氣相色譜/質譜技術在火因鑒定中的應用

陳景文 倪章文 福建省消防總隊福州支隊 福建 福州 350005

氣相色譜/質譜技術在火因鑒定中的應用

陳景文 倪章文 福建省消防總隊福州支隊 福建 福州 350005

火災調查中，可以通過對殘留物的分析來查明火災發生的原因，而氣相色譜/質譜技術（GC/MS）是火災物證分析鑒別技術中應用最廣泛的技術之一。本文簡單介紹氣相色譜/質譜技術的基本原理，并列舉了幾個應用這種技術的例子。其他技術（如微萃取技術，熱裂解技術）與氣相色譜/質譜技術的結合使得其應用領域更加廣泛。雖然GC/MS分析技術在實際應用中正確性很高，但是為了科學全面的鑒別火災原因，還需要利用別的分析方法進行驗證。

火災調查；火因鑒定；氣相色譜/質譜技術

引言

在各種災害中，火災是最經常、最普遍地威脅公眾安全和社會發展的主要災害之一。尤其是近幾年來，重特大火災頻頻發生，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，火災原因已成為社會關注的焦點。火災物證的分析鑒定是對火場殘痕物成分定性的檢測方法，是多種學科的匯合，也是法庭科學中的一個重要組成部分。在火災原因調查中，通過對火災現場燃燒殘留物的分析，確定助燃劑和載體的種類，就能為公安消防機關認定火災原因、火災性質和處理火災案件提供證據。不少先進的分析技術已應用于火災物證的分析鑒定領域[1-6]，其中氣相色譜/質譜技術就是很重要的一種。近年來，氣相色譜/質譜技術以其所需樣品量少及高鑒別能力等優點在火災調查識別研究中得到了越來越廣泛的應用。

1 氣相色譜/質譜技術

1.1 氣相色譜/質譜技術的原理

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

質譜法(Mass Spectrometry, MS)是一種很好的定性分析手段，它是一種根據高能電子流轟擊下產生的碎片離子（帶電荷的原子、分子或分子碎片）在電場和磁場中運動，由于質荷比不同分離后進行檢測的方法。測出這些離子的準確質量，就可以確定離子的化合物組成。這是由于核素的準確質量是一個多位小數，決不會有兩個核素的質量是一樣的，而且絕不會有一種核素的質量恰好是另一核素質量的整數倍。質譜法的基本原理是有機物在離子源中發生電離作用，生成不同荷質比的帶正電荷的離子，正電荷離子經過電場的加速作用后形成離子束，再進入質量分析器，在分析器中電場和磁場使離子束發生色散、聚焦，獲得質譜圖，從而確定不同離子的質量。通過解析，便可以獲得有機化合物的分子式，提供其一級結構的信息。

表1 火災現場水樣分析結果

氣相色譜質譜技術（GC/MS）是一種高效的分析技術，該技術利用氣相色譜的分離能力讓混合物中的組分分離，并用質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)來確定有機化合物的分子式。氣相色譜/質譜聯用儀綜合了色譜法的高效分離能力和質譜法的高靈敏度、能對有機物進行定性分析的長處，可以在較短的時間內對多組分混合物進行定性分析。正是由于這種分析方法有著如此顯著的優越性，所以其作為火災現場助燃劑的分析研究的手段已經得到了廣泛的應用。氣相和質譜控制、數據的記錄、分析都是由電腦完成的。氣質聯用具有非常高的靈敏度，其靈敏度可以達到10～l5克，并且其分析范圍非常廣泛，如農藥、藥物、興奮劑等方面的分析。

1.2 氣相色譜/質譜技術在火災調查中的應用

表1為對一火災現場水樣進行氣相色譜/質譜分析得到的結果，從表中可以看出從火場取回的水樣品中檢測出了二甲苯、苯乙烯等化學試劑。再通過對現場勘查發現，火災現場有油漆桶等粉刷用品，表明火災很可能使是由于工人操作不當或吸煙等人為因素導致油漆稀料著火而引起了火災。

2006年4月8日3時許，福建漳州龍海市顏厝鎮路邊村一民宅發生火災，當場燒死8人，傷一人，屬于重特大火災[7]。專家進入現場后，通過現場勘查，在排除其他火災性質的基礎上，懷疑此次火災是人為放火所致。對桌面殘留物、起火點處水泥地面、起火部位塑料熔融物以及現場墻壁的殘留的木龍骨等進行前處理，將樣品制備成可以進行GC/MS分析的樣品。通過氣相色譜/質譜分析，得到樣品的譜圖。對比譜圖，發現現場的樣品與標準汽油樣品在特征峰上非常的一致，通過對目標化合物的檢索分別在樣品中找出這些目標化合物的存在，其成分主要包括二甲苯、三甲苯、炭四苯等，各峰的比例與標準汽油樣品非常一致，因此可以判定以上幾個火災樣品中含有汽油成分。

此外，美國Akron大學B. Tan 等學者應用氣相色譜GC、氣相色譜/質譜儀GC/MS 探測火災現場中基于石油產品的助燃劑，同時利用多變量識別技術判斷是否為人為縱火［3］。法國P. Touron 等學者使用毛細管氣相色譜GC、氣相色譜/質譜儀GC/MS等技術，探測現場可能存在的C1～C40碳氫化合物，通過設計一個分析策略，以使對火災痕跡物質的分析實現半自動化［8］。

2 氣相色譜/質譜技術的與其他技術的結合

固相微萃取（Solid Phase Microextraction，簡稱SPME）技術是一種重要的樣品處理技術，在司法化學鑒定領域應用十分廣泛，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，可快速達到平衡。解吸過程隨SPME后續分離手段的不同而不同，對于氣相色譜，萃取纖維插入進樣口后進行熱解吸。采用固相微萃取技術（SPME）對火災現場的殘留物進行預處理，從待測樣品中萃取相關分析物，再結合GC/MS優越的分析定性能力，從而對火災原因進行準確的識別鑒定。

對于助燃劑燃燒煙塵的檢測，目前國內外常用的定性檢測方法有：紫外光譜法、裂解氣相色譜技術(PGC) 、氣相色譜/質譜聯用技術(GC/MS)等。裂解氣相色譜-質譜聯用技術(PY-GC/MS)是熱裂解技術與氣相色譜/質譜技術的結合。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]，并廣泛應用在司法鑒定，環境化學，天然產物，生命科學和醫藥學等領域。

3 結束語

因為火災的燃燒過程是非常復雜的，并且不同的燃燒行為會產生表面相似的后果，所以僅僅用GC/MS技術檢測殘留物來判斷火災原因是不全面，也是不科學的，還要運用其他分析手段進行分析鑒定，對得到結果進行比較，才能對火災原因進行正確的鑒定。比如在利用氣相色譜/質譜聯用法對某一火災現場的固體樣品進行分析時，對比質譜圖發現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系。但是為了保證結果的準確性，必須用另外一種分析方法進行驗證。為此，利用紅外吸收進行了驗證。經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為聚氨酯類化合物。所以在分析火災原因時，我們還應注意多利用幾種分析手段相互驗證、相互補充，才能得出可靠的結果。

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

[2]邱榕.火場殘留助燃劑的提取分離及氣相色譜/質譜分析[J].中國安全生產科學技術.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、質譜聯用技術與火因技術鑒定[J].火因調查.2005, (8)

[5]陳寧, 張建華. 串聯質譜技術在物證鑒定中的應用[J].刑事技術.2005, (2)

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

[7]梁國富.色譜/質譜法在火災鑒定中的應用[D].天津大學.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]. 燃燒科學與技術.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 學士學位 福建省福州市消防支隊,11級助理工程師，學術方向：火因鑒定。

倪章文（1977年10月~ ）男 籍貫：福建.閩清 學士學位 福建省福州市消防支隊,10級助理工程師，學術方向：火因鑒定。