陳景文 倪章文 福建省消防總隊(duì)福州支隊(duì) 福建 福州 350005

氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù)在火因鑒定中的應(yīng)用

陳景文 倪章文 福建省消防總隊(duì)福州支隊(duì) 福建 福州 350005

火災(zāi)調(diào)查中，可以通過對(duì)殘留物的分析來查明火災(zāi)發(fā)生的原因，而氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù)（GC/MS）是火災(zāi)物證分析鑒別技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。本文簡(jiǎn)單介紹氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù)的基本原理，并列舉了幾個(gè)應(yīng)用這種技術(shù)的例子。其他技術(shù)（如微萃取技術(shù)，熱裂解技術(shù)）與氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù)的結(jié)合使得其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。雖然GC/MS分析技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中正確性很高，但是為了科學(xué)全面的鑒別火災(zāi)原因，還需要利用別的分析方法進(jìn)行驗(yàn)證。

火災(zāi)調(diào)查；火因鑒定；氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù)

引言

在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一。尤其是近幾年來，重特大火災(zāi)頻頻發(fā)生，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，火災(zāi)原因已成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)?；馂?zāi)物證的分析鑒定是對(duì)火場(chǎng)殘痕物成分定性的檢測(cè)方法，是多種學(xué)科的匯合，也是法庭科學(xué)中的一個(gè)重要組成部分。在火災(zāi)原因調(diào)查中，通過對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)燃燒殘留物的分析，確定助燃劑和載體的種類，就能為公安消防機(jī)關(guān)認(rèn)定火災(zāi)原因、火災(zāi)性質(zhì)和處理火災(zāi)案件提供證據(jù)。不少先進(jìn)的分析技術(shù)已應(yīng)用于火災(zāi)物證的分析鑒定領(lǐng)域[1-6]，其中氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù)就是很重要的一種。近年來，氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù)以其所需樣品量少及高鑒別能力等優(yōu)點(diǎn)在火災(zāi)調(diào)查識(shí)別研究中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

1 氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù)

1.1 氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù)的原理

色譜法（Chromatography）是一種分離分析技術(shù)，使原本很難測(cè)試的混合物得以很快的分離、檢測(cè)。氣相色譜法（Gas Chromatography，GC）是以氣體為載體將樣品帶入色譜儀進(jìn)行分析的色譜法。色譜法利用不同物質(zhì)在不同相態(tài)的選擇性分配，以固定相對(duì)流動(dòng)相中的混合物進(jìn)行洗脫，混合物中不同的物質(zhì)會(huì)以不同的速度沿固定相移動(dòng)，最終達(dá)到分離的效果。色譜過程的本質(zhì)是待分離物質(zhì)分子在固定相和流動(dòng)相之間分配平衡的過程，不同的物質(zhì)在兩相之間的分配會(huì)不同，這使其隨流動(dòng)相運(yùn)動(dòng)速度各不相同，隨著流動(dòng)相的運(yùn)動(dòng)，混合物中的不同組分在固定相上相互分離。

質(zhì)譜法(Mass Spectrometry, MS)是一種很好的定性分析手段，它是一種根據(jù)高能電子流轟擊下產(chǎn)生的碎片離子（帶電荷的原子、分子或分子碎片）在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由于質(zhì)荷比不同分離后進(jìn)行檢測(cè)的方法。測(cè)出這些離子的準(zhǔn)確質(zhì)量，就可以確定離子的化合物組成。這是由于核素的準(zhǔn)確質(zhì)量是一個(gè)多位小數(shù)，決不會(huì)有兩個(gè)核素的質(zhì)量是一樣的，而且絕不會(huì)有一種核素的質(zhì)量恰好是另一核素質(zhì)量的整數(shù)倍。質(zhì)譜法的基本原理是有機(jī)物在離子源中發(fā)生電離作用，生成不同荷質(zhì)比的帶正電荷的離子，正電荷離子經(jīng)過電場(chǎng)的加速作用后形成離子束，再進(jìn)入質(zhì)量分析器，在分析器中電場(chǎng)和磁場(chǎng)使離子束發(fā)生色散、聚焦，獲得質(zhì)譜圖，從而確定不同離子的質(zhì)量。通過解析，便可以獲得有機(jī)化合物的分子式，提供其一級(jí)結(jié)構(gòu)的信息。

表1 火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)水樣分析結(jié)果

氣相色譜質(zhì)譜技術(shù)（GC/MS）是一種高效的分析技術(shù)，該技術(shù)利用氣相色譜的分離能力讓混合物中的組分分離，并用質(zhì)譜鑒定分離出來的組分(定性分析)以及其精確的量(定量分析)來確定有機(jī)化合物的分子式。氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀綜合了色譜法的高效分離能力和質(zhì)譜法的高靈敏度、能對(duì)有機(jī)物進(jìn)行定性分析的長(zhǎng)處，可以在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)多組分混合物進(jìn)行定性分析。正是由于這種分析方法有著如此顯著的優(yōu)越性，所以其作為火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)助燃劑的分析研究的手段已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。氣相和質(zhì)譜控制、數(shù)據(jù)的記錄、分析都是由電腦完成的。氣質(zhì)聯(lián)用具有非常高的靈敏度，其靈敏度可以達(dá)到10～l5克，并且其分析范圍非常廣泛，如農(nóng)藥、藥物、興奮劑等方面的分析。

1.2 氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù)在火災(zāi)調(diào)查中的應(yīng)用

表1為對(duì)一火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)水樣進(jìn)行氣相色譜/質(zhì)譜分析得到的結(jié)果，從表中可以看出從火場(chǎng)取回的水樣品中檢測(cè)出了二甲苯、苯乙烯等化學(xué)試劑。再通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)有油漆桶等粉刷用品，表明火災(zāi)很可能使是由于工人操作不當(dāng)或吸煙等人為因素導(dǎo)致油漆稀料著火而引起了火災(zāi)。

2006年4月8日3時(shí)許，福建漳州龍海市顏厝鎮(zhèn)路邊村一民宅發(fā)生火災(zāi)，當(dāng)場(chǎng)燒死8人，傷一人，屬于重特大火災(zāi)[7]。專家進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后，通過現(xiàn)場(chǎng)勘查，在排除其他火災(zāi)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，懷疑此次火災(zāi)是人為放火所致。對(duì)桌面殘留物、起火點(diǎn)處水泥地面、起火部位塑料熔融物以及現(xiàn)場(chǎng)墻壁的殘留的木龍骨等進(jìn)行前處理，將樣品制備成可以進(jìn)行GC/MS分析的樣品。通過氣相色譜/質(zhì)譜分析，得到樣品的譜圖。對(duì)比譜圖，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的樣品與標(biāo)準(zhǔn)汽油樣品在特征峰上非常的一致，通過對(duì)目標(biāo)化合物的檢索分別在樣品中找出這些目標(biāo)化合物的存在，其成分主要包括二甲苯、三甲苯、炭四苯等，各峰的比例與標(biāo)準(zhǔn)汽油樣品非常一致，因此可以判定以上幾個(gè)火災(zāi)樣品中含有汽油成分。

此外，美國Akron大學(xué)B. Tan 等學(xué)者應(yīng)用氣相色譜GC、氣相色譜/質(zhì)譜儀GC/MS 探測(cè)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)中基于石油產(chǎn)品的助燃劑，同時(shí)利用多變量識(shí)別技術(shù)判斷是否為人為縱火［3］。法國P. Touron 等學(xué)者使用毛細(xì)管氣相色譜GC、氣相色譜/質(zhì)譜儀GC/MS等技術(shù)，探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)可能存在的C1～C40碳?xì)浠衔铮ㄟ^設(shè)計(jì)一個(gè)分析策略，以使對(duì)火災(zāi)痕跡物質(zhì)的分析實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化［8］。

2 氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù)的與其他技術(shù)的結(jié)合

固相微萃?。⊿olid Phase Microextraction，簡(jiǎn)稱SPME）技術(shù)是一種重要的樣品處理技術(shù)，在司法化學(xué)鑒定領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，可用于可燃性液體殘留物、殘留爆炸物、生物樣品中毒、藥物等分析。SPME方法包括吸附和解吸兩步。吸附過程中待測(cè)物在石英纖維萃取頭外涂漬的固定相液膜中平衡分布，遵循相似相溶原理。這一步主要是物理吸附過程，可快速達(dá)到平衡。解吸過程隨SPME后續(xù)分離手段的不同而不同，對(duì)于氣相色譜，萃取纖維插入進(jìn)樣口后進(jìn)行熱解吸。采用固相微萃取技術(shù)（SPME）對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的殘留物進(jìn)行預(yù)處理，從待測(cè)樣品中萃取相關(guān)分析物，再結(jié)合GC/MS優(yōu)越的分析定性能力，從而對(duì)火災(zāi)原因進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別鑒定。

對(duì)于助燃劑燃燒煙塵的檢測(cè)，目前國內(nèi)外常用的定性檢測(cè)方法有：紫外光譜法、裂解氣相色譜技術(shù)(PGC) 、氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC/MS)等。裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(PY-GC/MS)是熱裂解技術(shù)與氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù)的結(jié)合。由于其靈敏度高、分析速度快，可用于聚合物、高分子、煙塵的分解鑒定[9]，并廣泛應(yīng)用在司法鑒定，環(huán)境化學(xué)，天然產(chǎn)物，生命科學(xué)和醫(yī)藥學(xué)等領(lǐng)域。

3 結(jié)束語

因?yàn)榛馂?zāi)的燃燒過程是非常復(fù)雜的，并且不同的燃燒行為會(huì)產(chǎn)生表面相似的后果，所以僅僅用GC/MS技術(shù)檢測(cè)殘留物來判斷火災(zāi)原因是不全面，也是不科學(xué)的，還要運(yùn)用其他分析手段進(jìn)行分析鑒定，對(duì)得到結(jié)果進(jìn)行比較，才能對(duì)火災(zāi)原因進(jìn)行正確的鑒定。比如在利用氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法對(duì)某一火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的固體樣品進(jìn)行分析時(shí)，對(duì)比質(zhì)譜圖發(fā)現(xiàn)樣品中殘留有大量的聚氨酯保溫材料，這些材料與起火以及人員傷亡有很大關(guān)系。但是為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須用另外一種分析方法進(jìn)行驗(yàn)證。為此，利用紅外吸收進(jìn)行了驗(yàn)證。經(jīng)檢索為聚氨基甲酸酯類化合物，這樣可證明這一固體樣品確實(shí)為聚氨酯類化合物。所以在分析火災(zāi)原因時(shí)，我們還應(yīng)注意多利用幾種分析手段相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充，才能得出可靠的結(jié)果。

[1]傅若農(nóng), 劉虎威. 高分辨氣相色譜及高分辨裂解氣相色譜[M]. 北京: 北京理工大學(xué)出版社.1992

[2]邱榕.火場(chǎng)殘留助燃劑的提取分離及氣相色譜/質(zhì)譜分析[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù).2007, 3(1): 35～39

[3]Beijing Tan, HARDY J K, SNAVELY R E. Accelerant Classification by Gas Chromatography/mass Spectrometry and Multivariate Pattern Recognition[J]. Analytica Chimica Acta, 2000, 422: 37～46

[4]劉玉波, 劉梅. 氣相色譜、質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)與火因技術(shù)鑒定[J].火因調(diào)查.2005, (8)

[5]陳寧, 張建華. 串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)在物證鑒定中的應(yīng)用[J].刑事技術(shù).2005, (2)

[6]邵建章，文玉秀，張健，等. 裂解氣相色譜法分析火場(chǎng)燃燒殘留物的研究[J].理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè)). 2004, 40(7): 378～380

[7]梁國富.色譜/質(zhì)譜法在火災(zāi)鑒定中的應(yīng)用[D].天津大學(xué).2006

[8]P G. Holborna, P. F. Nolana, J. Goltb. An analysis of Fatal Unintentional Dwelling Fires Investigated by London Fire Brigade between 1996 and 2000[J]. Fire Safety Journal, 2003, 38: 1～42

[9]李飛, 宗若雯, 支有冉，等. 汽油燃燒煙塵的分析與分類[J]. 燃燒科學(xué)與技術(shù).2011,17(1): 90～95

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.20.010

陳景文（1979年2月~ ） 男 籍貫：福建.閩侯 學(xué)士學(xué)位 福建省福州市消防支隊(duì),11級(jí)助理工程師，學(xué)術(shù)方向：火因鑒定。

倪章文（1977年10月~ ）男 籍貫：福建.閩清 學(xué)士學(xué)位 福建省福州市消防支隊(duì),10級(jí)助理工程師，學(xué)術(shù)方向：火因鑒定。