气相色谱/质谱技术在火因鉴定中的应用

陈景文 倪章文 福建省消防总队福州支队 福建 福州 350005

气相色谱/质谱技术在火因鉴定中的应用

陈景文 倪章文 福建省消防总队福州支队 福建 福州 350005

火灾调查中，可以通过对残留物的分析来查明火灾发生的原因，而气相色谱/质谱技术（GC/MS）是火灾物证分析鉴别技术中应用最广泛的技术之一。本文简单介绍气相色谱/质谱技术的基本原理，并列举了几个应用这种技术的例子。其他技术（如微萃取技术，热裂解技术）与气相色谱/质谱技术的结合使得其应用领域更加广泛。虽然GC/MS分析技术在实际应用中正确性很高，但是为了科学全面的鉴别火灾原因，还需要利用别的分析方法进行验证。

火灾调查；火因鉴定；气相色谱/质谱技术

引言

在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。尤其是近几年来，重特大火灾频频发生，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，火灾原因已成为社会关注的焦点。火灾物证的分析鉴定是对火场残痕物成分定性的检测方法，是多种学科的汇合，也是法庭科学中的一个重要组成部分。在火灾原因调查中，通过对火灾现场燃烧残留物的分析，确定助燃剂和载体的种类，就能为公安消防机关认定火灾原因、火灾性质和处理火灾案件提供证据。不少先进的分析技术已应用于火灾物证的分析鉴定领域[1-6]，其中气相色谱/质谱技术就是很重要的一种。近年来，气相色谱/质谱技术以其所需样品量少及高鉴别能力等优点在火灾调查识别研究中得到了越来越广泛的应用。

1 气相色谱/质谱技术

1.1 气相色谱/质谱技术的原理

色谱法（Chromatography）是一种分离分析技术，使原本很难测试的混合物得以很快的分离、检测。气相色谱法（Gas Chromatography，GC）是以气体为载体将样品带入色谱仪进行分析的色谱法。色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配，以固定相对流动相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。色谱过程的本质是待分离物质分子在固定相和流动相之间分配平衡的过程，不同的物质在两相之间的分配会不同，这使其随流动相运动速度各不相同，随着流动相的运动，混合物中的不同组分在固定相上相互分离。

质谱法(Mass Spectrometry, MS)是一种很好的定性分析手段，它是一种根据高能电子流轰击下产生的碎片离子（带电荷的原子、分子或分子碎片）在电场和磁场中运动，由于质荷比不同分离后进行检测的方法。测出这些离子的准确质量，就可以确定离子的化合物组成。这是由于核素的准确质量是一个多位小数，决不会有两个核素的质量是一样的，而且绝不会有一种核素的质量恰好是另一核素质量的整数倍。质谱法的基本原理是有机物在离子源中发生电离作用，生成不同荷质比的带正电荷的离子，正电荷离子经过电场的加速作用后形成离子束，再进入质量分析器，在分析器中电场和磁场使离子束发生色散、聚焦，获得质谱图，从而确定不同离子的质量。通过解析，便可以获得有机化合物的分子式，提供其一级结构的信息。

表1 火灾现场水样分析结果

气相色谱质谱技术（GC/MS）是一种高效的分析技术，该技术利用气相色谱的分离能力让混合物中的组分分离，并用质谱鉴定分离出来的组分(定性分析)以及其精确的量(定量分析)来确定有机化合物的分子式。气相色谱/质谱联用仪综合了色谱法的高效分离能力和质谱法的高灵敏度、能对有机物进行定性分析的长处，可以在较短的时间内对多组分混合物进行定性分析。正是由于这种分析方法有着如此显著的优越性，所以其作为火灾现场助燃剂的分析研究的手段已经得到了广泛的应用。气相和质谱控制、数据的记录、分析都是由电脑完成的。气质联用具有非常高的灵敏度，其灵敏度可以达到10～l5克，并且其分析范围非常广泛，如农药、药物、兴奋剂等方面的分析。

1.2 气相色谱/质谱技术在火灾调查中的应用

表1为对一火灾现场水样进行气相色谱/质谱分析得到的结果，从表中可以看出从火场取回的水样品中检测出了二甲苯、苯乙烯等化学试剂。再通过对现场勘查发现，火灾现场有油漆桶等粉刷用品，表明火灾很可能使是由于工人操作不当或吸烟等人为因素导致油漆稀料着火而引起了火灾。

2006年4月8日3时许，福建漳州龙海市颜厝镇路边村一民宅发生火灾，当场烧死8人，伤一人，属于重特大火灾[7]。专家进入现场后，通过现场勘查，在排除其他火灾性质的基础上，怀疑此次火灾是人为放火所致。对桌面残留物、起火点处水泥地面、起火部位塑料熔融物以及现场墙壁的残留的木龙骨等进行前处理，将样品制备成可以进行GC/MS分析的样品。通过气相色谱/质谱分析，得到样品的谱图。对比谱图，发现现场的样品与标准汽油样品在特征峰上非常的一致，通过对目标化合物的检索分别在样品中找出这些目标化合物的存在，其成分主要包括二甲苯、三甲苯、炭四苯等，各峰的比例与标准汽油样品非常一致，因此可以判定以上几个火灾样品中含有汽油成分。

此外，美国Akron大学B. Tan 等学者应用气相色谱GC、气相色谱/质谱仪GC/MS 探测火灾现场中基于石油产品的助燃剂，同时利用多变量识别技术判断是否为人为纵火［3］。法国P. Touron 等学者使用毛细管气相色谱GC、气相色谱/质谱仪GC/MS等技术，探测现场可能存在的C1～C40碳氢化合物，通过设计一个分析策略，以使对火灾痕迹物质的分析实现半自动化［8］。

2 气相色谱/质谱技术的与其他技术的结合

固相微萃取（Solid Phase Microextraction，简称SPME）技术是一种重要的样品处理技术，在司法化学鉴定领域应用十分广泛，可用于可燃性液体残留物、残留爆炸物、生物样品中毒、药物等分析。SPME方法包括吸附和解吸两步。吸附过程中待测物在石英纤维萃取头外涂渍的固定相液膜中平衡分布，遵循相似相溶原理。这一步主要是物理吸附过程，可快速达到平衡。解吸过程随SPME后续分离手段的不同而不同，对于气相色谱，萃取纤维插入进样口后进行热解吸。采用固相微萃取技术（SPME）对火灾现场的残留物进行预处理，从待测样品中萃取相关分析物，再结合GC/MS优越的分析定性能力，从而对火灾原因进行准确的识别鉴定。

对于助燃剂燃烧烟尘的检测，目前国内外常用的定性检测方法有：紫外光谱法、裂解气相色谱技术(PGC) 、气相色谱/质谱联用技术(GC/MS)等。裂解气相色谱-质谱联用技术(PY-GC/MS)是热裂解技术与气相色谱/质谱技术的结合。由于其灵敏度高、分析速度快，可用于聚合物、高分子、烟尘的分解鉴定[9]，并广泛应用在司法鉴定，环境化学，天然产物，生命科学和医药学等领域。

3 结束语

因为火灾的燃烧过程是非常复杂的，并且不同的燃烧行为会产生表面相似的后果，所以仅仅用GC/MS技术检测残留物来判断火灾原因是不全面，也是不科学的，还要运用其他分析手段进行分析鉴定，对得到结果进行比较，才能对火灾原因进行正确的鉴定。比如在利用气相色谱/质谱联用法对某一火灾现场的固体样品进行分析时，对比质谱图发现样品中残留有大量的聚氨酯保温材料，这些材料与起火以及人员伤亡有很大关系。但是为了保证结果的准确性，必须用另外一种分析方法进行验证。为此，利用红外吸收进行了验证。经检索为聚氨基甲酸酯类化合物，这样可证明这一固体样品确实为聚氨酯类化合物。所以在分析火灾原因时，我们还应注意多利用几种分析手段相互验证、相互补充，才能得出可靠的结果。

[1]傅若农, 刘虎威. 高分辨气相色谱及高分辨裂解气相色谱[M]. 北京: 北京理工大学出版社.1992

[2]邱榕.火场残留助燃剂的提取分离及气相色谱/质谱分析[J].中国安全生产科学技术.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]刘玉波, 刘梅. 气相色谱、质谱联用技术与火因技术鉴定[J].火因调查.2005, (8)

[5]陈宁, 张建华. 串联质谱技术在物证鉴定中的应用[J].刑事技术.2005, (2)

[6]邵建章，文玉秀，张健，等. 裂解气相色谱法分析火场燃烧残留物的研究[J].理化检验(化学分册). 2004, 40(7): 378～380

[7]梁国富.色谱/质谱法在火灾鉴定中的应用[D].天津大学.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]李飞, 宗若雯, 支有冉，等. 汽油燃烧烟尘的分析与分类[J]. 燃烧科学与技术.2011,17(1): 90～95

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.20.010

陈景文（1979年2月~ ） 男 籍贯：福建.闽侯 学士学位 福建省福州市消防支队,11级助理工程师，学术方向：火因鉴定。

倪章文（1977年10月~ ）男 籍贯：福建.闽清 学士学位 福建省福州市消防支队,10级助理工程师，学术方向：火因鉴定。