火灾调查中助燃剂鉴定方法及干扰因素研究

火灾调查中助燃剂鉴定方法及干扰因素研究

赵锐先

陕西海朋保险公估有限公司 陕西省咸阳市712000

摘 要：人为纵火现场残留物往往会存有助燃剂，实践中可通过溶剂提取法、吸附-解吸提取技术、固相微萃取等方法提取残留物中助燃剂；再经过GC、GC-MS、光度分析法、高分辨裂解色谱法等进行检测，确定是否含有助燃剂。而实际操作中火场环境比较复杂，会有各种干扰因素影响助燃剂的鉴定判断，主要包括基质干扰、风化效应、微生物效应等方面。本文对燃烧残留物的提取、检测及助燃剂检测的干扰因素的研究现状进行了梳理，旨在为火场助燃剂的检验鉴定提供参考。

关键词：助燃剂；现场提取；检测；干扰因素

现代社会各类火灾案件层出不穷，其中人为纵火案件也频繁发生，不仅烧毁了大量财产，而且还直接危及人民生命安全，影响社会稳定，是一种严重的犯罪行为。人为纵火一般需要汽油、柴油、乙醇、油漆稀释剂等助燃剂，对于此类案件，现场都会残留助燃剂，因此如何从现场残留物中有效提取并科学检出助燃剂，对于人为纵火案件的侦破具有重要意义。同时由于火场环境较为复杂，各种干扰因素如基质干扰、风化效应、微生物效应等也会影响火灾燃烧残留物中助燃剂的鉴定。笔者借助前人研究成果，梳理了燃烧残留物的提取方法、检测方法以及助燃剂检测的干扰因素的研究现状，以期为火场助燃剂的检验鉴定提供参考。

1、现场提取技术

助燃剂主要指常温下遇火容易燃烧的物质，包括矿物油如汽油、柴油，油漆稀释剂、酒精等，这类物质都具有易燃、易挥发的特点，因此及时有效从火灾现场提取样品，是进行火灾燃烧残留物助燃剂鉴定的首要关键步骤。关于火灾现场助燃剂的提取，美国先后制定了蒸馏法、溶剂萃取法、顶空法、活性炭静态顶空浓缩法、动态顶空法等提取方法的相关标准[1]，而国内关于残留物助燃剂的采集提取则以溶剂萃取、固相微萃取等方法为主。

1.1溶剂萃取法

溶剂萃取法主要依据相似相溶原理，结合助燃剂的特点选择合适的溶剂如正己烷、乙醚、二硫化碳对火灾现场残留物等进行溶解萃取，再通过过滤等方式进行分离浓缩。这种提取方法操作简便、所用仪器简单，萃取选择性高，易于过滤分离，实际案件中应用比较广泛。但实际操作中，由于火场环境复杂，导致提取物中夹杂其他干扰物，而溶剂萃取法不能对干扰物进行有效分离，导致后续检测鉴定工作面临困难，结果具有不确定性。因此溶剂萃取法适合萃取低挥发性的物质和水溶性的物质如乙醇等，而不适合提取轻组分的碳氢化合物，同时溶剂的引入会对后续分析的样品也会产生干扰。梁国福等人利用脱脂棉擦取油漆稀释剂燃烧后产生的烟尘，脱芳后经石油醚萃取、过滤、蒸发浓缩，最后进行GC分析，结果表明溶剂萃取法对鉴定油漆稀料是有效的[2]。

1.2固相微萃取

1990年由Pawliszyn发明的固相微萃取技术（SPME）是一种简单的无溶剂萃取方式，将采样、提取、浓缩、进样综合的检测技术，克服了溶剂萃取法样品耗费大、步骤多的缺陷，具有溶剂消耗少、绿色无污染、操作简单便捷、价格低廉、应用范围广、灵敏度高等优点。在火灾现场调查分析燃烧残留物成分分析中效果比较显著。随着此类技术的进一步成熟，SPME技术将进一步小型化，乃至将其便携化，直接带入火场减少助燃剂的挥发，提高检验鉴定准确性。

     张成功运用SPME-GC/MS技术研究纵火现场助燃剂检测，研究不同的固相微萃取温度和萃取时间对检测灵敏度的影响， 结果表明采用顶空SPME法克服了其他物质干扰大、灵敏度低的缺点，可以高效地对助燃剂进提取[3]。

2、检测方法

针对纵火案件助燃剂的检测，国内主要制定了紫外光谱法、薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、气相色谱-质谱法、红外光谱法等相关标准来规范指导助燃剂的鉴定。紫外光谱法操作简单，但火灾现场复杂，溶剂萃取容易引入杂质，用紫外光谱法就难以分离鉴别，实际工作中难以应用；目前鉴定实际火灾现场有无助燃剂时主要为气相色谱法、气相色谱-质谱联用法等。

2.1气相色谱法

气相色谱法是一种物理化学分离检测方法，对于火灾现场提取量少、干扰大的残留物，气相色谱法能高效分离检测，是一种常用的分析方法。轻质汽油、柴油等常采用FID检测器，近年来顶空气相色谱法、热脱附气相色谱法也成为重要的分析手段。梁国福等对不同的油漆助燃剂及燃烧后烟尘进行气相色谱法鉴定，对燃烧后的特征成分进行比对确定，找出特征峰，鉴定助燃剂种类[2]。

裂解气相色谱法是在惰性环境中将高分子有机化合物经高温裂解，生成低分子裂解产物，并在气相色谱仪进行分析的方法[4]。邵建章[5-6]等采用裂解气相色谱法分析确定木材中是否浸过助燃剂汽油或柴油，为人为纵火调查提供了有力的科学依据。助燃剂一般易挥发，火场残留量较少，纵火后芳香化合物成为判断纵火剂的指示剂。但很多高分子材料在裂解时也会形成芳香化合物，为此美国酒精、烟酒火器局采用目标化合物比率分析，利用引火剂数学模型鉴别助燃剂还是裂解产物

[7]，以确保鉴定结果的可靠性，为这类火灾现场环境复杂、干扰物多的情况提供了一个研究方向。

2.2气相色谱-质谱法

气相色谱实际主要用于有机化合物的分离，不能定性鉴定有机化合物成分，而气相色谱-质谱法（以下用GC/MS表示）则在分离后进行定性鉴定化合物成分，因此国内外对助燃剂的鉴定主要依靠这种方法。GC/MS可以排除气相色谱法中基质对鉴定的干扰，从而得到更加准确的结果[8]。Almiral等[9]从人体皮肤上提取残留物，通过GC/MS技术分析，证明微量汽油等在手上残留2小时仍可检出，为火场尸体皮肤助燃剂残留的检验提供依据。国内章虎等[10]采用GC/MS法对汽油进行分析，综合各种分析对色谱峰加以确认，共检出90多种成分，用峰面积归一法测定出各个组分的相对含量。

3、助燃剂干扰性分析

    火场环境复杂，容易对助燃剂鉴定产生较大的影响。在火灾发生阶段，助燃剂燃烧残留物会受到基质载体高温燃烧的影响；灭火后，受风化效应和土壤环境微生物效应的作用也会影响燃烧残留物的成分检测，对样品采集后的进一步检测产生很大影响。因此以下就干扰助燃剂检测的几个因素进行梳理，以期为火灾调查工作提供一些参考。

3.1基质干扰

火场残留物助燃剂容易渗入塑料、纤维、橡胶制品等基质材料中，而这些物质和助燃剂都是石油化工产品，在火场高温作用下燃烧或热分解可能会对助燃剂的鉴定产生干扰。

塑料制品中聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的热解产物含C8~C20的正构烷烃，与柴油特征组分比较一致；聚苯乙烯热解产生甲基苯、乙基苯及对二甲苯均为汽油特征组分，会对汽油识别产生一定影响[8]。由此可见，火场塑料制品残留产物会影响助燃剂汽油、柴油等助燃剂的鉴别，但是依据标准GB/T18294.5-2010和ASTM E1618-19 相关规定，燃烧残留物中部分特征组分不足以认定其存在助燃剂，如我国国标明确指出助燃剂燃烧残留物中主要含有稠环芳烃、多环芳烃类等物质，而塑料制品燃烧残留物中主要检出C10~C20的正构烷烃和烯烃，所以还是可以对二者进行有效辨别的[11]。

石油化工原料合成的化纤地毯燃烧产物中会检出甲基苯、乙基苯等组分，表明地毯对汽油检出会存在一定干扰；棉布、麻纱等天然纤维与柴油燃烧后会生成更高碳数烷烃，对柴油的检出存在一定影响，但柴油燃烧产物环烷烃、芳香烃等组分特征峰能较好保留，所以能从中判断是否含有柴油[12]。

车辆火灾现场燃油泄漏或人为纵火时燃烧残留物中汽车轮胎燃烧残留物是重要物证之一。轮胎外胎通常是天然橡胶、异戊橡胶和丁苯橡胶，内胎为乙丙橡胶和丁基胶等。徐志超等[13]对4种不同品牌的汽车轮胎进行研究，依据ASTM E1618-19规定，表明轮胎燃烧产物中均检出烷基苯、稠环芳烃类特征组分，对分析轮胎上有无汽油有很大干扰；轮胎与汽油混合燃烧时，用于鉴定汽油组分的相对含量与燃烧后对应组分的相对含量有很大差别，从而对汽油的检出造成较大影响。

3.2风化效应

火灾助燃剂风化效应是指在火灾发生和消防救援过程中，残留物受到热量、光照等条件作用而发生的损失，使残留物特征成分发生变化，影响了助燃剂的检测。火灾残留物经历风化效应时间长短不同，会导致残留物损失的程度不同，从而对残留物中助燃剂检测的干扰程度也会不同。

Locke A K 等[14]对8种化合物在干扰物二硫化碳作用下进行试验，在60℃甲苯、氯苯、苯乙烯、四氯乙烯具有较好的保留效果，温度较高时，萘系、正辛苯、苯基甲苯、二苯基具有较好的保留效果。Prather等将汽油加载在尼龙基质上，燃烧后研究其风化和未风化的特征组分，研究了聚类层次分析、主成分分析法、皮尔逊相关系数在排除风化和基质耦合干扰方面的作用，其中主成分分析法能排除基质干扰在数据分析中最为有效。这为火场复杂环境多因素影响残留物的检测指出了研究方向。

3.3微生物效应

火灾现场土壤类燃烧残留物证也是重要物证之一，而土壤中微生物对助燃剂的降解作用会影响助燃剂的检出。火灾发生后，细菌作用于各种碳氢化合物，使土壤pH值升高，POUSK等[15]研究发现pH值升高有利于细菌生长，而不利于真菌生长，因此细菌更利于火灾后的土壤修复。Turner等[16]对50种助燃剂研究表明，微生物会将长链正构烷烃和单取代烷基苯等结构的化合物优先降解，甚至一些更长的异构烷烃。国内方强等研究了普通土和人工培养土对微生物降解助燃剂鉴定的影响，发现普通土对助燃剂的降解大于培养土的降解效应，正构烷烃和单取代烷基苯比异构烷烃更易受到微生物的影响，结论与Turner研究结论相符。

微生物对助燃剂残留鉴定会产生影响，怎样能抑制其对助燃剂的降解，国外也展开了很多研究。Turner等用杀菌剂去除微生物的方式，以漂白剂和三氯生为杀菌剂，消除微生物，但此方法可能会进一步减少助燃剂特征成分，对助燃剂的鉴定产生影响。Hutches通过减少氧气含量从而抑制微生物生长的方式，以吸氧袋去除土壤物证中氧气，从而减少微生物对助燃剂的降解作用，此法可有效抑制降解达4周之久。

4、结语

由于火灾现场破坏比较严重，现场提取残留物工作非常困难，所以对助燃剂的鉴定而言是关键第一步，固相微萃取技术现在普遍应用于实际当中。检测方式多种多样，其中气相色谱-质谱法具有较高的可操作性及准确性，已成为我国助燃剂检测的有效方法。基质干扰、风化效应、微生物效应是影响助燃剂鉴定的主要干扰因素，为助燃剂的鉴定带来极大不确定性，因此如何减少干扰因素对燃烧残留物助燃剂的鉴定产生的影响，将是以后研究的重点方向之一。

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