红外光谱法分析火灾现场中汽油燃烧烟尘及残留物成分

江苏 朱婷

红外光谱法分析火灾现场中汽油燃烧烟尘及残留物成分

江苏 朱婷

本文根据汽油燃烧有可能生成复杂的多环芳烃及其他官能团的特点，对汽油燃烧后产生的烟尘及残留物进行提取，并利用红外吸收光谱分析方法对汽油原样、燃烧烟尘及残留物进行分析。通过分析总结实验得出数据及谱图，并与汽油原样的数据及谱图进行对比分析，结果证明：利用红外吸收光谱分析方法可以快速鉴定出火场中燃烧烟尘及残留物中可能存在的汽油成分，为放火案件中火灾性质的定性，提供了一种快速有效的方法。为了提高该实验的可靠性，证明该鉴定方法的可行性，本文将紫外光谱分析实验的结果进行了对比。

傅立叶红外光谱法；火灾；汽油燃烧；烟尘分析；残留物分析

引言

随着社会和经济的迅速发展，火灾成为当今世界上常发性灾害中危害极大的一种，不仅造成了严重的经济损失和人员伤亡，还影响了社会的稳定。这些火灾中，放火案件占有相当的数量，国内2001年至2005年五年内放火案件所占比例为6.1%[1]。因此，在火灾现场，收集助燃剂的残留成分并检验鉴定，对放火案件的调查及定性起着至关重要的作用。

放火案件通常可从测定的起火点处或可能的起火点处收集燃烧残留物,从中检出残留的助燃剂成分。在放火案中，由于案犯借火毁证和灭火过程中对现场的破坏，往往很难取到物证。常见的助燃剂有汽油、煤油、柴油等矿物油，尤其是汽油，由于比较容易得到，所以经常被使用[2]。助燃剂的检验有三个特点：(1)量少，大多数残留物是痕量级的；(2)组分复杂，本身是多组分的；(3)变化大，从现场采取的样品很少是原样，由于燃烧、氧化、分化、水溶以及其他因素影响，检验的组成与原样不同，甚至相差很大，不能直接比对。这就使物证的提取和检验相当困难[3]。

本文采用红外光谱法分析汽油在不同载体上燃烧不同时间后产生烟尘及残留物的方法，并在制样时采取了固体压片的方法，克服了用有机溶剂提取方法导致杂质干扰大、矿物油轻组分容易丢失、有机溶剂对人体毒害大等缺点，实验取得了较好的效果。

汽油主要成分是C4～C12的烷烃,沸点范围为40～200℃,它的性质稳定,发热量大且不易氧化。汽油中还含有长链烷烃及苯酚的同系物等。目前使用的无铅汽油,含有芳烃、烯烃、含氧化合物及异构烷烃,并且含有苯[4]。充分燃烧后多数转化为CO2和水。在发生火灾时，根据燃烧时间的不同，会有不充分燃烧的产物，在燃烧残留物及烟尘中会留下一些矿物油的组分和不易燃烧的重组分。可以借助有关仪器分析来鉴定这些组分[5]，本文采用红外光谱对燃烧烟尘及残留物进行分析。

1 材料与方法

1.1 实验原理

傅立叶变换红外光谱是鉴定常用的有机官能团的重要分析方法之一,已广泛应用于各种物证材料（包括无机物证材料）样品的定性和定量分析，不仅能准确地确定物证材料的各种化学成分，还可以采用对比检验分析的方法，快速有效地直接得到取证结果。

1.2 实验仪器、材料及样品

1.2.1 实验仪器

红外分光光度计(Avatar-370DTGS)

1.2.2 实验材料

90＃汽油、93＃汽油、97＃汽油、无水KBr粉末、坩埚、烧杯、量筒、脱脂棉、木柴、皮革、布料、白纸

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备及提取

1.3.1.1 烟尘的提取

将汽油置于坩埚中点燃，将一块长宽约30 cm的玻璃平放于火焰上方约20cm处收集烟尘，收集完毕后用脱脂棉擦拭玻璃,并将收集的烟尘放入试样管中，并贴好标签。

1.3.1.2 残留物的提取

将汽油置于放有一定量脱脂棉、木柴、布料、皮革等载体的坩埚中，用上述方法收集完烟尘后，用滤纸将坩埚底部的残留物刮下，放入试样管中，并贴好标签。

1.3.1.3 制样技术

固体样制备：通过实验对比，发现对于固体样品来说，用压片法得到的谱图效果最好，因此本实验中绝大多数样品制备采取压片法。本实验中用空白KBr压片作片基，将样品分别加无水KBr研磨至粉末并分别压片。

液体样制备：对于汽油液体原样，我们采取了涂片法，即先将无水KBr研磨至粉末并压片，然后用脱脂棉蘸取少量汽油液体样品均匀地涂抹在片基上，自然挥发至干燥，然后进行实验。

1.3.2 定性测定

将压成片的样品放入Avatar370DTGS型红外光谱仪中，在400～4000nm波长范围内进行红外光谱扫描分析，打印出图谱。

2 结果与分析

2.1 原样谱图分析

为了使实验更具对比性，我们对未经燃烧的矿物油也进行了红外光谱分析，其结果如表2.1所示。

表2 .1不同矿物油红外吸收谱带

由上述表2.1可以看出，未经燃烧的汽油的红外吸收图谱比较复杂，可见未经燃烧的汽油成分比较复杂，且大多含有二聚体、多聚体、羧酸二聚体、芳香族、氨基及烷烃、烯烃、炔烃等。

2.2 汽油燃烧烟尘分析

2.2.1 汽油与不同干扰物共同燃烧产生的烟尘的分析

在实际的火灾现场，通常会存在木柴、布料等载体，这些物质的存在往往会影响到检测结果。因此，本实验中选取了几种较常见的干扰物与汽油在一起燃烧，对其烟尘进行红外光谱分析，为了更好地比较同一种矿物油在不同载体中的燃烧情况，分别将两张红外谱图平行叠加形成如下的综合谱图 (图2.2.2.1～2.2.2.2)，其主要特征吸收峰数据见表2.2.2.1～2.2.2.2。

2.2.2 图表数据

表2 .2.2.193#汽油在不同载体上燃烧烟尘的红外吸收谱带

表2 .2.2.297#汽油在不同载体上燃烧烟尘的红外吸收谱带

图2.2.2.193#汽油+皮革烟尘与93#汽油+棉布烟尘号样品红外吸收对比图

图2 .2.2.2 97#汽油+木柴残留物与97#汽油+棉布烟尘号样品的红外吸收对比图

从表2.2.2.1～2.2.2.2和图2.2.2.1～2.2.2.2分别对比中可以看出，各种型号的汽油在常见的干扰物上燃烧产生的烟尘的红外吸收谱图基本上是一致的，特征峰的波长也基本一致，峰值差别也不大，因此可以说，载体对汽油燃烧烟尘成分的影响不大。

2.2.3 汽油燃烧不同时间下的燃烧烟尘的分析

在实际的火灾现场上，可燃物一般都不能完全燃烧，由于燃烧程度的不同，其燃烧产生的烟尘及残留物也是不一样的，这往往也会影响到检测结果，因此，本实验中，对汽油进行了不同时间段的燃烧，分别采集各时间段的燃烧烟尘及残留物进行分析，以下对汽油燃烧不同时间产生的烟尘进行红外光谱分析，分别选取燃烧时间为180秒、270秒、445秒的红外吸收峰，见表2.2.3。445秒以后的燃烧情况与其完全一致，即可以认为在445秒以后样品是完全燃烧的。

表2.2.3 93#汽油不同燃烧时间的燃烧烟尘的红外吸收谱带

从表2.2.3可以看出，93#汽油不同燃烧时间的燃烧烟尘的红外特征谱图基本上一致，也就是说我们可以将此谱图与汽油原样相对比，从而判定该矿物油为汽油。

2.3 汽油燃烧残留物的分析

2.3.1 汽油在不同载体上燃烧残留物的分析

在实际的火灾现场上，通常会存在木柴、布料等有机或无机物，这些物质的存在往往会影响到检测结果。因此，本实验中也选取了几种较常见的干扰物与汽油在一起燃烧，对其残留物进行红外光谱分析，其主要结果见表2.3.1.1～2.3.1.2。

表2 .3.1.1 93#汽油在不同载体上燃烧残留物的红外吸收谱带

表2 .3.1.2 90#汽油在不同载体上燃烧残留物的红外吸收谱带

从表2.3.1.1～2.3.1.2可以看出，汽油在棉布、皮革、纸、木柴和棉花等不同载体上燃烧产生的残留物的红外吸收谱图基本上是一致的，因此可以看出，载体对汽油燃烧残留物成分的影响不大，其特征峰的波长基本一致，但各自的峰值有所不同，这是由于汽油型号不同，其所含成分的C链长短不一样，燃烧程度不同。

2.4 汽油燃烧烟尘及残留物的红外吸收谱带对比

在火灾现场，烟尘通常附着在较光滑的物体表面、较高处，如玻璃等；由于条件的限制，提取物证时可能只提取到其中的一种，那么，烟尘与残留物这两种物质的红外光谱检测结果能不能相互替代呢？为了解决这个问题，我们将汽油燃烧烟尘及残留物进行了对比分析，主要结果见表2.4及图2.4。

表2 .4 93#汽油燃烧烟尘及残留物的红外吸收谱带

图2 .4 93#汽油+木柴烟尘与93#汽油+木柴残留物样品的红外吸收光谱对比图

由表2.4及图2.4可以看出，汽油在同一载体上燃烧的烟尘及残留物的特征谱图基本上是一致的，因此，由以上分析可知，在实际火场中，为了能够更准确的检测助燃剂的种类，要尽量将烟尘和残留物都收集到，但如果受到条件的限制，只能采集到其中一种，我们也可以从这一种的检测结果判定出助燃剂的种类。

2.5 对比实验

为了提高该实验的对比性，证明该鉴定方法的可行性，本试验中还采取了与紫外光谱分析相对比的方法。

紫外光谱法是对含有双键和共轭体系，能够发生电子能级跃迁而产生吸收光谱位于紫外光部分的物质进行分析的方法。而易燃液体类着火物多数具有这一特征。利用这一特征，对常见易燃液体的残留炭化物与已知同类物质在同一条件下模拟试验处理后，进行紫外光谱对照分析鉴定，记录特征峰的波长，从而得知矿物油的种类。

在对比实验中，我们采用Aglient-8543紫外可见分光光度计作为检测仪器，且紫外光谱分析中样品的制备方法与红外光谱分析中制样方法完全一致，得到一系列燃烧烟尘及残留物，为了保证样品的溶解度，实验中采用了乙腈作溶剂，波长扫描范围为190nm～800nm，我们选择了用汽油以木柴为载体燃烧产生的烟尘做对比。实验得出的该样品紫外可见光谱图如图2.5所示。

通过谱图分析，得出汽油+木柴样品中含有多聚体、羟基、芳香族类化合物等，与红外光谱分析得出的结论基本一致。

3 讨论

实验表明，汽油即使与常见的干扰物一起燃烧，仍能表现出较强的红外吸收特征，这些特征的吸收峰可以作为分析火场残留物中是否有汽油成分的依据。因此，在判定火灾现场使用的引燃剂类型时，由于有了红外光谱分析技术，利用该技术的高选择性，可以彻底排除样品中杂质的干扰，在相同条件下提高了检测灵敏度，因此，在分析火灾原因时，红外光谱分析技术是一项更有应用价值同时又很有发展前景的技术。

【1】郑执，刘峰,袁春.紫外光谱法分析火场残留物汽油物成分[J].武警学院学报,2005,(6):28~29.

【2】公安部消防局编.中国消防年鉴2005[M].北京:中国人事出版社,2004.

【3】张成功，王长富，凌友青.应用SPME-GC/MS检测放火现场中助燃剂的研究[J].中国司法鉴定，2003:18-20.

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

【5】张健.汽油燃烧烟尘的紫外分光光度分析[M].消防科学与技术,2002(3):32-35.

（作者单位：江苏省无锡市消防支队江阴大队）

（编辑 刘丽娜）