專利名稱：分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理裝置和方法。
背景技術(shù)：
火災(zāi)原因的化學(xué)分析鑒定是根據(jù)火災(zāi)的特點和規(guī)律，采取化學(xué)分析的方法和技術(shù)手段，對火場殘留碎片的化學(xué)組成、含量、性質(zhì)和危險性參數(shù)進行化學(xué)檢測，并根據(jù)對檢測結(jié)果的分析和判斷，得到證明火災(zāi)原因、起火物種、起火方式、火災(zāi)溫度等有關(guān)火災(zāi)信息的直接或間接證據(jù)的一類分析技術(shù)。
由于火災(zāi)現(xiàn)場都有開放性和破壞性的特點，從火場提取的殘留碎片受到火勢的破壞，救火時也會受到滅火劑的浸泡，因此殘留在碎片中的易燃液體的成分經(jīng)常受到破壞。另外，各種常見的建筑材料、化工材料、化工產(chǎn)品、日常用品等燃燒或高溫裂解以后也能產(chǎn)生類似易燃液體的燃燒裂解成分，這就給易燃液體的鑒定造成了極大的干擾。
目前國內(nèi)外的火災(zāi)原因鑒定專家主要利用常見的頂空技術(shù)、固相微萃取、溶劑萃取法、化學(xué)顯色法等前處理方法，結(jié)合先進的分析化學(xué)儀器，如氣相色譜(GC)、氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)、傅立葉變換紅外光譜法(FTIR)、氣相色譜-電子捕集檢測器(GC-EOT)等。其中固相微萃取(SPME)前處理方法由于其集取樣、萃取、富集、進樣于一身，操作簡單，不需要溶劑，節(jié)省成本，無污染等優(yōu)點在火場殘留碎片中易燃液體鑒定領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
Almirall和Bruna早在1995年就開始對固相微萃取(SPME)在火場殘留碎片中易燃液體的鑒定中的應(yīng)用進行研究，并證明此方法比活性炭方法更簡潔靈活，并且節(jié)省時間。
在火災(zāi)原因鑒定領(lǐng)域，K.G.Furton等利用固相微萃取方法(SPME)對火災(zāi)殘留碎片中殘留的可燃可爆物進行了檢測，并從固相微萃取的萃取溫度、萃取時間、解析時間等進行了優(yōu)化，得出最優(yōu)的固相微萃取條件。
JR Almirall利用固相微萃取方法對水樣品中的易燃液體進行了分析。
Garrett Lee BurIeson等利用固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對已爆炸和未爆炸的彈藥的成分進行了分析鑒定，并優(yōu)化了固相微萃取實驗條件。
M.1.Gervera等利用固相微萃取_氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定了水樣中的易燃易揮發(fā)液體。
固相微萃取及其聯(lián)用技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用類似國外，主要對從火場提取的殘留碎片進行易燃易爆成分的檢測。學(xué)者何洪源在此基礎(chǔ)上對固相微萃取方法進行了簡單的改變，即，將固相微萃取熱脫附部分改成利用溶劑洗脫，然后再用分析儀器對洗脫液進行分析。
總結(jié)國內(nèi)外研究進展，在火災(zāi)原因的化學(xué)分析鑒定領(lǐng)域，特別是對火場殘留碎片成分的分析鑒定方面存在著以下缺陷:一.對固相微萃取方法只是一個簡單的應(yīng)用，并沒有考慮到在火場這一特殊的環(huán)境。易燃液體中低沸點的成分在火場高溫條件下，絕大部分成分已經(jīng)揮發(fā)完全，殘留的成分是易燃液體中含量極少沸點又很高的成分，因此，在溫度對固相微萃取存在雙重影響的條件下，并不能保證易燃液體中那些含量極少，沸點又高的成分揮發(fā)出來并被萃取頭吸附。二.對火場殘留碎片成分的分析僅集中于易燃液體成分的分析，而極少考慮到外界物質(zhì)裂解或燃燒后的產(chǎn)物對鑒定結(jié)果的影響。特別是一些石油類的化學(xué)物質(zhì)燃燒以后會出現(xiàn)很多汽油，柴油等助燃劑的成分，這就會給鑒定結(jié)果造成很大的干擾。
對火場殘留碎片分析的準確性非常重要，因為鑒定結(jié)果直接作為判定火災(zāi)性質(zhì)的一個有力依據(jù)。因此建立一種能夠排除干擾并且有效地，準確地對火場殘留碎片成分進行分析的實驗方法和裝置具有重要的意義。發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效地排除基質(zhì)燃燒或裂解的干擾；能將固相微萃取溫度與熱脫附溫度互不影響的分開控制，解決了溫度對固相微萃取的雙重影響。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述裝置的分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理方法。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
一種分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理裝置，包括載氣原件、熱脫附原件、固相微萃取原件和真空泵，上述的各個原件依次相連接；
所述的載氣原件(即市售的鋼瓶)，以99.999% (體積比)的高純氮氣為載氣，作用是將在熱脫附部分中揮發(fā)出來的成分載送到固相微萃取部分。載氣的流速可以由氣體流量計控制。載氣的流速直接影響著揮發(fā)成分在固相微萃取原件中的停留時間，即被檢測氣體與固相微萃取頭的接觸時間。載氣流速過大固相微萃取頭與被檢測物質(zhì)接觸時間短，萃取效率降低。載氣流速過小，不同被檢測的氣體停留在固相微萃取室中，其中含量很大的成分造成萃取頭吸附飽和，降低了被萃取物質(zhì)的種類，造成檢測結(jié)果有誤。因此載氣流速要控制在一個合適的范圍內(nèi)。
所述的熱脫附原件，其底座是加熱儀(加熱溫度可控制在30-500°C)，加熱儀上依次是導(dǎo)熱臺和樣品臺；底座上有外罩將導(dǎo)熱臺和樣品臺罩在其中，外罩上設(shè)有載氣入口和載氣出口 ；溫度計從外罩頂部伸入罩內(nèi)，用于監(jiān)測熱脫附原件的工作溫度。熱脫附原件中樣品臺上裂解揮發(fā)的物質(zhì)被載氣帶到固相微萃取原件中。
所述的固相微萃取原件由固相微萃取儀(美國SUPELC0公司)、加熱容器和水浴加熱箱組成，加熱容器置于水 浴加熱箱中，固相微萃取儀伸入加熱容器中；加熱容器的器壁設(shè)有兩個開口，供載氣進出。固相微萃取原件的萃取溫度和萃取時間要根據(jù)載氣流速來確定。
所述的真空泵，其作用是在每次實驗之前徹底清除殘留在裝置及各氣路中的氣體，以免對下一次實驗造成干擾。
一種基于上述裝置的分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理方法，包括以下步驟:
(I)將從火災(zāi)現(xiàn)場提取的殘留碎片放在熱脫附原件樣品臺上；將載氣從載氣原件中放出，控制載氣流速為40 -10 Om I /m i n ;調(diào)節(jié)固相微萃取原件水浴加熱箱的溫度為5-60 0C ；
(2)啟動熱脫附原件的加熱儀，使殘留碎片在30-500°C下熱脫附10_60min，殘留碎片上的成分會被揮發(fā)或裂解；從熱脫附原件中揮發(fā)或裂解出來的成分被載氣載送至固相微萃取原件的加熱容器中；
(3)啟動熱脫附原件加熱儀的同時將固相微萃取儀伸入加熱容器中進行萃取，萃取10-60min，完成萃?。蝗缓笥脷庀嗌V質(zhì)譜儀分析；
(4)關(guān)閉載氣原件、熱脫附原件和固相微萃取原件，開啟真空泵抽真空3_5min，以徹底清除殘留在裝置及各氣路中的氣體；
步驟(I)所述的載氣優(yōu)選99.999% (體積比)的高純氮氣。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果:
1、溫度對固相微萃取的雙重影響表現(xiàn)在:溫度過低不利于高沸點成分從殘留物揮發(fā)到萃取空間；另外，固相微萃取頭對氣體的吸附是一個放熱過程，溫度過高不利于萃取頭對氣體的吸附，因此溫度過高過低都不利于萃取過程的進行。本發(fā)明的前處理裝置和方法將熱脫附與固相微萃取分開，解決了溫度對固相微萃取的雙重影響，可以檢測物質(zhì)在不同溫度下的燃燒及裂解成分。
2、現(xiàn)有的方法只能將萃取溫度控制在50°C左右，基質(zhì)本身固有的成分大部分不能被檢測到；本發(fā)明方法的熱脫附溫度可以控制在較高的溫度范圍內(nèi)，基質(zhì)本身固有的成分大部分都能被檢測到，可以有效地排除基質(zhì)本身燃燒或裂解的產(chǎn)物對火場殘留助燃劑的干擾。


圖1是本發(fā)明的 分析火場殘留碎片中易燃液體成分的裝置的組成示意圖；其中，1-載氣原件，2-熱脫附原件，3-固相微萃取原件，4-真空泵。
圖2是本發(fā)明的熱脫附原件的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，21-載氣入口，22-加熱儀，23-導(dǎo)熱臺，24-樣品臺，25-溫度計，26-外罩，27-載氣出口。
圖3是將本發(fā)明方法的微萃取成分用氣相色譜質(zhì)譜儀分析后得到的總離子色譜圖。
圖4是將對比例I方法中的微萃取成分用氣相色譜質(zhì)譜儀分析后得到的總離子色譜圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1
一種分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括載氣原件1、熱脫附原件2、固相微萃取原件3和真空泵4，上述的各個原件依次相連接。
所述的載氣原件1，以99.999%的高純氮氣為載氣。
所述的熱脫附原件2，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，其底座是加熱儀22 (加熱溫度可控制在30-500°C)，加熱儀22上依次是導(dǎo)熱臺23和樣品臺24 ;底座上有外罩26將導(dǎo)熱臺23和樣品臺24罩在其中，外罩26上設(shè)有載氣入口 21和載氣出口 27 ;溫度計25從外罩26頂部伸入罩內(nèi)，用于監(jiān)測熱脫附原件2的工作溫度。熱脫附原件2中樣品臺24上裂解揮發(fā)的物質(zhì)被載氣帶到固相微萃取原件3中。
所述的固相微萃取原件由固相微萃取儀(固相微萃取儀(Solid Phase MicroExtraction, SPME) 100 u m-PDMS購于美國SUPELCO公司)、加熱容器和水浴加熱箱組成，加熱容器置于水浴加熱箱中，固相微萃取儀伸入加熱容器中；加熱容器的器壁設(shè)有兩個開口，供載氣進出。固相微萃取原件的萃取溫度和萃取時間要根據(jù)載氣流速來確定。
實施例2
一種基于上述裝置的分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理方法，包括以下步驟:
(I)將從火災(zāi)現(xiàn)場提取的殘留碎片(PVC地膠)放入熱脫附原件2的樣品臺24上；將載氣(99.999%的高純氮氣)從載氣原件I中放出，控制載氣流速為lOOml/min ;調(diào)節(jié)固相微萃取原件3水浴加熱箱的溫度為30°C ；
(2)啟動熱脫附原件2的加熱儀22，使殘留碎片在150°C下熱脫附30min，殘留碎片上的成分會被揮發(fā)或裂解；從熱脫附原件2中揮發(fā)或裂解出來的成分被載氣載送至固相微萃取原件3的加熱容器中；
(3)啟動熱脫附原件2加熱儀的同時將固相微萃取儀伸入加熱容器中進行萃取，萃取30min，完成萃??；然后用氣相色譜質(zhì)譜儀分析；
(4)關(guān)閉載氣原件1、熱脫附原件2和固相微萃取原件3，開啟真空泵4抽真空5min,以徹底清除殘留在裝置及各氣路中的氣體。
微萃取成分的氣相色譜質(zhì)譜分析:
儀器:美國安捷倫公司(7890A-5975C)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀；色譜條件:HP-MS30mX0.25umX0.25m石英毛細管柱；程序升溫:初始溫度40°C，保持2min，以8°C /min的速度升溫至150°C，保持2min，再以10°C /min速度升溫至250°C，保持2min，總運行時間29.75min，進樣量:lyL;分流比:10:1 ;進樣口溫度:2500C0
氣相色譜質(zhì)譜分析得到的總離子色譜圖如圖3所示。
對比例I
在50°C的條件下直接將從火災(zāi)現(xiàn)場提取的殘留碎片(PVC地膠，材料同實施例2)進行固相微萃取(即僅采用實施例1的固相微萃取原件，樣品置于加熱容器中，水浴50°C加熱，將固相微萃取儀伸入加熱容器中)30min ;然后將萃取成分聯(lián)接氣相色譜質(zhì)譜儀分析(色譜儀器和條件均同實施例2)，所得總離子色譜圖如圖4所示。
由圖3和圖4比較可知，由于溫度對萃取效率的雙重影響，利用對比例I的方法(即現(xiàn)有技術(shù)的方法)要使萃取效率最高，只能將萃取溫度控制在 50°C左右，PVC地膠中很多成分檢測不到；而利用熱脫附固相微萃取方法(即實施例2的方法，本發(fā)明的方法)可以將熱脫附溫度控制在150°C，這樣PVC地膠中的大部分干擾成分都可以被檢測到，這樣可以有效地排除PVC地膠本身固有成分對火場殘留碎片中助燃劑成分的干擾。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理裝置，其特征在于包括載氣原件、熱脫附原件、固相微萃取原件和真空泵，上述的各個原件依次相連接； 所述的熱脫附原件，其底座是加熱儀，加熱儀上依次是導(dǎo)熱臺和樣品臺；底座上有外罩將導(dǎo)熱臺和樣品臺罩在其中，外罩上設(shè)有載氣入口和載氣出口 ；溫度計從外罩頂部伸入罩內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理裝置，其特征在于:所述的固相微萃取原件由固相微萃取儀、加熱容器和水浴加熱箱組成，加熱容器置于水浴加熱箱中，固相微萃取儀伸入加熱容器中；加熱容器的器壁設(shè)有兩個開口，供載氣進出。
3.一種基于權(quán)利要求1或2所述裝置的分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將從火災(zāi)現(xiàn)場提取的殘留碎片放在熱脫附原件樣品臺上；將載氣從載氣原件中放出，控制載氣流速為40-100ml/min ;調(diào)節(jié)固相微萃取原件水浴加熱箱的溫度為5_60°C ； (2)啟動熱脫附原件的加熱儀，使殘留碎片在30-500°C下熱脫附10-60min； (3)啟動熱脫附原件加熱儀的同時將固相微萃取儀伸入加熱容器中進行萃取，萃取10-60min，完成萃?。蝗缓髮⑤腿〕煞钟脷庀嗌V質(zhì)譜儀分析； (4)關(guān)閉載氣原件、熱脫附原件和固相微萃取原件，開啟真空泵抽真空3-5min，以徹底清除殘留在裝置及各氣路中的氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理方法，其特征在于:步驟(I)所述的 載氣為99.999% (體積比)的高純氮氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分析火場殘留碎片中易燃液體成分的前處理裝置和方法，該裝置包括載氣原件、熱脫附原件、固相微萃取原件和真空泵，上述的各個原件依次相連接；所述的熱脫附原件，其底座是加熱儀，加熱儀上依次是導(dǎo)熱臺和樣品臺；底座上有外罩將導(dǎo)熱臺和樣品臺罩在其中，外罩上設(shè)有載氣入口和載氣出口；溫度計從外罩頂部伸入罩內(nèi)。本發(fā)明的前處理裝置和方法將熱脫附與固相微萃取分開，解決了溫度對固相微萃取的雙重影響，可以檢測物質(zhì)在不同溫度下的燃燒及裂解成分。本發(fā)明方法的熱脫附溫度可以控制在較高的溫度范圍內(nèi)，基質(zhì)本身固有的成分大部分都能被檢測到，可以有效地排除基質(zhì)本身燃燒或裂解的產(chǎn)物對火場殘留助燃劑的干擾。
文檔編號G01N30/06GK103235063SQ201310158890
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月2日
發(fā)明者梁棟, 李盈宇, 沈浩, 褚燕燕, 莫善軍, 劉建勇, 羅權(quán)兵 申請人:中山大學(xué)