引用本文
宣瑜, 刘祥伟, 郭建, 林小龙, 吴升武, 林瑾珲, 周毓灼, 郑武. 福州市5类山地土的区分方法研究[J]. 刑事技术,2013,38(6): 19-23
XUAN Yu, LIU Xiang-wei, GUO Jian, et al. Research of distinguishing several kinds of mountain soils in Fuzhou[J]. Forensic Science and Technology,2013,38(6): 19-23  
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福州市5类山地土的区分方法研究
宣瑜, 刘祥伟, 郭建, 林小龙, 吴升武, 林瑾珲, 周毓灼, 郑武
福建省福州市公安局刑事科学技术研究所,350003

作者简介:宣瑜(1982—),男,博士,工程师,主要从事毒物、毒品、微量物证检验工作。Tel:15880085264;E-mail:xuanyu@bit.edu.cn

基金: 福建省自然科学基金项目(No.2011J05169); 福州市科技计划项目(No.2012—S—142)
摘要

目的建立一种有效区分地方土壤的方法。方法用能谱仪测试福州市几类山地土的元素成份,用乙酸乙酯/环己烷(1∶1)溶液提取土壤有机质,用凝胶渗透色谱仪分离其有机质成份,用气相色谱—质谱联用仪测试土壤所含低沸点有机质成份。结果根据土壤中元素成份和低沸点有机质成份的差异,以及土壤有机质的凝胶渗透色谱图中主峰数目、主峰保留时间和峰形的差异,可有效区分福州市五类山地土(于山土、屏山土、森林公园土、乌山土和鼓山土)。结论该方法准确可靠、简单易行,具有良好重现性,是一种有效区分土壤的方法。

关键词: 土壤; 元素; 有机质; 凝胶渗透色谱; GC/MS
中图分类号:DF794.3 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2013)06-0019-05
Research of distinguishing several kinds of mountain soils in Fuzhou
XUAN Yu, LIU Xiang-wei, GUO Jian, et al
Institute of Forensic Science, Fuzhou Public Security Bureau, Fujian 350003, China
Abstract

Objective To establish a method for distinguishing soil samples.Methods Element components in several kinds of mountain soils in Fuzhou were analyzed by SEM/EDS, organic matter components in soils were segregated by GPC and low boiling point organic matter components were analyzed by GC-MS.Results Several kinds of mountain soils in Fuzhou can be distinguished according to differences in element and low boiling organic matter components.Conclusion Method which comprises element analysis by SEM and low boiling organic matter components analysis by GPC and GC-MS is effective in distinguishing soils in Fuzhou.

Keyword: soil; element; organic matter; GPC; GC-MS

土壤检材作为微量物证的重要分支, 在提供破案线索、确定办案方向和缩小侦查范围等方面起到关键作用[1, 2, 3, 4]。本文通过针对犯罪嫌疑人所携带土壤和犯罪现场土壤的比对研究, 证明其是否含有相同的化学成份是否属于同类土壤, 为犯罪事实的确定提供重要证据。

土壤是分布在地球表面的一层疏松的多孔体, 其组成包括矿物质和有机质。土壤矿物质包括石英、长石、云母和角闪石等。由于土壤母质类型、风化强度和成土过程不同, 土壤矿物质成份存在差异, 使得土壤元素成份存在差异。针对土壤元素成份的研究可作为区分不同土壤的方法[5]。土壤有机质是有机物残体经微生物作用形成的特殊、复杂、性质比较稳定的高分子有机化合物, 其组成包括糖类、有机酸类、醛类、含氮化合物、树脂和油脂等[6]。自然土壤有机质主要来源于植物残落物、根系残体和分泌物等, 且有机质成份分解程度因环境条件而异。由于土壤有机质来源和分解程度等因素的差异, 不同土壤所含有机质成份亦存在差异, 根据其有机质成份差异能区分不同土壤。本文针对福州市几类山地土, 分别采用能谱仪、凝胶渗透色谱仪和气相色谱-质谱联用仪研究其所含元素和低沸点有机质成份, 根据其差异区分不同土壤。

1 材料和方法
1.1 材 料

仪器:FEI NONA NANO SEM230型场发射扫描电镜(FESEM)/EDAX薄窗型能谱仪, 高真空, 加速电压25KV, 工作距离5mm, 束斑5.0, 谱采集时间30s; Prep Link 型凝胶渗透色谱仪(GPC), DT0001X型紫外检测器; Varian 450/240型气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)。

试剂:乙酸乙酯、环己烷、甲醇。

样品:在福州市提取的于山土、屏山土、森林公园土、乌山土和鼓山土。

1.2 凝胶渗透色谱条件

色谱柱:700mm× 25mm, 以填料Bio Beads SX-3填充; 检测波长为UV-254nm; 流动相为乙酸乙酯/环己烷(1∶ 1); 流速为3mL/min; 进样量为1mL。

1.3 气相色谱条件

色谱柱:30m× 0.25mm× 0.25μ m, VF-5ms弹性石英毛细管柱; 载气为氦气, 流速为1.0mL/min; 程序升温:初始温度为80℃, 保持3min, 以10℃/min程序升温至280℃, 保持10min; 分馏比为20∶ 1; 进样口温度为260℃; 传输线温度为280℃。

1.4 质谱参数

EI电离源, 电离电压为70eV, 离子源温度为200℃; 扫描质量范围为40~800amu, 全扫描方式。

1.5 试验样品提取和研究方法

1.5.1 土壤有机质的提取 在福州地区分别提取于山土、屏山土、森林公园土、乌山土和鼓山土, 在每个取样点平行提取土壤5次, 各取表层土壤3g, 针对每次提取的土壤, 用乙酸乙酯/环己烷(1∶ 1)溶液浸泡24h提取土壤有机质成份, 离心分离溶液后, 将其浓缩至1mL准备进样。

1.5.2 土壤样品的研究 用能谱仪分别研究于山土、屏山土、森林公园土、乌山土和鼓山土所含元素成份。用手术刀切取约2mm× 2mm的正方形导电胶, 将试验土均匀粘附在导电胶上, 制成正方形样品, 将其平整地置于扫描电镜的样品台上。在正方形土壤样品的4个顶点、中心点位置和4边中点位置重复测定9次, 且对于各测定区域, 分别在扫描电镜放大100、200、400、800倍的条件下, 依次进行元素成份测定。分别对每个取样点平行提取的土壤进行试验, 即对每个土壤样品进行5次平行试验。

在2.2所述条件下分别用凝胶渗透色谱仪分离土壤提取液, 且分别收集凝胶渗透色谱图中主峰保留时间内的淋洗液, 将其挥干后用100μ L甲醇溶液定容, 用气相色谱— 质谱联用仪研究土壤所含低沸点有机质成份。分别对每个取样点平行提取的土壤进行试验, 即对每个土壤样品进行5次平行试验。

2 结果与讨论
2.1 元素成份研究结果

用能谱仪分别研究于山土、屏山土、森林公园土、乌山土和鼓山土所含元素成份, 对于相同取样点平行提取的土壤样品, 其元素成份相同, 说明采用能谱仪针对试验土的元素成份研究具有良好重现性。表1展示了试验土所含元素成份, 可见, 试验土均含有C、O、Al、Si、K、Fe元素, 且除此之外, 鼓山土中还含有Na、Mg元素, 森林公园土中还含有Na、Mg、Ca、Ti元素, 乌山土中还含有Na、Mg、Ca元素, 据此, 可在试验土中区分鼓山土、森林公园土和乌山土。由于屏山土和于山土中含有相同的元素成份, 采用能谱分析法尚不能将其区分。

表1 福州市几类山地土所含元素成份
2.2 有机质成份研究结果

采用凝胶渗透色谱仪分离试验土的有机质提取液, 对于相同取样点平行提取的土壤样品, 其有机质凝胶渗透色谱图中主峰数目及保留时间相同, 峰形相似, 说明采用凝胶渗透色谱仪针对试验土有机质的分离效果具有良好重现性。由图1(a)可见, 于山土色谱图中存在4个主峰, 其主峰保留时间分别为8.0min、16.0min、19.5min和24.0min; 由图1(b)可见, 屏山土色谱图中存在3个主峰, 其主峰保留时间分别为8.1min、15.7min和19.5min; 由图1(c)可见, 森林公园土色谱图中存在2个主峰, 其保留时间分别为15.5min和18.8min。可见, 根据色谱图中主峰数目的差异可在试验土中区分于山土、屏山土和森林公园土。对比下, 鼓山土和乌山土的色谱图峰形则具有显著特点, 乌山土色谱图中存在3个主峰, 且保留时间为8.1min的主峰高度明显较高, 如图1(d)所示; 而鼓山土色谱图中存在2个主峰, 且保留时间为13.5min的主峰面积明显较大, 如图1(e)所示; 根据色谱图中峰形的显著差异可区分鼓山土和乌山土。因此, 根据凝胶渗透色谱图中主峰数目、主峰保留时间和峰形的差异可区分福州市于山土、屏山土、森林公园土、乌山土和鼓山土。

图2 5类山地土有机质的GPC色谱图

采用气相色谱-质谱联用仪研究试验土所含低沸点有机质成份, 对于相同取样点平行提取的土壤样品, 其低沸点有机质成份相同, 说明采用气相色谱— 质谱联用仪针对试验土的低沸点有机质成份研究具有良好重现性。表2展示了鼓山土、屏山土、于山土、森林公园土和乌山土所含低沸点有机质成份。可见, 鼓山土中含有结构式为 的有机质, 而其他试验土中均未检出该有机质成份, 据此, 以 作为鼓山土的特征有机质, 可在试验土中区分鼓山土; 同理, 以 、 、 、 、 和 作为屏山土的特征有机质, 可在试验土中区分屏山土; 由于乌山土、于山土和森林公园土中均含有萘的同系物, 且在此3类土壤中, 于山土中含特征有机质 , 森林公园土中含特征有机质 , 据此可在试验土中区分于山土和森林公园土; 由于唯乌山土含有机质 和 , 据此可在试验土中区分乌山土。因此, 根据低沸点有机质成份差异可区分福州市于山土、屏山土、森林公园土、乌山土和鼓山土。

表2 福州市几类山地土所含低沸点有机质成份
2.3 讨 论

综上所述, 分别采用能谱仪、凝胶渗透色谱仪和气相色谱— 质谱联用仪研究土壤中的元素成份和低沸点有机质成份, 根据土壤中元素成份和低沸点有机质成份的差异, 以及土壤有机质的凝胶渗透色谱图中主峰数目、主峰保留时间和峰形的差异, 可区分福州市五类山地土(于山土、屏山土、森林公园土、乌山土和鼓山土)。该方法准确可靠、简单易行, 具有良好重现性, 是一种有效区分土壤的方法。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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