紅外光譜法分析火災現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現場中汽油燃燒煙塵及殘留物成分

江蘇 朱婷

本文根據汽油燃燒有可能生成復雜的多環芳烴及其他官能團的特點，對汽油燃燒后產生的煙塵及殘留物進行提取，并利用紅外吸收光譜分析方法對汽油原樣、燃燒煙塵及殘留物進行分析。通過分析總結實驗得出數據及譜圖，并與汽油原樣的數據及譜圖進行對比分析，結果證明：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，為放火案件中火災性質的定性，提供了一種快速有效的方法。為了提高該實驗的可靠性，證明該鑒定方法的可行性，本文將紫外光譜分析實驗的結果進行了對比。

傅立葉紅外光譜法；火災；汽油燃燒；煙塵分析；殘留物分析

引言

隨著社會和經濟的迅速發展，火災成為當今世界上常發性災害中危害極大的一種，不僅造成了嚴重的經濟損失和人員傷亡，還影響了社會的穩定。這些火災中，放火案件占有相當的數量，國內2001年至2005年五年內放火案件所占比例為6.1%[1]。因此，在火災現場，收集助燃劑的殘留成分并檢驗鑒定，對放火案件的調查及定性起著至關重要的作用。

放火案件通常可從測定的起火點處或可能的起火點處收集燃燒殘留物,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現場的破壞，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，所以經常被使用[2]。助燃劑的檢驗有三個特點：(1)量少，大多數殘留物是痕量級的；(2)組分復雜，本身是多組分的；(3)變化大，從現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，檢驗的組成與原樣不同，甚至相差很大，不能直接比對。這就使物證的提取和檢驗相當困難[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間后產生煙塵及殘留物的方法，并在制樣時采取了固體壓片的方法，克服了用有機溶劑提取方法導致雜質干擾大、礦物油輕組分容易丟失、有機溶劑對人體毒害大等缺點，實驗取得了較好的效果。

汽油主要成分是C4～C12的烷烴,沸點范圍為40～200℃,它的性質穩定,發熱量大且不易氧化。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、含氧化合物及異構烷烴,并且含有苯[4]。充分燃燒后多數轉化為CO2和水。在發生火災時，根據燃燒時間的不同，會有不充分燃燒的產物，在燃燒殘留物及煙塵中會留下一些礦物油的組分和不易燃燒的重組分。可以借助有關儀器分析來鑒定這些組分[5]，本文采用紅外光譜對燃燒煙塵及殘留物進行分析。

1 材料與方法

1.1 實驗原理

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

1.2 實驗儀器、材料及樣品

1.2.1 實驗儀器

紅外分光光度計(Avatar-370DTGS)

1.2.2 實驗材料

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 實驗方法

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，并貼好標簽。

1.3.1.3 制樣技術

固體樣制備：通過實驗對比，發現對于固體樣品來說，用壓片法得到的譜圖效果最好，因此本實驗中絕大多數樣品制備采取壓片法。本實驗中用空白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，自然揮發至干燥，然后進行實驗。

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波長范圍內進行紅外光譜掃描分析，打印出圖譜。

2 結果與分析

2.1 原樣譜圖分析

為了使實驗更具對比性，我們對未經燃燒的礦物油也進行了紅外光譜分析，其結果如表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，未經燃燒的汽油的紅外吸收圖譜比較復雜，可見未經燃燒的汽油成分比較復雜，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生的煙塵的分析

在實際的火災現場，通常會存在木柴、布料等載體，這些物質的存在往往會影響到檢測結果。因此，本實驗中選取了幾種較常見的干擾物與汽油在一起燃燒，對其煙塵進行紅外光譜分析，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據見表2.2.2.1～2.2.2.2。

2.2.2 圖表數據

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+棉布煙塵號樣品紅外吸收對比圖

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

從表2.2.2.1～2.2.2.2和圖2.2.2.1～2.2.2.2分別對比中可以看出，各種型號的汽油在常見的干擾物上燃燒產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，載體對汽油燃燒煙塵成分的影響不大。

2.2.3 汽油燃燒不同時間下的燃燒煙塵的分析

在實際的火災現場上，可燃物一般都不能完全燃燒，由于燃燒程度的不同，其燃燒產生的煙塵及殘留物也是不一樣的，這往往也會影響到檢測結果，因此，本實驗中，對汽油進行了不同時間段的燃燒，分別采集各時間段的燃燒煙塵及殘留物進行分析，以下對汽油燃燒不同時間產生的煙塵進行紅外光譜分析，分別選取燃燒時間為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

在實際的火災現場上，通常會存在木柴、布料等有機或無機物，這些物質的存在往往會影響到檢測結果。因此，本實驗中也選取了幾種較常見的干擾物與汽油在一起燃燒，對其殘留物進行紅外光譜分析，其主要結果見表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比

在火災現場，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，提取物證時可能只提取到其中的一種，那么，煙塵與殘留物這兩種物質的紅外光譜檢測結果能不能相互替代呢？為了解決這個問題，我們將汽油燃燒煙塵及殘留物進行了對比分析，主要結果見表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，在實際火場中，為了能夠更準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果判定出助燃劑的種類。

2.5 對比實驗

為了提高該實驗的對比性，證明該鑒定方法的可行性，本試驗中還采取了與紫外光譜分析相對比的方法。

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

在對比實驗中，我們采用Aglient-8543紫外可見分光光度計作為檢測儀器，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，實驗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生的煙塵做對比。實驗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論基本一致。

3 討論

實驗表明，汽油即使與常見的干擾物一起燃燒，仍能表現出較強的紅外吸收特征，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。因此，在判定火災現場使用的引燃劑類型時，由于有了紅外光譜分析技術，利用該技術的高選擇性，可以徹底排除樣品中雜質的干擾，在相同條件下提高了檢測靈敏度，因此，在分析火災原因時，紅外光譜分析技術是一項更有應用價值同時又很有發展前景的技術。

【1】鄭執，劉峰,袁春.紫外光譜法分析火場殘留物汽油物成分[J].武警學院學報,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.應用SPME-GC/MS檢測放火現場中助燃劑的研究[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].消防科學與技術,2002(3):32-35.

（作者單位：江蘇省無錫市消防支隊江陰大隊）

（編輯 劉麗娜）