裂解氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在法庭科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

張若曦，王 巖

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裂解氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在法庭科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

張若曦，王 巖

（中國刑事警察學(xué)院， 遼寧 沈陽 110035）

在法庭科學(xué)領(lǐng)域，經(jīng)常會遇到各種高分子物證化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)鑒定的難題，如涂料、紡織纖維、橡膠、塑料等。本文綜述了近年來裂解氣相色譜/質(zhì)譜法在法庭科學(xué)中的應(yīng)用，通過與紅外光譜的比較，討論了該技術(shù)在鑒別常見物證例如：涂料、紡織纖維、復(fù)印墨粉、木屑等的實用性；裂解氣相色譜/質(zhì)譜法的局限性；各種檢材實驗條件的選擇與優(yōu)化結(jié)果；最后展望了該技術(shù)在法庭科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

微量物證；裂解氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)；聚合物

在法庭科學(xué)領(lǐng)域中，微量物證是與犯罪相關(guān)的、能認(rèn)定犯罪事實的、量小體微、乃至用肉眼難以看見的細(xì)微物質(zhì)。隨著儀器設(shè)備的不斷完善，作為一種特殊的刑事偵查技術(shù)，微量物證已成為揭露犯罪、證明犯罪的有力手段。近年來，現(xiàn)代儀器分析方法的迅速發(fā)展為微量物證檢驗提供了先進(jìn)的手段，從而大大提高了偵察破案水平。然而，在微量物證鑒定中，經(jīng)常遇到各種聚合物的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)鑒定的難點，如：油漆、橡膠、塑料、纖維等。

聚合物微量物證在使用氣相色譜法進(jìn)行分析時受到限制，然而先將聚合物物證檢材進(jìn)行裂解之后再對其進(jìn)行氣相色譜/質(zhì)譜分析就可以達(dá)到鑒定目的。裂解分析機理是利用不同結(jié)構(gòu)的難揮發(fā)性聚合物，在一定的條件下，根據(jù)一定的規(guī)律進(jìn)行裂解分離的特性，并在選定的裂解裝置中，嚴(yán)格控制條件，將聚合物進(jìn)行快速熱裂解揮發(fā)成有機小分子，并通過色譜柱的定性和定量分析，以確定反應(yīng)產(chǎn)物與原樣品的組成、結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)的關(guān)系?，F(xiàn)代儀器分析技術(shù)的不斷進(jìn)步,裂解-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析法（Py-GC/MS）的應(yīng)用,為聚合物結(jié)構(gòu)鑒定提供了強有力的技術(shù)支持[1-3]。然而，在裂解分析中，只利用“指紋特征”對裂解產(chǎn)物色譜峰進(jìn)行鑒別，無法區(qū)分同一保留時間的組分；而且裂解后的總離子流圖會異常復(fù)雜，有些組分多次調(diào)整柱溫度或者應(yīng)用高效毛細(xì)柱也無法獲得滿意的分離效果；并且裂解分析重現(xiàn)性較為不好，在鑒定混合聚合物結(jié)構(gòu)方面還有很大的局限性。

1 裂解-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在法庭科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

1.1 涂料的鑒定

涂料（舊稱油漆）是各類案件中最常見的微量物證之一，其中汽車油漆的鑒定在涂料鑒定中所占比例最大。近年來，道路交通事故中肇事逃逸的情況經(jīng)常出現(xiàn)，鑒定汽車油漆可以幫助事故調(diào)查，以確定汽車和汽車，汽車與受害人是否接觸，為還原肇事情景和事故責(zé)任的判斷提供證據(jù)。

孫其然等[4]對紅外光譜法和裂解-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析鑒定三種紅色汽車色漆的鑒定結(jié)果進(jìn)行比較。實驗結(jié)果表明，從總體上看，Py-GC/MS 和紅外光譜法都可以有效的區(qū)分3種紅色涂料；從局部而言，Py-GC/MS對汽車漆膜中的低分子量化合物，如添加劑成分的定性能力優(yōu)于紅外光譜。這是由儀器自身的特點所決定的：紅外光譜可以呈現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)中各基團(tuán)的振動頻率，但是分辨能力相對較弱，特別是當(dāng)檢測對象為油漆時，其中的填料成分如：樹脂、增塑劑、顏料等與多數(shù)基團(tuán)的相互作用會導(dǎo)致譜圖變得異常復(fù)雜難以解析。但是Py-GC/MS結(jié)合氣相色譜分離和質(zhì)譜分析的優(yōu)勢，可以對熱解產(chǎn)物進(jìn)行準(zhǔn)確定性，并有助于推斷出主要的成膜物質(zhì)、顏料和各種助劑。

羅伊文，孫其然等[5]發(fā)現(xiàn)紅外光譜是鑒別汽車漆膜的組成成分的一種有效方法，然而國內(nèi)汽車清漆主要由雙組分丙烯酸交聯(lián)樹脂（即丙烯酸樹脂和交聯(lián)劑）組成，在紅外光譜圖難以區(qū)分。因此，采用裂解-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對六種汽車清漆進(jìn)行了定性分析及譜圖比較。進(jìn)行了優(yōu)化實驗條件選擇。在裂解溫度為550 ℃，反應(yīng)時間為0.20 min條件下，6種汽車清漆的主要成膜物質(zhì)都是苯乙烯、丙烯酸樹脂和N,N-二甲基三聚氰胺，但其裂解產(chǎn)物保留時間和相對峰高、峰面積都不相同。同時，還對一例實際案例的樣品進(jìn)行了分析，在一場交通事故中，從被撞的電動車上提取到的銀色油漆附著物與兩輛嫌疑轎車的清漆進(jìn)行Py-GC/MS檢查，發(fā)現(xiàn)與其中一輛車清漆的裂解總離子流一致，且各個峰的相對峰高比值一致，從而確定了嫌疑車輛。由此可見，Py-GC/MS可對漆膜中的多種丙烯酸樹脂分離定性，按照丙烯酸樹脂的種類、相對峰高、以及一些小分子助劑成分的差異，可有效區(qū)分紅外光譜相近的汽車清漆。

1.2 紡織纖維的鑒定

纖維是各類紡織品的組成材料，而紡織品與人們的生活緊密關(guān)聯(lián)，因此纖維作為常見的微量物證之一，經(jīng)常出現(xiàn)在兇殺、盜竊、強奸、爆炸和交通事故等現(xiàn)場。

劉文莉[6]等利用Py-GC/MS快速準(zhǔn)確的鑒別三種使用最為廣泛的聚酯纖維：滌綸纖維（聚對苯二甲酸乙二醇纖維，PET）、聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維（即PTT纖維）和聚對苯二甲酸丁二醇酯纖維（即PBT纖維）。施點望[7-8]等利用Py-GC/MS，通過實驗發(fā)現(xiàn)PET和PBT在620 ℃時色譜圖分離良好，同時得到了PBT的總質(zhì)量與PBT產(chǎn)品的熱裂解產(chǎn)物中指定色譜峰的峰面積之間的線性關(guān)系，用PBT裂解總離子流中荷質(zhì)比為203和54的色譜峰面積總和確立了定量曲線，并且總結(jié)出PBT-PET混紡面料產(chǎn)品中各個組分的定量分析方法。

朱峰[9]等利用Py-GC/MS，建立了對聚苯硫醚（PPS）纖維定性鑒別的方法：首先在惰性氣氛中采用不同溫度對PPS纖維的裂解情況進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)PPS纖維在裂解溫度為650 ℃時最有利于譜圖分析，并對特征裂解產(chǎn)物進(jìn)行峰歸屬，主要為苯硫醇、二苯二硫醚、1,3-苯二硫酚和二苯并噻吩。通過對裂解產(chǎn)物種類及相對豐度的統(tǒng)計分析可以達(dá)到理想的鑒別目的。

1.3 復(fù)印墨粉的鑒定

偽造和變造貨幣、證券、單據(jù)等逐漸成為經(jīng)濟犯罪的主體，靜電復(fù)印文件檢驗的檢測成為主要的偵破案件的突破口。靜電復(fù)印主要是由復(fù)印墨粉顯影，通過鑒定復(fù)印粉末可以推斷出相應(yīng)的特定拍好的復(fù)印機，相比于紙張檢測，復(fù)印墨粉的專屬性更強。在涉及復(fù)印文件檢驗的案件中，復(fù)印品作為主要檢材容易獲得，通過分析復(fù)印粉末的類型組成，可以得到所涉及的復(fù)印機的信息，因此復(fù)印粉末檢驗是復(fù)印文件檢驗技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，為案件偵查提供清晰可靠的證據(jù)。

楊瑞琴等[10]通過對23種復(fù)印粉末和對應(yīng)的原始粉末進(jìn)行裂解-氣相色譜/質(zhì)譜檢驗，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)的復(fù)印粉末和原始粉末譜圖一致，并且進(jìn)行了重復(fù)實驗，發(fā)現(xiàn)該方法的重復(fù)性和穩(wěn)定性良好。同時，對23種復(fù)印粉末進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)不同廠家、品牌和批次的復(fù)印粉末裂解產(chǎn)生的色譜峰保留時間和峰面積不同，分離后，檢測器得到不同的色譜信號，可以對復(fù)印粉末進(jìn)行比較和分類，提供其來源的重要依據(jù)。此外，與質(zhì)譜技術(shù)聯(lián)用，對熱裂解產(chǎn)物進(jìn)行峰歸屬，可以得到不同的復(fù)印粉末中添加劑的詳細(xì)配方。本研究對文件檢驗中涉及復(fù)印文件的認(rèn)定和復(fù)印機墨粉配方的研究具有重要的意義。

1.4 其他微量物證的鑒定

木屑是常見的微量物證之一，在某些案件如：殺人、縱火、爆炸、毀壞森林等刑事案件，往往都有木屑?xì)堅圹E。木屑物證可以與犯罪嫌疑人、被害人和犯罪現(xiàn)場聯(lián)系起來，為偵查提供線索和方向。

史曉凡等[11]采用Py-GC/MS分析了 10 種東北地區(qū)常見樹種木屑。第一類裂解產(chǎn)物是由二氧化碳和一氧化碳等組成的小分子化合物，由于質(zhì)譜儀的檢出限在分子量的30以上，所以不能觀察到這些化合物。第二類包含脂肪族醛、酮和酯類化合物。第三類主要為雜環(huán)化合物。結(jié)果表明，Py-GC/MS分析不同樹種木屑的總離子色譜圖，難溶物的主要色譜峰均無明顯差異，但特征峰的峰數(shù)、保留時間、峰高比差異較為明顯。不同樹種木屑的難溶物中，纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的組成不完全相同，因此所得裂解產(chǎn)物小分子的組成也不相同。裂解-氣相/質(zhì)譜由于擁有色譜對復(fù)雜混合物分離效率高和質(zhì)譜對化合物分子結(jié)構(gòu)鑒定能力強的優(yōu)勢，是一種高效的分析不同樹種木屑難溶物的裂解產(chǎn)物的分析方法。

塑料制品在人們?nèi)粘Ｉ铍S處可見，因此也經(jīng)常出現(xiàn)在各種刑事案件和交通事故現(xiàn)場作為證據(jù)。因此，塑料的檢驗在法庭科學(xué)中具有重要意義。姜紅[12]列舉了多種微量塑料檢驗的化學(xué)方法，例如：紅外光譜法，熱分析法等。其中，塑料在特定的溫度下，在裂解氣相色譜/質(zhì)譜法的裂解器中，遵循裂解規(guī)律得到特征的裂解產(chǎn)物，可用于塑料的專屬性鑒別。并舉了兩個實例印證了應(yīng)用的可行性。

2 實驗條件的選擇與優(yōu)化結(jié)果

對于裂解-氣相色譜/質(zhì)譜法而言，在實驗條件的選擇方面一直是研究的熱點，例如：裂解溫度和氣相色譜柱選擇等。俞文[13]在總結(jié)了上百起刑事案件中多種高分子聚合物微量物證的鑒定結(jié)果，發(fā)現(xiàn)FFAP石英毛細(xì)柱可以高效地分離纖維和油漆樣品；而橡膠和塑料樣品，OV—1柱分離效果較好。在對裂解溫度選擇時發(fā)現(xiàn)油漆的最佳裂解溫度為650 ℃；纖維、橡膠及塑料樣品的最佳裂解溫度為750 ℃。同時要注意在分析中的重復(fù)性和穩(wěn)定性，例如：試樣制備的可靠性，色譜保留時間的重復(fù)性，裂解峰強度的重復(fù)性。此外選擇合適的色譜柱溫和程序升溫是保證色譜峰可以良好分離的重要保障，裂解時間的選擇也在一定程度上影響裂解產(chǎn)物的種類。

3 聚合物微量物證的裂解-氣相色譜/質(zhì)譜法分析的局限性

雖然裂解-氣相色譜/質(zhì)譜法的解析和定性能力很強，但是目前在法庭科學(xué)微量物證鑒定中卻不是常規(guī)檢驗方法，筆者總結(jié)主要有以下幾方面原因：

（1）樣本損失。裂解氣相色譜/質(zhì)譜法是有損檢驗。而紅外光譜法是無損檢驗，檢材可以繼續(xù)回收進(jìn)行掃描電鏡和能譜分析等。但是Py-GC/MS的樣品用量相對較小，并不是主要的原因。

（2）沒有固定的條件選擇。不同類型的微量物證檢材，其相對的裂解時間、裂解溫度、色譜程序升溫設(shè)定等條件都需要進(jìn)行多次比較和調(diào)整才可以得到分離較好的色譜圖，才能夠進(jìn)行鑒別和認(rèn)定，用于辦案的較為不便。

（3）檢測時間較長。在得到合適條件之后，一般一次Py-GC/MS分析會需要30~60 min才能得到可用于分析的色譜圖，而紅外光譜可以在幾分鐘內(nèi)就得到檢測結(jié)果，方便多次測定檢驗結(jié)果[14-16]。

（4）樣品量的限制。Py-GC/MS進(jìn)行一次檢測需要的樣品量約為50~100μg。

例如，對油漆進(jìn)行Py-GC/MS分析，大概需要 1 cm2左右的漆片。但是在實際案件微量物證檢材中，多為油漆附著物，其本身可能為多層漆的混合物，且污染會及其嚴(yán)重，從油漆的附著物中提取出單層漆樣品進(jìn)行分析是很困難的。但是對于紅外光譜檢驗，只需Py-GC/MS的 1/2 或更少的樣品量。

（5）重現(xiàn)性難以控制。Py-GC/MS的重現(xiàn)性不佳，尤其對于混合檢材。

4 展望

雖然Py-GC/MS在實際應(yīng)用中存在一定局限性，但該方法具有強大的解析能力，可以有效區(qū)別紅外光譜相近的物證。同時根據(jù)法庭科學(xué)領(lǐng)域?qū)ξ⒘课镒C檢測及結(jié)論可靠性的要求，至少應(yīng)使用兩種不同的儀器對樣品進(jìn)行檢驗，以檢驗結(jié)果的可靠性。因此，在實際檢驗中，如果樣品量足夠大，紅外光譜法和Py-GC/MS法可以分別進(jìn)行比較以確定結(jié)論，但是鑒定過程應(yīng)遵循“先無損后有損”的順序來使用檢驗方法[17-18]。

另外，建立各種常見物證的數(shù)據(jù)庫并及時更新是非常重要的。國外很多法庭科學(xué)實驗室都有非常豐富的物證數(shù)據(jù)庫，例如法國就有完備的汽車油漆數(shù)據(jù)庫。我國也應(yīng)該建立我國的比較完備的常見檢測物證的譜庫，這樣可以給案件偵查提供強有力的微量物證檢驗依據(jù)。

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Application of Py-GC/MS in Forensic Science

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（National Police University of China, Liaoning Senyang 110035, China）

In forensic science,there aresome difficult problems about the identification of chemical composition and structure of high molecular polymer evidences, such as paint, rubber, plastics, fibers and so on. In this paper, application of Py-GC/MS in forensic science in recent years was summarized. Compared with infrared spectroscopy, main usefulness of this technique in the identification process of evidences including paint, fiber, copy powder and sawdust and other common trace evidences was discussed. The limitations of Py-GC/MS were analyzed, how to select experiment conditions for various trace evidences were discussed.Finally,the application prospect of this technique in forensic science field was forecasted.

Py-GC/MS; trace evidence; polymer

2016-03-20

張若曦（1992-），女，碩士在讀，遼寧沈陽人，2015年畢業(yè)于中國藥科大學(xué)分析化學(xué)專業(yè)，目前就讀于中國刑事警察學(xué)院法化學(xué)系。

O 657

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1004-0935（2017）05-0483-04