燒煙塵的分析

在實(shí)際的火災(zāi)現(xiàn)場上，可燃物一般都不能完全燃燒，由于燃燒程度的不同，其燃燒產(chǎn)生的煙塵及殘留物也是不一樣的，這往往也會(huì)影響到檢測結(jié)果，因此，本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)汽油進(jìn)行了不同時(shí)間段的燃燒，分別采集各時(shí)間段的燃燒煙塵及殘留物進(jìn)行分析，以下對(duì)汽油燃燒不同時(shí)間產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行紅外光譜分析，分別選取燃燒時(shí)間為180秒、270秒、445秒的紅外吸收峰，見表2.2.3。445秒以后的燃燒情況與其完全一致，即可以認(rèn)為在445秒以后樣品是完全燃燒的。

表2.2.3 93#汽油不同燃燒時(shí)間的燃燒煙塵的紅外吸收譜帶

從表2.2.3可以看出，93#汽油不同燃燒時(shí)間的燃燒煙塵的紅外特征譜圖基本上一致，也就是說我們可以將此譜圖與汽油原樣相對(duì)比，從而判定該礦物油為汽油。

2.3 汽油燃燒殘留物的分析

2.3.1 汽油在不同載體上燃燒殘留物的分析

在實(shí)際的火災(zāi)現(xiàn)場上，通常會(huì)存在木柴、布料等有機(jī)或無機(jī)物，這些物質(zhì)的存在往往會(huì)影響到檢測結(jié)果。因此，本實(shí)驗(yàn)中也選取了幾種較常見的干擾物與汽油在一起燃燒，對(duì)其殘留物進(jìn)行紅外光譜分析，其主要結(jié)果見表2.3.1.1～2.3.1.2。

表2 .3.1.1 93#汽油在不同載體上燃燒殘留物的紅外吸收譜帶

表2 .3.1.2 90#汽油在不同載體上燃燒殘留物的紅外吸收譜帶

從表2.3.1.1～2.3.1.2可以看出，汽油在棉布、皮革、紙、木柴和棉花等不同載體上燃燒產(chǎn)生的殘留物的紅外吸收譜圖基本上是一致的，因此可以看出，載體對(duì)汽油燃燒殘留物成分的影響不大，其特征峰的波長基本一致，但各自的峰值有所不同，這是由于汽油型號(hào)不同，其所含成分的C鏈長短不一樣，燃燒程度不同。

2.4 汽油燃燒煙塵及殘留物的紅外吸收譜帶對(duì)比

在火災(zāi)現(xiàn)場，煙塵通常附著在較光滑的物體表面、較高處，如玻璃等；由于條件的限制，提取物證時(shí)可能只提取到其中的一種，那么，煙塵與殘留物這兩種物質(zhì)的紅外光譜檢測結(jié)果能不能相互替代呢？為了解決這個(gè)問題，我們將汽油燃燒煙塵及殘留物進(jìn)行了對(duì)比分析，主要結(jié)果見表2.4及圖2.4。

表2 .4 93#汽油燃燒煙塵及殘留物的紅外吸收譜帶

圖2 .4 93#汽油+木柴煙塵與93#汽油+木柴殘留物樣品的紅外吸收光譜對(duì)比圖

由表2.4及圖2.4可以看出，汽油在同一載體上燃燒的煙塵及殘留物的特征譜圖基本上是一致的，因此，由以上分析可知，在實(shí)際火場中，為了能夠更準(zhǔn)確的檢測助燃劑的種類，要盡量將煙塵和殘留物都收集到，但如果受到條件的限制，只能采集到其中一種，我們也可以從這一種的檢測結(jié)果判定出助燃劑的種類。

2.5 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了提高該實(shí)驗(yàn)的對(duì)比性，證明該鑒定方法的可行性，本試驗(yàn)中還采取了與紫外光譜分析相對(duì)比的方法。

紫外光譜法是對(duì)含有雙鍵和共軛體系，能夠發(fā)生電子能級(jí)躍遷而產(chǎn)生吸收光譜位于紫外光部分的物質(zhì)進(jìn)行分析的方法。而易燃液體類著火物多數(shù)具有這一特征。利用這一特征，對(duì)常見易燃液體的殘留炭化物與已知同類物質(zhì)在同一條件下模擬試驗(yàn)處理后，進(jìn)行紫外光譜對(duì)照分析鑒定，記錄特征峰的波長，從而得知礦物油的種類。

在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，我們采用Aglient-8543紫外可見分光光度計(jì)作為檢測儀器，且紫外光譜分析中樣品的制備方法與紅外光譜分析中制樣方法完全一致，得到一系列燃燒煙塵及殘留物，為了保證樣品的溶解度，實(shí)驗(yàn)中采用了乙腈作溶劑，波長掃描范圍為190nm～800nm，我們選擇了用汽油以木柴為載體燃燒產(chǎn)生的煙塵做對(duì)比。實(shí)驗(yàn)得出的該樣品紫外可見光譜圖如圖2.5所示。

通過譜圖分析，得出汽油+木柴樣品中含有多聚體、羥基、芳香族類化合物等，與紅外光譜分析得出的結(jié)論基本一致。

3 討論

實(shí)驗(yàn)表明，汽油即使與常見的干擾物一起燃燒，仍能表現(xiàn)出較強(qiáng)的紅外吸收特征，這些特征的吸收峰可以作為分析火場殘留物中是否有汽油成分的依據(jù)。因此，在判定火災(zāi)現(xiàn)場使用的引燃劑類型時(shí)，由于有了紅外光譜分析技術(shù)，利用該技術(shù)的高選擇性，可以徹底排除樣品中雜質(zhì)的干擾，在相同條件下提高了檢測靈敏度，因此，在分析火災(zāi)原因時(shí)，紅外光譜分析技術(shù)是一項(xiàng)更有應(yīng)用價(jià)值同時(shí)又很有發(fā)展前景的技術(shù)。

【1】鄭執(zhí)，劉峰,袁春.紫外光譜法分析火場殘留物汽油物成分[J].武警學(xué)院學(xué)報(bào),2005,(6):28~29.

【2】公安部消防局編.中國消防年鑒2005[M].北京:中國人事出版社,2004.

【3】張成功，王長富，凌友青.應(yīng)用SPME-GC/MS檢測放火現(xiàn)場中助燃劑的研究[J].中國司法鑒定，2003:18-20.

【4】M.N.A,MacDonald,R.A.An Evaluation ofaNetwork SmokeControlModel.SHRAETransactions,Volume97,1991:275-282.

【5】張健.汽油燃燒煙塵的紫外分光光度分析[M].消防科學(xué)與技術(shù),2002(3):32-35.

（作者單位：江蘇省無錫市消防支隊(duì)江陰大隊(duì)）

（編輯 劉麗娜）