刹车油GC-MS分析及在案件中的应用
胡灿, 梅宏成, 郭洪玲, 王萍, 刘占芳, 崔佳, 周正, 李光耀, 朱军*
公安部物证鉴定中心,北京 100038

* 通讯作者简介:朱军,男,陕西安康人,博士,研究员,研究方向为理化检验。E-mail: zhujun001cn@126.com

第一作者简介:胡灿,女,湖南岳阳人,博士,副研究员,研究方向为微量物证。E-mail: hucanjiayou@126.com

摘要

刹车油是液压制动系统中传递制动压力的液态介质,常用的有醇醚型和酯型刹车油。在一起损坏刹车油管意图谋杀的案件中,刹车油的分析对关联作案工具至关重要。本文建立了GC-MS分析刹车油的方法,通过对醇醚类物质裂解机制的推断,确定了特征离子,实现了微量刹车油的检测。结合金属成分分析结果,在案件中为确定作案工具提供了关键证据。一方面为类似案件中刹车油成分分析提供技术参考,另一方面希望能帮助办案人员树立起利用微量物证的意识和观念,为案件的分析和现场重建提供新思路。

关键词: 理化检验; 微量物证; 刹车油; 气相色谱-质谱; 金属; 扫描电镜-能谱
中图分类号:DF794.3 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2020)05-0538-04
Application of GC-MS into Determining the Brake Fluid for a Case
HU Can, MEI Hongcheng, GUO Hongling, WANG Ping, LIU Zhanfang, CUI Jia, ZHOU Zheng, LI Guangyao, ZHU Jun*
Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security, Beijing 100038, China
Abstract

Brake fluid is a liquid medium that fills in the hydraulic pressure-conveying system for one relevant mechanical equipment (e.g., an automobile) to halt through its transmitted braking force. The most commonly-used brake fluid is alcohol ether and/or ester. In a case of suspected murder from the involving minibus that was damaged of its brake tubes, analysis of the brake fluid was becoming the key to determine the criminal tool. Yet, no previous report and/or literature was found about such a forensic analysis. GC-MS was tried to analyze the brake fluid, having a critical organic substance (tetra-ethylene glycol monobutyl ether) identified from the damaged brake tube and verified through the criminal tool. With combination of the analytic results of metal evidence from SEM-EDS, the criminal tool was finally determined, having successfully provided a strong evidence for the suspect to convict and sentence. From this case, not only was a technical reference offered for analysis of brake fluid with GC-MS in similar cases but attentions were furthermore suggested to be paid on the role of trace evidence in case analysis and crime scene reconstruction.

Key words: physical and chemical testing; trace evidence; brake fluid; GC-MS; metal; SEM-EDS

刹车油又称制动液(Brake Fluid), 是液压制动系统中传递制动压力的液态介质, 用于采用液压制动系统的车辆中。制动液按照基础油的不同, 分为醇型、矿物油型和合成型三种, 前两种已基本被淘汰, 目前汽车上使用的均为合成型[1]。合成型制动液以聚醚、水溶性聚酯和硅油为主体, 加入润滑剂和添加剂配制而成。其优点是使用温度高(工作温度可达200 ℃), 对橡胶和金属的腐蚀作用小。合成型制动液又分为醇醚型、酯型和硅油型三类, 目前使用最多的是醇醚型和酯型。

刹车油的检测分两类, 一是刹车油品质, 二是刹车油具体成分。衡量刹车油品质主要依据其沸点、pH值、容水性、抗氧化性、防锈性等指标, 这些指标是影响刹车油制动性能的主要因素, 已有国标《机动车辆制动液》(GB-12981-2012)[2]系统总结了这些指标的测定法。工业上, 对刹车油的检测大部分聚焦在其品质上, 而对刹车油具体成分分析的相关报道较少。在法庭科学领域, 刹车油成分分析有其重要意义。依据埃德蒙· 洛卡德原理(locard exchange principle), 凡为接触, 必存在物质的转移, 微量物证在物与物、物与环境的关系研究中十分关键[3, 4]。在损坏刹车油管意图谋杀的案件中, 刹车管内附着的刹车油会转移到作案工具上, 因此, 在该类案件中刹车油的分析可起到关联作案工具的作用。刹车油成分分析的相关报道较少。张瑜等[5]采用傅里叶变换近红外光谱对不同品牌的汽车制动液进行了研究, 并结合主成分分析、二阶导数等方法实现不同品牌制动液的区分。后又采用傅里叶变换近红外光谱法对汽车制动液掺水率进行了研究, 以打击制动液掺水造假[6]。Stauffer等[7]用GC-MS分析了动力转向油污染的刹车油, 结果表明动力转向油为C16~C25的脂肪烃, 刹车油为醇醚类物质。

本文采用GC-MS对刹车油成分进行分析, 通过比对刹车油管内有机提取物与疑似作案工具上的有机提取物成分, 结合金属检验结果, 为确定剪断刹车油管的工具提供了参考。

1 实验部分
1.1 样品情况

2019年6月, 黄某涉嫌将范某五菱荣光牌面包车后轮两侧的刹车油管剪断。当地警方将从嫌疑人黄某家中提取的一把老虎钳和被破坏的刹车油管(如图1所示)送往我单位进行微量物证的检验。

图1 检材照片(A:嫌疑人家提取的老虎钳一把; B:被破坏的刹车油管三段)
Fig.1 The evidential materials (A: a plier found at the suspect′s house; B: three pieces of damaged pipe of brake fluid)

1.2 仪器分析

1.2.1 SEM-EDS分析金属成分

分别用扫描电镜取样台粘取钳子刃口部位附着金属颗粒、钳子本身的金属成分和刹车油管未被破坏部位横截面的金属成分进行分析。采用FEI Quanta FEG 650 场发射环境扫描电镜与EDAX Apollo XL 能谱仪, 高真空模式, 加速电压20 kV, 工作距离10 mm, 能谱时间常数3.2 μ s, 谱采集时间30 s。测量时将样品置于扫描电镜样品台的导电胶上, 放入电镜样品仓中。在高真空条件下, 采用能谱仪的面扫描模式对样品逐一进行检验, 得到样品所含的元素成分。

1.2.2 GC-MS分析刹车油

用少量乙醚淋洗钳子刃口部位, 淋洗液过滤后进行GC-MS检测。将吸附有乙醚的脱脂棉球擦拭刹车油管内壁, 后使用少量乙醚浸泡提取棉球, 提取液过滤后进行GC-MS检测。采用岛津QP2020型气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)进行刹车油的分析, 其他分析条件为:DB-5MS(30 m× 0.25 mm× 0.25 μ m)石英毛细管色谱柱; 柱温程序40 ℃保持2 min, 以5 ℃/min升至80 ℃, 保持2 min; 再以10 ℃/min升至300 ℃, 保持10 min; 进样口温度280 ℃; 氦气(He)作载气, 流速1.0 mL/min, 分流进样, 分流比20∶ 1 ; 电子轰击(EI)离子源; 离子源温度230 ℃ ; 接口温度230 ℃ ; 质量扫描范围m/z 40~500 amu ; 全扫描模式(SCAN)采集总离子流图; 溶剂延迟2.0 min。

2 结果与讨论
2.1 金属成分分析结果(见图2)

图2 扫描电镜/能谱仪检测结果(A:刹车油管横截面部分区域面电镜照片; B:刹车油管不同部位的能谱谱图, B1~B4分别代表A1~A4区域的能谱检测结果; C1~C4:钳子刃口部位附着颗粒)
Fig.2 Elements determined with SEM-EDS (A: SEM photograph of cross section of brake-fluid pipe; B: SEM-EDS spectra of different parts of brake-fluid pipe— B1-B4 respectively representing the detection results of A1-A4, and C1-C4: indicating the elements from the particles attached to the cutting edge of the plier)

经检验发现, 刹车油管为双层卷焊管结构, 其表面有黑色外皮。卷焊管外部(图2 A3)检出铜(Cu)元素(图2 B3), 内部(图2 A4)检出铁(Fe)元素(图2 B4); 卷焊管表面有镀层(图2 A2), 检出锌(Zn)元素(图2 B2), 黑色外皮(图2 A1)检出碳(C)、氟(F)、锌(Zn)、铝(Al)、磷(P)、钛(Ti)、铬(Cr)、铁(Fe)元素(图2 B1)。钳子内部检出铁(Fe)、锰(Mn)元素, 表面检出碳(C)、氧(O)、铁(Fe)、锰(Mn)元素, 表明钳子表面有轻度锈蚀。钳子刃口部位附着物检出含铜(Cu)、锌(Zn)、铁(Fe)元素的颗粒(图2C1); 含锌(Zn)、碳(C)、氧(O)、铁(Fe)元素的颗粒(图2 C2); 含铁(Fe)元素的颗粒(图2 C3); 含铁(Fe)、碳(C)、氧(O)、锌(Zn)、镁(Mg)、铝(Al)、硅(Si)、硫(S)、氯(Cl)、钾(K)、钙(Ca)元素的颗粒(图2 C4)。一方面, 钳子刃口部位附着金属颗粒与刹车油管金属成分有相同, 如含铜(Cu)、锌(Zn)、铁(Fe)元素的颗粒, 含铁(Fe)元素的颗粒等。另一方面, 钳子为常用工具, 可能在多种场合使用过, 故该钳子刃口部位附着金属颗粒较多。因此, 单从金属检验结果无法断定该钳子是否为作案工具。

2.2 刹车油成分分析结果

除金属成分外, 若刹车油管被钳子剪断, 也应当有刹车油成分的转移, 送检单位因此要求进行刹车油检验。分别对钳子刃口部位、刹车油管内部的有机物进行提取以及GC-MS分析。刹车油管内部提取物的总离子流色谱(TIC)图如图3所示, 经检索, 各峰对应的物质为二乙二醇单甲醚(8.98 min)、二乙二醇(10.05 min)、三乙二醇单甲醚(17.17 min)、三乙二醇单乙醚(18.37 min)、三乙二醇单丁醚(21.19 min)、四乙二醇单甲醚(21.57 min)、四乙二醇单乙醚(22.37 min)、四乙二醇单丁醚(24.59 min)、五乙二醇单甲醚(24.91 min)、五乙二醇单丁醚(27.46 min)、油酸酰胺(30.58 min)。此外, 购买了部分标样, 采用相同的方法进行分析, 证实了分析结果的可靠性, 表明该车使用的是醇醚型刹车油。其中, 5.53、14.363 min两个峰, 由于质谱检索匹配度不高, 且缺乏标样, 未能确定是何物质。

图3 刹车油管内部有机提取物的TIC图
Fig.3 TIC of the organic extract in the brake-fluid pipe

钳子刃口部位的提取物TIC图及提取离子(m/z 85) 质量色谱图如图4所示, 是一个较为典型的含C16~C31直链烷烃的矿物油成分。从该结果来看, 似乎与刹车油管内部提取物成分并不相同。

图4 钳子刃口部位有机提取物的TIC图(A)及提取离子( m/z 85) 质量色谱图(B)
Fig.4 TIC (A) of the organic extract from the cutting edge of the plier and the related mass chromatogram (B) of the extracted ion (m/z = 85)

从醇醚类物质的质谱图中发现m/z 45与m/z 89的碎片离子强度较高。推断为EI 离子源轰击下, 醇醚类物质裂解分别产生CH2CH2OH和CH2CH2OCH2CH2OH碎片离子, 这两个碎片离子可以形成较为稳定的三元环和六元环, 因而强度较高。然而m/z 45的碎片离子较为常见, 因此, 以m/z 89为特征离子, 提取其质量色谱图。经仔细比对后发现, 钳子刃口部位提取物在24.58 min处(图5)所对应的峰为四乙二醇单丁醚, 是刹车油管内部提取物中含量最高的一种成分。四乙二醇单丁醚(CAS:1559-34-8)在日常生活中并不常见, 其存在于钳子刃口部位, 表明该钳子是作案工具的可能性极高。最终, 嫌疑人交代了犯罪事实, 承认使用该钳子剪断了刹车油管。

图5 钳子刃口部位有机提取物的提取离子( m/z 89) 质量色谱图(Rt=24~25min)(A)及Rt=24.58min色谱峰对应的质谱图(B)
Fig.5 Mass chromatogram at Rt=24~25min (A) of extracted ion (m/z = 89) of the organic extract from the cutting edge of the plier and the mass spectrum of the fraction with Rt=24.58min (B)

3 总结

本文首次采用GC-MS对醇醚类刹车油进行分析, 通过对醇醚类物质裂解机制的推断, 选取了m/z 89为特征离子进行分析。结合刹车油与金属成分比对分析结果, 为确定剪断刹车油管的作案工具提供了依据。其中, 刹车油的成分分析方法可为类似案件中刹车油成分分析提供技术参考。随着科学技术的不断发展, 微量物证在研究犯罪现场主客体关系、完善证据链上将发挥越来越重要的作用。

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