引用本文
郑继利, 刘占芳, 朱军, 周正, 李光耀, 郭洪玲. 利用塑料燃烧后形成空腔结构检测汽油燃烧残留物[J].刑事技术, 2021,46(5):542-546
ZHENG Jili, LIU Zhanfang, ZHU Jun, ZHOU Zheng, LI Guangyao, GUO Hongling. Utilization of Combustion-resultant Plastic Cavity to Detect Encapsulated Gasoline Residues: Case Report[J]. Forensic Science and Technology,2021,46(5): 542-546  
Doi: 10.16467/j.1008-3650.2021.0132
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利用塑料燃烧后形成空腔结构检测汽油燃烧残留物
郑继利, 刘占芳, 朱军, 周正, 李光耀, 郭洪玲
公安部物证鉴定中心,北京 100038

第一作者简介：郑继利,男,山东莘县人,硕士,研究实习员,研究方向为微量物证。E-mail: jili_zheng@126.com

收稿日期: 2020-09-02 修回日期: 2021-03-01
基金资助: 国家重点研发计划（2017YFC0803804）; 公安部技术研究面上项目（2016JSYJB09）
摘要

目的 探讨纵火案件中保存时间较长、易形成密闭空腔结构的塑料类检材汽油燃烧残留物成分的检验方法。方法 利用塑料物证燃烧后形成的空腔结构对汽油残留物的密封作用,对检材内的空腔结构进行切割,采用固相微萃取气相色谱-质谱（SPME-GC-MS）方法对检材进行汽油残留物检验。结果 检材中检出芳香烃类化合物、直链烷烃、环烷烃等成分,使用SPME-GC-MS方法的检出量更大,结果更符合汽油燃烧残留物的分布规律。结论 火场中某些塑料检材经过高温作用,易形成相对密闭的空腔结构,富集大量燃烧时产生的残留物,能够较好地反映火场燃烧时的情况,通过适当的样品前处理可释放空腔内的燃烧残留物,有助于汽油等助燃剂成分的分析检测。

关键词: 纵火案件; 空腔结构; 固相微萃取气相色谱-质谱技术; 助燃剂; 汽油; 燃烧残留物
中图分类号:DF794.3 文献标志码:B 文章编号:1008-3650(2021)05-0542-05
Utilization of Combustion-resultant Plastic Cavity to Detect Encapsulated Gasoline Residues: Case Report
ZHENG Jili, LIU Zhanfang, ZHU Jun, ZHOU Zheng, LI Guangyao, GUO Hongling
Institute of Forensic Science, Ministry of public Security, Beijing 100038, China
Abstract

Objective To probe into an approach of detecting those burned gasoline residues that were encapsulated inside a cavity of plastic (often kept and stored for long time until examination) that had been undergone with combustion from arson case.Methods For the evidential plastic material that was found of cavity suspected to seal gasoline residues, the cavity was cut open and immediately collected of its retaining substances with solid phase micro-extraction (SPME). The gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was adopted to detect the collected substances.Results From the collected sample were detected aromatic hydrocarbon compounds, linear alkanes, cycloalkanes and other components. Compared to the adsorption-desorption-GC/MS, the SPME-GC/MS choice showed both a larger detection amount and better result that was more consistent with the distribution of combusted gasoline residues.Conclusion For fire scene where plastic was among the evidential materials, the closed cavity should be scrutinized from the combusted plastic because it is very likely of enriching a large amount of gas components from combustion residues, which can better indicate the burning situation of the fire scene and be extracted through proper sample pretreatment. The cavity-closed gas can help to detect the components of combustion accelerants (e.g., gasoline in the case here) with an appropriate detection choice (SPME-GC/MS here).

Key words: arson case; cavity structure; SPME-GC-MS; combustion accelerant; gasoline; combustion residue

纵火案件社会影响恶劣, 易造成较大的人员伤亡和财产损失, 严重危害公共安全和社会稳定[1]。火场中有无助燃剂成分对于火灾的定性和确定侦查方向尤为重要, 物证鉴定人员需要从火场燃烧残留物中将汽油等助燃剂提取出来, 最理想的方式是在保证检材完整性的条件下, 从复杂基质中有效提取并浓缩目标组分。但是, 纵火案件现场具有开放性、破坏性和复杂性等特征, 燃烧的高温作用和灭火剂的使用会破坏大部分的痕迹物证, 加之助燃剂本身易挥发的特点, 使得火灾现场勘验提取难度较大, 并且提取的检材与纯品物质相差很大, 给助燃剂成分分析带来困难[2, 3]。常用的鉴定方法有吸附/解析气相色谱-质谱法[4]、固相微萃取气相色谱-质谱法（SPME-GC-MS）[5]、溶剂提取气相色谱-质谱法[6]。

实际纵火案件中, 犯罪嫌疑人多使用塑料、玻璃等材质的容器盛装汽油、稀释剂等易燃液体作为助燃剂实施纵火[7, 8], 作案后使用的容器多直接丢弃在火场中以毁灭证据。塑料容器中残留的助燃剂与火场中的其他物质发生混合燃烧, 燃烧过程中形成的燃烧残留物客观真实地反映了火灾现场的相关情况, 可为火灾定性和火灾原因分析提供重要线索[9, 10, 11]。

本文拟从1起利用塑料燃烧后的空腔检测出汽油燃烧残留物的案件出发, 对检验塑料类检材的助燃剂成分的前处理方法进行讨论, 希望能为火灾现场助燃剂残留物的鉴定提供借鉴和参考。

1 案例资料

2020年3月, 曹某与房东武某发生争执, 将武某及其女儿杀害, 随后将汽油泼洒在武某及其女儿身上点燃, 企图毁尸灭迹。案发后曹某报警自首, 供述犯罪事实。为固定证据并完善证据链, 办案人员在现场提取疑似塑料瓶燃烧残片（图1）后送检。

图1 检材照片（疑似燃烧残片）Fig.1 The sample from an involved case (Suspected burning debris from a plastic bottle)

2 实验部分
2.1 仪器与测试条件

2.1.1 实验仪器

GC/MS-QP2020气相色谱-质谱联用仪（岛津公司, 日本）, 配置TurboMatrix650自动热脱附仪（珀金埃尔默公司, 美国）; BF-1112型吹扫捕集样品浓缩仪; 吸附管（内填充Tenax吸附剂）, SPME手动进样器以及100 μm聚二甲基硅氧烷（PDMS）萃取头。

2.1.2 热解析条件

样品管加热至280 ℃, 干吹1.5 min, 脱附5 min, 脱附速率40 mL/min; 捕集阱高温300 ℃, 低温-30 ℃; 捕集阱升温速率40 ℃/s, 捕集阱温度保持6 min; 传输线温度200 ℃; 六通阀温度200 ℃。

2.1.3 色谱条件

Agilent DB-5MS石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）, 载气为高纯氦气（纯度≥99.995%）; 柱流速恒流1 mL/min, SPME-GC-MS法检验时进样口温度为250 ℃, 吸附/解析-GC-MS法检验时进样口温度为280 ℃。色谱柱升温程序：40 ℃保持2 min, 以5 ℃/min升至80 ℃, 再以10 ℃/min升至280℃, 保持5 min。分流进样, 分流比为20:1。

2.1.4 质谱条件

EI离子源, 溶剂延迟2.5 min, 传输线温度230 ℃, 质量扫描范围m/z 40~400 amu。

2.2 实验方法

2.2.1 吸附/解析-GC-MS样品前处理方法

将检材置于尼龙袋中并放在大体积顶空采样仪里, 把吸附管接在尼龙袋上并封口。将采样仪加热至60 ℃, 并以60 mL/min的初始速度抽取尼龙袋内气体30 min。将吸附管从尼龙袋上取下, 接在吹扫捕集样品浓缩仪或自动热脱附仪上, 按照2.1.2和2.1.3的条件进行检测。样品检测前, 先将Tenax吸附管接在空白尼龙袋上密封, 按照2.1.2和2.1.3的条件进行平行操作, 作为质控样本。

2.2.2 SPME-GC-MS样品前处理方法

用干净的手术刀切开检材的空腔, 迅速装入塑料袋中密封, 在60 ℃下加热。插入固相微萃取针, 吸附2 min。取出固相微萃取针, 按照2.1.3的条件进行检测。样品检测前, 应先按2.1.3的条件对空白封口塑料袋进行平行操作, 作为质控样本。

3 实验结果与比对分析
3.1 吸附/解析-GC-MS法检验分析

送检时检材使用自封袋保存, 无任何气味, 距案发时间已长达49 d。案件受理后迅速将检材置于专用封口袋内, 用封口机密闭, 选用灵敏度较高的吸附/解析-GC-MS进行检验。

通过对比空白样品总离子流图（图2）, 检材的总离子流图及提取离子质量色谱图（图3）中虽然检出芳香烃类化合物、直链烷烃和环烷烃等汽油标志物成分, 但含量与空白样品无明显差异, 难以确定检材中是否含有汽油残留物成分, 需要对未检出的原因进一步分析。

图2 空白样品总离子流图Fig.2 Total ion chromatogram (TIC) of blank sample

图3 检材总离子流TIC（a）图及提取离子质量色谱图（b. m/z 91、105、119、128选择离子色谱图; c. m/z 82、83选择离子色谱图; d. m/z 85的选择离子色谱图）Fig.3 TIC of sample (a) and the related mass chromatograms of the extracted ions (Selected ion chromatogram at m/z (b) 91, 105, 119, 128; (c) 82, 83; (d) 85)

3.2 SPME-GC-MS法检验分析

考虑到塑料检材高温熔融[12]的特点, 即使在高温燃烧作用下, 粘结程度不至将整个空腔完全贴合, 且内部多有大量微孔结构, 可吸附大量燃烧残留物。在显微镜下进行观察, 发现检材内部有明显的空腔结构（图4）, 用手术刀切开空腔结构, 闻到汽油味, 采用SPME-GC-MS检出汽油成分。处理后检材中检测出的芳香烃化合物、直链烷烃和环烷烃的含量明显高于空白（图5）, 符合汽油燃烧残留物的分布规律。

图4 处理后检材照片Fig.4 Microscopic presentation of the case sample after treating

图5 处理后检材总离子流TIC图（a）及提取离子质量色谱图（b. m/z 91、105、119、128选择离子色谱图; c. m/z 82、83选择离子色谱图; d. m/z 85的选择离子色谱图）Fig.5 TIC of sample (a) and the related mass chromatograms of the extracted ions from the sample after cutting (Selected ion chromatogram at m/z (b) 91, 105, 119, 128; (c) 82, 83; (d) 85)

4 讨论

正常情况下, 对于保存时间较长且需要检测汽油等易挥发助燃剂成分的案件, 通常使用吸附/解析这种灵敏度较高的前处理方法。此案中的塑料检材在高温熔融过程中形成了腔体结构, 在燃烧过程中较好地保存了汽油残留物成分, 将空腔剖开后进行检测, 其响应值更高。检验鉴定人员在对火场塑料类检材进行检验时, 要考虑检材自身特点, 选取合适的前处理方法, 避免因重要信息遗漏造成无法为案件提供证据支持的情况。

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