柴油燃燒殘留物、煙塵特征的GC-MS對比分析

陳龍玉

（湖南省消防總隊郴州支隊永興大隊，湖南 郴州 423000）

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器

1.1.1 實驗材料

0# 柴油，載體（棉布、地毯），萃取劑（乙醚）。

1.1.2 實驗儀器

Agilent6890/5973N 氣相色譜/質譜聯用分析儀（安捷倫科技有限公司）， 附G1701BA-B.01.00 Chemstation 軟件，G1033A，D.01.00 NIST98 標準質譜檢索庫；HP-5MS 色譜柱 （30m×0.25mm×0.25um）。

1.2 實驗內容

1.2.1 樣品制備

（1）載體的選擇

因為從火災現場采集的油類多附著在棉紗、衣物、房間裝飾物等物體上，而當今社會中衣物制品的主要材料是棉布，地毯是賓館和家居普遍使用的裝飾物， 所以選擇以棉布和地毯為載體。 用0# 柴油作為火場助燃劑。

將棉布和地毯剪裁成8cm×8cm 規格大小各三塊放置于坩堝中，均澆淋上8ml 的柴油。 等液體完全滲透后，用火柴引燃，直至火焰完全自然熄滅。 一般完全燃燒的時間棉布為5 分鐘左右，地毯為7 分鐘左右。

（2）樣品的提取和保存

用濾紙收集燃燒殘留物，放入燒杯中。 倒入5ml 萃取劑（乙醚）充分攪拌十分鐘。 萃取后過濾，將濾渣回收重復上述步驟萃取一次。收集兩次萃取所得濾液，裝入一次性試樣瓶，貼上標簽，并進行揮發濃縮，最后密封保存。0# 柴油-棉布編號為樣品1，0#柴油-地毯為樣品2。

注意： 每一次做燃燒實驗時將對應殘留物的煙塵收集起來，以相同的萃取劑和萃取方式提取保存。

1.2.2 GC/MS 分析條件

色譜條件。 進樣口溫度：250℃。 分流比50：1。 采用程序升溫：柱溫60℃，保持2min，以5℃/min 的升溫速率升至240℃，保持5min。

質譜條件。 GC/MSD 接口溫度280℃；離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃；EI 離子源，電子能量70eV；全掃描（SCAN）質量范圍50-500aum，選擇離子掃描方式（SIM）73m/z、90m/z。

1.2.3 數據記錄

觀察工作站界面上流出的總離子流圖，完成一個柴油樣品的測試時間是43min。 每完成一個樣品后，從數據庫里調出所存的總離子流圖，利用G1033A，D.01.00NIST98 標準質譜檢索庫進行檢索。 記錄要進行分析的化合物的名稱、化學式與分子量。

1.2.4 數據分析

對照各樣品的總離子流圖以及所記錄的數據，選擇出現幾率較大的成分，按照分子量大小排序，尋找規律。 找出燃燒后各載體殘留物及煙塵中的柴油組分和生成的新物質，尋找規律。

1.3 實驗結果

1.3.1 各樣品的總離子流圖

對每一個樣品進行三組平行實驗，通過觀察篩選出效果最好的一組實驗數據。 以下為被選中的數據中對應的兩個殘留物樣品總離子流色譜圖。

圖1 柴油-棉布殘留物總離子流色譜圖

圖2 柴油-地毯殘留物總離子流色譜圖

1.3.2 殘留物樣品對應的物質生成情況

柴油在地毯上完全燃燒生成的殘留物的主要成分：色譜圖中所標出來的14 個特征組分全部為同系列的直鏈烷烴，其中標號為1 到13 之間的特征組分按碳原子個數依次增長，與十二烷至二十四烷之間的直鏈烷烴一一對應，標號14 的特征組分為三十四烷。

2 結果分析與討論

2.1 殘留物特征組分及其與國家標準的比較

（1）柴油完全燃燒殘留物的特征組分及其與汽油的比較

通過觀察柴油-棉布和柴油-地毯的殘留物總離子流色譜圖可知柴油完全燃燒后大部分生成C15～C24 之間的烴類化合物、 稠環類烴及其衍生物。 其中長鏈烷烴及其異構體占主要含量，與燃燒殘留物中汽油特征組分相比，其萘及其同系物和蒽等稠環芳烴相對增加，而單核芳香烴的含量相比汽油減少。 柴油殘留物中生成的多環芳烴成分和汽油燃燒生成的多環芳烴相類似，但在各成分的比例上同汽油差別很大。 因為在燃燒的過程中發生熱分解和熱聚合的機理不同， 雖然生成物大部分相似， 但在發生反應的過程中各分子之間發生斷鏈和聚合的方式及時間發生改變。

（2）柴油完全燃燒殘留物與國家標準的比較

通過對比發現，柴油完全燃燒殘留物中的物質種類與國家標準相符，包含長鏈烷烴、芳香烴和稠環芳烴等。 其中各組分的含量分配也如標準中所說，柴油經過燃燒、揮發后殘留物里新生成的高碳數長鏈烷烴百分含量非常高， 其他成分的變化例如單環芳烴和稠環芳烴等成分保留得比較好。 其中芳烴中的單核芳香烴 （例如）含量相對較少， 而一些多核芳烴如、菲等物質的含量相對較多。但是沒有發現標準中提到的正構烷烴。 另外，在柴油完全燃燒殘留物中還發現了一些標準中未提到的物質。 例如： 呋喃）、酸含氮化合物

2.2 柴油在不同載體上完全燃燒后殘留物之間的對比

將柴油-棉布和柴油-地毯的完全燃燒殘留物總離子流色譜圖進行比對可以發現， 柴油在棉布載體上完全燃燒后生成的物質中多環化合物較多， 且多數化合物中含有氧原子如醚、呋喃。 而柴油在地毯載體上完全燃燒后幾乎全部是直鏈烷烴。 柴油-地毯完全燃燒殘留物特征峰的出峰順序按質量數大小（或碳原子個數）依次排出，峰的分布較棉布更均勻。

2.3 殘留物與煙塵之間的對比

將柴油的煙塵譜圖與殘留物譜圖進行對比發現，柴油煙塵的稠環芳烴含量比殘留物多，增加了芘、苊、蒽等物質。 其中芘是柴油煙塵區別于殘留物非常明顯的一個特征組分， 因為柴油在棉布和地毯上完全燃燒收集的煙塵中都發現了芘且保留時間都在23min 左右。

但是煙塵中烷烴的含量相比于殘留物較少，且大部分直鏈烷烴被支鏈烷烴代替。 以柴油-地毯為例，柴油在地毯上完全燃燒后其殘留物中物質成分幾乎都是直鏈烷烴規律有序的出峰，且分布比較均勻， 而其對應煙塵中多環芳烴和帶支鏈烷烴的含量較多，且出峰無規律。 另外，柴油完全燃燒殘留物中有單環芳烴，但是在其對應的煙塵中沒有發現。 直鏈烷烴與單環芳烴大部分都是柴油原樣中的組分，由此可見，柴油完全燃燒殘留物對柴油原樣組分的保留比煙塵好。

3 結論

（1）經過完全燃燒后，柴油燃燒殘留物中物質組分與國家標準基本相符。

（2）地毯對油品的吸附性比棉布好，即使在完全燃燒殘留物中依然能夠檢測出很多對鑒定有利的組分， 這一點為火災現場收集殘留物證據提供了指引。

（3）經過分析發現芘是柴油完全燃燒后其煙塵區別于殘留物的一個特征組分。

（4）柴油完全燃燒后殘留物對柴油原樣組分的保留比煙塵好。

[1]公安部消防局.火災統計年鑒[M].中國人事出版社，2005:30-39.

[2]張偉國，韓天祥，李重九，等.氣相色譜－質譜數據的后處理[J].分析測試學報，2004:23.