安捷伦气质联用仪GC/MS对火灾残留物进行快速分析

摘要：本应用简报介绍了一种使用安捷伦微吸附气体采样器 (CTS) 确证助燃剂的创新方法,该采样器依据毛细管柱吸收原理。CTS 具有在 1 min 内快速采集空气中残迹和有毒化合物的优势。本研究使用 97 RON（研究法辛烷值）辛烷汽油作为标样，并将样品中的芳香族化合物 (m/z = 91) 与标样中的芳香族化合物进行对比以确认助燃剂的类型。结果证明此方法是确证助燃剂类型的一种有效方法。

前言纵火会引起严重的财产损失、损伤甚至是死亡。调查火灾现场的可疑来源可以确定是否为蓄意纵火。实验室通过分析火灾残留物可以追踪可能引起火灾的痕量助燃剂。助燃剂包括：汽油、煤油、柴油、民用燃料油、酒精、矿物溶剂油和石油溶剂。通常对火灾残留物样品中的痕量烃类助燃剂进行分析。质谱技术用于鉴定和消除生成谱图中的热分解干扰物。通过对比标样和样品的色谱图来确证化合物类型。通过查看关键离子的单个质谱图来进行此对比。然而，由于样品被火灾严重损坏，很难对其进行获取，所以并非总能实现有效的对比。因此，样品收集就成为上述分析的关键步骤。从火灾发生现场收集样品是有必要的，因为如果使用助燃剂的话，这是能够找到痕量助燃剂的地点。在 CTS 产品开发出来前，固相微萃取 (SPME) 技术是收集此类样品的科学选择。SPME 的优势之一是其良好的浓缩能力 [1]。相对的，它的劣势是需要 30 多分钟才能采集到痕量样品。本研究将详细介绍基于 Snifprobe 相同原理的空气采样技术 CTS[2]。CTS 能够在几秒到几分钟内完成现场气体取样，且能够在现场使用。使用 Agilent 5975T LTM 气质联用系统，仅需几分钟就能完成一个样品的分析。由于汽油是常见的助燃剂，因此本研究尝试对火灾残留样品中的汽油进行鉴定。CTS 是一款能装载 6 根捕集柱的空气采样器。它能够同时装六根不同极性的捕集柱。不同的柱选择组合提供了更大的应用灵活性。本应用开发了一种使用 Pora PLOT Q 柱作为捕集柱的方法。将本方法的性能与上海市现场物证重点实验室、刑事科学技术协会的常规 SPME 方法进行了比较。通过六个上海消防站完成验证测试。

实验部分试剂与化学品本研究使用的所有化学品都来自上海市现场物证重点实验室、刑事科学技术协会。常用的助燃剂包括：97 RON 汽油、煤油和小分子有机溶剂。仪器和材料该分析在装配热分离进样杆 TSP (G4381A) 的 Agilent 5975T LTM气质联用系统上进行。使用 CTS 系统制备样品，在 Agilent HP-5ms LTM 柱（10 m × 0.18 mm，0.18 µm）上分离样品。

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样品前处理将一定体积的液态汽油注入到 5 L 玻璃瓶中，然后平衡 6 h，使用CTS 直接从瓶顶空层采样，进 5975T 分析确认汽油组分。

结果与讨论捕集柱的选择和 CTS 工作条件的优化本研究需要一个具有足够大吸收容积的短捕集柱。因此选用 PoraPLOT 系列色谱柱。为了与安捷伦标准密封垫圈匹配，我们使用0.32 mm 和 0.53 mm 色谱柱作为捕集柱。考虑到微量瓶的高度和易移除性，20 mm 的色谱柱更加适合。文章选择 Agilent Pora PlotQ 色谱柱（20 × 32 mm，20 µm），因为该色谱柱能吸附汽油中的大部分组分。CTS 泵测试条件为流速 60 mL/min 保持 1 min，因为这些设置能为测试的样品提供良好的分析结果。汽油的鉴定汽油是烃类化合物的混合物，这些烃类由正链烷烃、环烷烃、烯烃和芳香化合物组成。环烷烃、烯烃和芳香化合物可以提高汽油的辛烷值，而正链烷烃则带来反效果。芳香族化合物大多数为苯、甲苯和二甲苯的混合物。汽油的组分根据原油来源、加工方法和用途的不同会有显著不同，由于芳香族化合物是汽油的典型指标，本研究使用芳香族化合物作为鉴定汽油的主要指标。我们将样品中的组分与汽油标样进行了比较。

汽油标样的制备将 1 µL 的 97 RON 辛烷汽油置于 5 L 的玻璃瓶中进行挥发。挥发结束后，抽取 60 mL 顶空气体。图 1 为汽油的总离子流图 (TIC)。如图所示，几乎所有可以看到的峰都为芳香族化合物峰。表 1 列出了捕集到的汽油组分。采用结合了 NIST EPA 数据库的 AMDIS软件进行组分鉴定。AMDIS 软件可以解卷积一些叠加峰，因此使用快速 5975T 方法不必担心化合物共流出。

CTS 方法与传统实验室方法的比较在中国，固相微萃取气质联用方法是标准的法医学分析方法。样品前处理时间为 40 min，配置 VF-5ms (30 m × 0.25 mm, 0.25 µm)柱的气质联用系统分析时间为 40 min。当采用配置 HP-5ms 柱(10 m × 0.18 mm, 0.18 µm) 的 Agilent 5975T 气质联用系统时，我们可以将分析时间缩短约 5 倍。CTS 方法只需要 1 min，这是样品前处理的一大改进。图 2 为采用 SPME 方法进行气油分析的TIC 和 EIC 谱图。其中任何一种方法都能使所有主要组分相对应。因此，CTS 采样技术可以在实际应用中替代 SPME。实例研究本研究测试了几种由上海司法鉴定所提供的现场实际样品。用户报告由一些消防站提供。在这些报告中，CTS 均成功应用于汽油、香蕉水等样品。经确定，汽油引起的火灾残留物的所有主要组分与汽油标样相匹配。

火灾残留物中的汽油鉴定汽油中的特殊组分为芳香族化合物，如带短链和长链的甲苯和二甲苯。它们均含有 m/z 91 的特征离子。这些质量是汽油中大多数芳香族化合物的分子量。由于这些芳香族化合物是汽油中*代表性的化合物，因此对它们进行比较。CTS 采样技术只采集气体样品，无需额外的溶剂清洗步骤，因此在气质联用分析中，基质效应极低，干扰物极少。这一优势为汽油鉴定提供了良好的基础。图 3 为汽油标样和火灾残留物中汽油残留的 EIC 叠加图。黑色谱图（大图）为典型的汽油样品色谱图，蓝色谱图（小图）为样品色谱图。烧焦的牛仔布作为用于分析的火灾样品。图 3 显示了两种色谱图具有良好的相关性。通过比较组分的相对含量和类型，能够证明火灾是由汽油引起的。

香蕉水的鉴定香蕉水，也叫稀释剂，通常用于颜料的稀释。由于这种物质很容易获得，所以它常用于助燃剂。其主要成分为二甲苯和乙酸丁酯。汽油和香蕉水的主要区别在于二甲苯的含量。香蕉水通常含有高含量的二甲苯和乙酸乙酯。CTS 可在一分钟内直接采样。将两根捕集柱上的样品脱附到气质联用系统。图 4 显示了汽油标样和香蕉水的 EIC 叠加图。CTS 为现场证据提供了有力的支持。CTS 的扩展应用CTS 也可用于检测航空煤油和航空柴油。图 5 为柴油的 TIC 图，图 6 为航空煤油的 TIC 图。表 2 显示了柴油的轻质组分，表 3 标出了航空煤油的轻质组分。

结论微吸附气体采样器 (CTS) 能够直接比较标样和烧焦材料样品汽化的烃类和其他有机物，从而确定火灾中的助燃剂类型。利用 CTS采样器和车载式 Agilent 5975T LTM 气质联用系统的选择性，可以消除样品的基质化合物，从而获得了出色的相关性。CTS 空气采样技术和 5975T GC/MSD 技术为火灾助燃剂的鉴定提供了一种快速而可靠的方法。