浅议涉爆案件常用自制炸药检测方法

□吴 凯, 殷英华, 张志青

(山西警察学院,山西 太原 030021)

【刑事侦查与技术】

浅议涉爆案件常用自制炸药检测方法

□吴 凯, 殷英华, 张志青

(山西警察学院,山西 太原 030021)

自制炸药原料易得且制作方法简单,是涉爆案件犯罪分子最易使用的一类炸药。自制炸药的定性、定量分析是侦破涉爆案件的关键,介绍了常用的实验室与涉爆现场检测方法,明确原理的基础上重点分析了优缺点与适用性,并就自制炸药的可靠分析给出了建议,展望了检测技术的发展。

自制炸药;技术方法;实验室检测;涉爆现场检测;优缺点

当前,世界范围内爆恐活动呈上升趋势,刑事爆炸事件时有发生,严重威胁着人们的生命财产安全。据美国《2015年反恐形势报告》统计,2015年全球有超过1.78万人在恐怖袭击中丧生,其中爆炸袭击造成的伤亡比例高达57%。

自制炸药多以无机盐为氧化剂、添加各类可燃剂作还原剂,有些自制炸药还可能混掺有少量的单体炸药。由于其原料易得、来源广泛,且制造方法简单、成本低廉,成为爆炸案件犯罪分子使用频次最多的一类炸药。相关报道指出,全球超过90%爆恐案件中出现的炸药均为自制炸药。对自制炸药进行准确、可靠的定性、定量测试可为涉爆案件侦破提供必要的物证线索。因此,对自制炸药组分构成的检测是公安物证鉴定分析工作的一个重要方面,而技术方法则是核心环节。本文在介绍各种自制炸药检测方法原理的基础上,着重分析了其特点,具有哪些优势,存在哪些不足,并提出了一些技术建议,为今后的相关检验鉴定工作提供了一定思路与帮助。

1 涉爆案件常见自制炸药的组分

自制炸药原材料主要有高锰酸钾、硝酸铵、硝酸钾、氯酸钾、硫磺、蔗糖、铝(镁)粉等,这些原料价格便宜、易于购买,因此,成为犯罪分子实施爆炸袭击、制作爆炸物的首选。

例如：2004年2月8日浙江某休闲中心的一起爆炸案，通过检测在爆炸现场提取的尘土，确定了犯罪嫌疑人制造爆炸所用的炸药为铝粉、氯酸甲、硫磺等成分组成的混合物。2012年6月27日广东省汕尾市发生一起爆炸案，案件侦破后经犯罪嫌疑人供述，在其家中搜缴到爆炸疑似物质，通过检测，确定该物质是以硝酸钾、细碎锯末、白砂糖为主要原料的爆炸混合物。2012年8月14日发生于安徽省铜陵市的一起爆炸案，犯罪嫌疑人使用了自制火药爆炸装置，装填成分为从非法爆竹中获取的烟火剂类爆炸物，主要成分为氯酸钾、硝酸钾与雄黄等。2013年11月6日山西省委附近连发数次小型爆炸物爆炸，犯罪嫌疑人被捕后，在其家中发现未爆的可疑爆炸装置，对其内部粉末状物质进行分析，认定为黑火药类炸药，即由硝酸钾、木炭、硫磺等组分混制而成。2013年4月15日，美国波士顿国际马拉松赛现场发生的连环炸弹袭击事件，爆炸袭击人使用了高压锅内装钢钉、钢珠以及私制黑火药的爆炸装置。此外，近几年来我国新疆地区发生的多起恐怖爆炸袭击案件，犯罪嫌疑人除使用以汽油为材料制作的简易燃烧爆炸弹外，硝酸铵、硝酸钾类化肥作氧化剂、添加各类可燃物及敏化剂制成的爆炸混合物也时有出现。上述案件中的涉爆物质均为自制炸药或功能上等同于自制炸药，而且每件具体组分都不在管制序列，市面上均可买到或自行加工获取，亦或直接从烟花爆竹中提取。这些自制炸药的制造组分，单独存在时为普通物料，而混合在一起便成为爆炸物。

用于自制炸药的主要原材料及其属性功能分类见表1。自制炸药的检测实则就是分析爆炸疑似物中是否含有这些组分及含量。

2 常用自制炸药检测方法分析评价

自制炸药成分复杂多变,而且其制作原材料挥发性普遍较低,是涉爆物证分析工作的一个难点。自制炸药的实验室检验方法主要有:化学显色法、扫描电子显微镜法、离子色谱法、毛细管电泳法、X射线衍射法等。涉爆现场处置的检测方法主要有:仪器检测法与炸药立显剂(化学显色法)。仪器检测法按原理可分为:离子迁移谱法、荧光聚合物法、拉曼光谱法、红外光谱法等。

2.1 实验室检测方法

表1 用于自制炸药的主要原材料[1]

2.1.1 化学显色法

化学显色法是利用炸药与某些化学试剂作用时会发生化学反应而出现特征颜色的性质,使疑似物接触这些化学试剂,通过颜色的变化来反推是何种炸药的方法。作为实验室常用的炸药检测方法,其操作便捷,测试过程迅速,基本涵盖了所有常见有机炸药与无机炸药种类,而在涉爆现场则可使用便携式炸药立显喷雾剂组合。

化学显色法最主要的缺点在于显色反应的可靠性有时不足,原因一是某些显色反应的特征颜色并不专属于某一炸药,不同炸药与同一显色剂作用可能生成同一颜色;二是显色反应易受外界干扰物质影响。化学显色法多数情况只是为炸药的定性缩小了范围、指明了方向,如要精准定性是何物质,仍需进一步测试。

2.1.2 扫描电子显微镜法

扫描电子显微镜简称扫描电镜(SEM),主要用于微量样品的表面形态分析。X射线能谱仪简称能谱仪(EDS),是与扫描电镜配合使用的分析仪器,用于微量样品元素组成的定性、定量分析。

(1)原理

扫描电镜成像过程是由电子枪发射的高能电子束在样品表面扫描,激发样品产生二次电子,通过收集二次电子并将其转化为电信号用以调制显像管亮度,最终在显示屏上呈现亮暗程度不同的反映样品表面形态的二次电子像。高能电子束与样品作用可产生特征X射线信号,其波长与原子序数间存在确定关系。能谱仪能够测得该X射线的波长与强度,从而确定发出某种X射线对应的元素类别及含量。

(2)方法特点

扫描电镜具有分辨率高、景深与放大倍数大等特点。分辨率一般为3nm;当放大倍数为10倍时,景深为10mm;放大倍数为100倍时,景深为1mm;放大倍数为10000倍时,景深为1mm;最大放大倍数10万倍以上,且一定范围内连续可调。能谱仪可检出Be(4)-U(92)范围内的元素,分辨率一般为100-150eV,2-3分钟内便可完成样品的定性、定量分析,具有较高的识别率且不损坏样品[2]。

对于自制炸药或其爆炸残留物中半径大于0.01mm的微小颗粒,根据其微观形态,结合颗粒元素分布的面扫面与点扫描结果,可实现有效检测。比如用扫描电镜分析氯酸钾自制炸药爆炸残留物,可见呈球形的氯酸钾原体颗粒,放大1000倍时可见硫磺晶状体棱角。如果自制炸药含铝,则可观察到表面粗糙的铝颗粒(局部氧化所致)。用能谱仪分析,则可检出元素为氯、钾、氧的氯酸钾分子以及氯、钾元素颗粒[3]。同理,对于未爆氯酸钾自制炸药,能实现对组分元素及含量的可靠测定。

扫描电镜是从微观物理表征的角度对自制炸药进行观察鉴定,属于初识别阶段,可为后续定性分析奠定基础,比如缩小自制炸药组分可能的范围或有助于进一步检测方法的选择。能谱仪是从元素分析的角度测定自制炸药,与扫描电镜相互配合,是实验室检测鉴定自制炸药的重要方法。但该方法只能检验炸药的元素成分,不能准确判定其组分。

2.1.3 离子色谱法

离子色谱法(IC)是用电导检测器对阴、阳离子混合物作常量和痕量分析的色谱法。分析时在分离柱后串联一根抑制柱,用以抑制流动相中电解质的背景电导率。

(1)原理

离子色谱法系统的构成由流动相传送部分、分离柱、检测器与数据处理四个部分,分离方式有三种:高效离子交换色谱(HPIC)、离子排斥色谱(HPIEC)与离子对色谱(MPIC),分别使用低容量离子交换树脂、高容量树脂与不含离子交换基团的多孔树脂,分离机理分别为离子交换、离子排斥与基于吸附作用形成离子对。

(2)方法特点

离子色谱法具有高灵敏度,对常见阴离子的检出限小于10μg/L。选择性好,可同时分析多种离子化合物(同时检测样品中的多种成分),所得色谱图可分别显示检材试样的阴、阳离子组成情况。此外,离子色谱的分离柱稳定性好、容量高,柱填料的高pH值允许用强酸或强碱作淋洗液,扩大了应用范围。离子色谱法对于分析以无机盐为主要成分的自制炸药是一种较为高效的实验室检测方法。

2.1.4 毛细管电泳法

电泳是指带电粒子在电场作用下做定向移动的现象。高效毛细管电泳(HPEC)有以下几种分离模式,毛细管区带电泳(CZE)、胶束电动毛细管色谱(MECE)、毛细管凝胶电泳(CGE)、毛细管等速电泳(CITP)、毛细管等电聚焦电泳(CIEF)及毛细管电色谱(CEC),前三种应用较多。

(1)原理

毛细管区带电泳是将样品置于充满具有缓冲能力的电解质溶液的毛细管中,因其中不同质荷比的组分在外加电场的作用下迁移速度不同,而实现对不同组分的分离。离子的迁移顺序与所带电荷的正负、荷电量及离子半径有关。毛细管区带电泳不能分离中性粒子。

胶束电动毛细管色谱是把一些离子型表面活性剂加到缓冲液中,形成有一疏水内核的胶束,待测离子依据疏水性的不同在水相和胶束之间进行多次分配,其中疏水性强的中性离子与胶束结合比较牢固,洗脱时间长,就会与水溶性好的中性粒子分离。对于带电离子,则同时有电泳迁移、静电作用、两相分配等多种分离机理。

毛细管凝胶电泳是分离效果最好的一种电泳模式。由于毛细管中充有凝胶,样品组分在分离过程中不仅受电场力的作用,而且受到凝胶的尺寸排阻效应的作用,因此,谱带的展宽受到限制,所得的峰形尖锐,柱效极高,分离度强。

(2)方法特点

与离子色谱法相比,毛细管电泳法的主要优点是简单、快速、分析成本低,尤其在对铵根离子、甲胺离子以及存在于硝铵类炸药或爆炸残留物中的其它阴离子检测时,由于离子色谱法缺少高灵敏度的吸收光谱测量方法,因而,毛细管电泳法可作为离子色谱法的补充技术。与离子色谱法相同,毛细管电泳法也是只给出炸药试样的阴、阳离子组成,两者均无法直接测得试样的具体组分属性。

此外,X射线衍射法(XRD)也是常用、有效的自制炸药检验方法。利用晶体内原子、离子或分子有规则地排列在三维空间,而晶体中原子间距离与X射线的波长属于同一数量级的特性,将晶体视作X射线的光栅,某一晶体受一定波长的X射线照射时便产生衍射现象。由于不同种类的单质或化介物中原子或离子的排列方式及间距不同,产生的衍射图形也不同,以此对样品中各组分的化学结构进行判断。X射线衍射法基于物质内部的立体结构特征区分物质属性,表征的是晶体物质固有特性,可直接、准确测定炸药各组分的化学式与分子结构,但所需样品数量较大,对于微量样品不适用[4]。

2.2 涉爆现场检测方法

涉爆现场检测方法及其设备来源于实验室分析,方法的原理基本相同,只是随着相应检测技术的发展以及对应急处突能力的需求,将原来只能在实验室使用的台式设备逐步发展为可在涉爆现场实时使用的便携式检测仪器,以适应涉爆现场的快处要求,配合并及时完成爆炸物相关工作。

2.2.1 离子迁移谱法

(1)原理

离子迁移谱技术探测炸药的关键步骤有三步:① 通过气流采样与试纸采样的方式,从炸药可能吸附、黏连的部位采集炸药样品送入检测设备。② 将采集到的样品加热,使其中待检物质迅速气化(爆炸物同其它化学物质一样,都能或多或少地挥发出气态物质),再将气化的物质离子化(方式主要有射线照射、激光照射、高电压电离)。③ 将离子化的待检测物送入漂移电场。离子从开始漂移至到达收集电极的时间称为该离子的漂移时间,相同质量电荷比的离子,漂移时间也相同。因此,漂移时间是该离子的一种特征参数。利用计算机将检测到的被检物信息与计算机记忆的信息逐一比对,从而确定样品是否含有爆炸物成分。

(2)方法特点

离子迁移谱法探测速度快(仅几秒钟),灵敏度达到皮克级,且设备具有便携式、小型化的特点,一般可采取吸气或擦拭的取样方式,应用场所比较广泛。其不足之处是不同物质可能因为离子尺寸和质量相似而表现出相同的迁移率,易产生误报,且数据库较小,有些自制炸药无法检出。

2.2.2 荧光共轭聚合物法

(1)原理

荧光共轭聚合物技术的原理是当被检物质的分子与发色团分子相互作用时,发色团的密度会出现相应的增加或减小,或者发射波长有相应的变化,而只有同被检物质相互作用的发色团会发生猝灭,其它剩余发色团则继续发出荧光。

(2)方法特点

基于荧光共轭聚合物的炸药探测法具有极高的灵敏度,探测器件的制备和使用也较为方便,这些优点使其成为近年来炸药探测技术的热点课题之一。其不足之处是在非饱和状态下(一些开放环境中)炸药蒸汽压约为其饱和蒸气压的10-6-10-2倍,为能用于某些超低挥发度的炸药检测尤其是各类自制无机炸药,该方法的检测限还有待进一步降低。

2.2.3 红外光谱与拉曼光谱法

(1)原理

红外光谱与拉曼光谱技术都是通过光源照射物质分子,进而产生振动光谱,以光谱信息反映的分子特征识别化合物分子结构,对被检样品进行定性分析[5]。红外光谱为吸收光谱,透射样品的光谱使样品分子内部发生振动与转动,导致能级跃迁,如果伴随偶极矩的改变就会吸收红外光子,形成红外吸收光谱。拉曼光谱为发射光谱,透射样品的光谱使样品分子的极化率产生变化,产生拉曼散射,即形成拉曼散射光谱。

(2)方法特点

两种检测方法对常见自制混合炸药进行检测时,分析时间短,光谱信号强,且均显示为多物质数据匹配。光谱为检材中各纯组分光谱图形的总和,各纯组分图谱特征明显,解析图形可分析出无机炸药的主要组分。同扫描电镜与X射线衍射法一样,两种光谱分析过程不会使炸药检材受到破坏、污染,检验后还可使用其它方法继续分析。实际使用的手持式红外光谱仪与拉曼光谱仪具有质量轻、易携带、检速快、适用性强等特点,且标准比对图谱完善。不足之处在于红外光谱对黑火药的测试光谱与硝酸钾的标准光谱较为相似,所以实际使用时仅有参考价值。拉曼光谱对黑火药测试过程中会发生燃烧(拉曼光谱仪使用单色激光作为激发光源,照射光强度大、热量高,易使深色物质吸收过高热量而致燃烧),说明拉曼光谱法不宜对深色或热感度低的物质检测。此外,两种光谱都无法穿透金属或高密度物质,如对金属易拉罐或陶瓷内的藏匿爆炸物就无法进行直接无损检测[6-8]。

3 建议与结论

上述自制炸药检测技术方法或多或少都存在一些问题,例如离子迁移谱技术,虽然目前应用广泛,但是其误报率较高,检测效果有时会出现偏差,建议在检测时与气相色谱技术结合以提高分辨率,并可从放射性物质电离方式向紫外激光电离方式发展。拉曼光谱与红外光谱技术的检测效果体现出了互补特性,拉曼光谱优势在于分析化合物骨架振动,红外光谱在于官能团,两种技术的一体化将提供更加丰富、详尽的分子结构信息。目前,美国已有一体式红外/拉曼检测仪,该设备能够对常见炸药进行有效的即时分析。X射线衍射法则可与扫描电镜法联合使用,既能确定炸药的元素组成,又能确定其内部结构,并相互验证,对炸药组成成分精准鉴定。

在成分构成上,自制炸药与民用、军用制式炸药最大不同,一者是组分及其含量的不确定性,表现在自制炸药种类繁多,且即使组分相同,其比例含量也不尽相同;二者是各组分纯度不高,多含杂质。这两者无疑增加了自制炸药的检测困难,而目前常用检测技术都不同程度受到其影响,甚至无法对某些自制炸药进行有效检测,自制炸药的检测难题仍需进一步解决。因而,新技术的研发与应用已成为爆炸案件物证检测与安全防范技术领域的一个重要课题与迫切要求。

此外,随着相关检测科技不断进步及研究工作的深入,自制炸药分析技术的发展还有着以下两个方向:一者各类检测技术的一体化,将不同分析原理的技术方法整合为一种测试设备,从不同角度分别检测分析爆炸物属性,而整个检测在同一过程中进行,一可节约时间,二可检测结果相互佐证,为案件侦破或安防工作提供及时、可靠的线索或信息。二者是检测设备的便携小型化,走出实验室,测试全部在涉爆现场迅速完成,第一时间获取爆炸物的有关信息,为合理部署之后的现场工作奠定基础。而在便携小型化的发展中,保障检测的精确度与可靠性则是关键前提。

[1]张国顺.民用爆炸物品及安全[M].北京:国防工业出版社,2007.

[2]孙 光.反爆炸学[M].北京:群众出版社,2012.

[3]郑一平,王元凤.涉爆案件中烟火剂的检验[J].刑事技术,2005(1):31-33.

[4]刘 东,权养科,陶克明.X射线衍射法(XRD)检验无机炸药初探[J].刑事技术,2007(1):9-11.

[5]王俊生.基于拉曼光谱技术检验无机炸药分析[D].南京:南京理工大学,2015.

[6]郭海荣,徐建君,裴茂清.拉曼光谱法检验无机炸药分析[J].广东公安科技,2014(3):74-76.

[7]蔡建刚,郭俊虎.手持式红外和拉曼光谱仪实时检测炸药的应用分析[J].中国公共安全学术版,2013(4):122-125.

[8]王燕军,陈 明,王清华,等.用拉曼光谱检验黑火药[J].刑事技术,2014(1):23-25.

(责任编辑：王战军)

Initial Discussion on Detection Methods of Common Homemade Explosives in Explosion-related Cases

WU Kai, YIN Ying-hua, ZHANG Zhi-qing

(ShanxiPoliceCollege,Taiyuan030021,China)

The material of homemade explosives is easy to get, and the production method is simple. Homemade explosives are frequently used by criminals in explosion-related cases. The qualitative and quantitative analysis of homemade explosives is of great significance to detect criminal cases. The authors introduced the common detection methods used in laboratory and fields involved with explosion, analyzed the advantages, disadvantages and application on the basis of clearing the principle of analysis methods, put forward some proposals on reliable analysis on homemade explosives and discussed the development of detecting technology.

homemade explosives;technical methods;laboratory test;explosion-related field test;advantages and disadvantages

2017-02-25

吴 凯(1988-)，男，山西太原人，山西警察学院，助教，研究方向：爆炸物的识别与认定；殷英华(1965-)，女，山西平陆人，山西警察学院副教授，研究方向：危险物品管理；张志青(1973-)，男，山西临汾人，山西警察学院教师。

O652.2

A

1671-685X(2017)02-0069-05