专利名称：分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理装置和方法。
背景技术：
火灾原因的化学分析鉴定是根据火灾的特点和规律，采取化学分析的方法和技术手段，对火场残留碎片的化学组成、含量、性质和危险性参数进行化学检测，并根据对检测结果的分析和判断，得到证明火灾原因、起火物种、起火方式、火灾温度等有关火灾信息的直接或间接证据的一类分析技术。
由于火灾现场都有开放性和破坏性的特点，从火场提取的残留碎片受到火势的破坏，救火时也会受到灭火剂的浸泡，因此残留在碎片中的易燃液体的成分经常受到破坏。另外，各种常见的建筑材料、化工材料、化工产品、日常用品等燃烧或高温裂解以后也能产生类似易燃液体的燃烧裂解成分，这就给易燃液体的鉴定造成了极大的干扰。
目前国内外的火灾原因鉴定专家主要利用常见的顶空技术、固相微萃取、溶剂萃取法、化学显色法等前处理方法，结合先进的分析化学仪器，如气相色谱(GC)、气相色谱-质谱(GC-MS)、傅立叶变换红外光谱法(FTIR)、气相色谱-电子捕集检测器(GC-EOT)等。其中固相微萃取(SPME)前处理方法由于其集取样、萃取、富集、进样于一身，操作简单，不需要溶剂，节省成本，无污染等优点在火场残留碎片中易燃液体鉴定领域得到广泛的应用。
Almirall和Bruna早在1995年就开始对固相微萃取(SPME)在火场残留碎片中易燃液体的鉴定中的应用进行研究，并证明此方法比活性炭方法更简洁灵活，并且节省时间。
在火灾原因鉴定领域，K.G.Furton等利用固相微萃取方法(SPME)对火灾残留碎片中残留的可燃可爆物进行了检测，并从固相微萃取的萃取温度、萃取时间、解析时间等进行了优化，得出最优的固相微萃取条件。
JR Almirall利用固相微萃取方法对水样品中的易燃液体进行了分析。
Garrett Lee BurIeson等利用固相微萃取-气相色谱质谱联用技术对已爆炸和未爆炸的弹药的成分进行了分析鉴定，并优化了固相微萃取实验条件。
M.1.Gervera等利用固相微萃取_气相色谱质谱联用技术测定了水样中的易燃易挥发液体。
固相微萃取及其联用技术在国内的应用类似国外，主要对从火场提取的残留碎片进行易燃易爆成分的检测。学者何洪源在此基础上对固相微萃取方法进行了简单的改变，即，将固相微萃取热脱附部分改成利用溶剂洗脱，然后再用分析仪器对洗脱液进行分析。
总结国内外研究进展，在火灾原因的化学分析鉴定领域，特别是对火场残留碎片成分的分析鉴定方面存在着以下缺陷:一.对固相微萃取方法只是一个简单的应用，并没有考虑到在火场这一特殊的环境。易燃液体中低沸点的成分在火场高温条件下，绝大部分成分已经挥发完全，残留的成分是易燃液体中含量极少沸点又很高的成分，因此，在温度对固相微萃取存在双重影响的条件下，并不能保证易燃液体中那些含量极少，沸点又高的成分挥发出来并被萃取头吸附。二.对火场残留碎片成分的分析仅集中于易燃液体成分的分析，而极少考虑到外界物质裂解或燃烧后的产物对鉴定结果的影响。特别是一些石油类的化学物质燃烧以后会出现很多汽油，柴油等助燃剂的成分，这就会给鉴定结果造成很大的干扰。
对火场残留碎片分析的准确性非常重要，因为鉴定结果直接作为判定火灾性质的一个有力依据。因此建立一种能够排除干扰并且有效地，准确地对火场残留碎片成分进行分析的实验方法和装置具有重要的意义。发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理装置，该装置结构简单，能够有效地排除基质燃烧或裂解的干扰；能将固相微萃取温度与热脱附温度互不影响的分开控制，解决了温度对固相微萃取的双重影响。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述装置的分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理装置，包括载气原件、热脱附原件、固相微萃取原件和真空泵，上述的各个原件依次相连接；
所述的载气原件(即市售的钢瓶)，以99.999% (体积比)的高纯氮气为载气，作用是将在热脱附部分中挥发出来的成分载送到固相微萃取部分。载气的流速可以由气体流量计控制。载气的流速直接影响着挥发成分在固相微萃取原件中的停留时间，即被检测气体与固相微萃取头的接触时间。载气流速过大固相微萃取头与被检测物质接触时间短，萃取效率降低。载气流速过小，不同被检测的气体停留在固相微萃取室中，其中含量很大的成分造成萃取头吸附饱和，降低了被萃取物质的种类，造成检测结果有误。因此载气流速要控制在一个合适的范围内。
所述的热脱附原件，其底座是加热仪(加热温度可控制在30-500°C)，加热仪上依次是导热台和样品台；底座上有外罩将导热台和样品台罩在其中，外罩上设有载气入口和载气出口 ；温度计从外罩顶部伸入罩内，用于监测热脱附原件的工作温度。热脱附原件中样品台上裂解挥发的物质被载气带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仪(美国SUPELC0公司)、加热容器和水浴加热箱组成，加热容器置于水 浴加热箱中，固相微萃取仪伸入加热容器中；加热容器的器壁设有两个开口，供载气进出。固相微萃取原件的萃取温度和萃取时间要根据载气流速来确定。
所述的真空泵，其作用是在每次实验之前彻底清除残留在装置及各气路中的气体，以免对下一次实验造成干扰。
一种基于上述装置的分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理方法，包括以下步骤:
(I)将从火灾现场提取的残留碎片放在热脱附原件样品台上；将载气从载气原件中放出，控制载气流速为40 -10 Om I /m i n ;调节固相微萃取原件水浴加热箱的温度为5-60 0C ；
(2)启动热脱附原件的加热仪，使残留碎片在30-500°C下热脱附10_60min，残留碎片上的成分会被挥发或裂解；从热脱附原件中挥发或裂解出来的成分被载气载送至固相微萃取原件的加热容器中；
(3)启动热脱附原件加热仪的同时将固相微萃取仪伸入加热容器中进行萃取，萃取10-60min，完成萃取；然后用气相色谱质谱仪分析；
(4)关闭载气原件、热脱附原件和固相微萃取原件，开启真空泵抽真空3_5min，以彻底清除残留在装置及各气路中的气体；
步骤(I)所述的载气优选99.999% (体积比)的高纯氮气。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
1、温度对固相微萃取的双重影响表现在:温度过低不利于高沸点成分从残留物挥发到萃取空间；另外，固相微萃取头对气体的吸附是一个放热过程，温度过高不利于萃取头对气体的吸附，因此温度过高过低都不利于萃取过程的进行。本发明的前处理装置和方法将热脱附与固相微萃取分开，解决了温度对固相微萃取的双重影响，可以检测物质在不同温度下的燃烧及裂解成分。
2、现有的方法只能将萃取温度控制在50°C左右，基质本身固有的成分大部分不能被检测到；本发明方法的热脱附温度可以控制在较高的温度范围内，基质本身固有的成分大部分都能被检测到，可以有效地排除基质本身燃烧或裂解的产物对火场残留助燃剂的干扰。
图1是本发明的 分析火场残留碎片中易燃液体成分的装置的组成示意图；其中，1-载气原件，2-热脱附原件，3-固相微萃取原件，4-真空泵。
图2是本发明的热脱附原件的结构示意图；其中，21-载气入口，22-加热仪，23-导热台，24-样品台，25-温度计，26-外罩，27-载气出口。
图3是将本发明方法的微萃取成分用气相色谱质谱仪分析后得到的总离子色谱图。
图4是将对比例I方法中的微萃取成分用气相色谱质谱仪分析后得到的总离子色谱图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理装置，其结构如图1所示，包括载气原件1、热脱附原件2、固相微萃取原件3和真空泵4，上述的各个原件依次相连接。
所述的载气原件1，以99.999%的高纯氮气为载气。
所述的热脱附原件2，其结构如图2所示，其底座是加热仪22 (加热温度可控制在30-500°C)，加热仪22上依次是导热台23和样品台24 ;底座上有外罩26将导热台23和样品台24罩在其中，外罩26上设有载气入口 21和载气出口 27 ;温度计25从外罩26顶部伸入罩内，用于监测热脱附原件2的工作温度。热脱附原件2中样品台24上裂解挥发的物质被载气带到固相微萃取原件3中。
所述的固相微萃取原件由固相微萃取仪(固相微萃取仪(Solid Phase MicroExtraction, SPME) 100 u m-PDMS购于美国SUPELCO公司)、加热容器和水浴加热箱组成，加热容器置于水浴加热箱中，固相微萃取仪伸入加热容器中；加热容器的器壁设有两个开口，供载气进出。固相微萃取原件的萃取温度和萃取时间要根据载气流速来确定。
实施例2
一种基于上述装置的分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理方法，包括以下步骤:
(I)将从火灾现场提取的残留碎片(PVC地胶)放入热脱附原件2的样品台24上；将载气(99.999%的高纯氮气)从载气原件I中放出，控制载气流速为lOOml/min ;调节固相微萃取原件3水浴加热箱的温度为30°C ；
(2)启动热脱附原件2的加热仪22，使残留碎片在150°C下热脱附30min，残留碎片上的成分会被挥发或裂解；从热脱附原件2中挥发或裂解出来的成分被载气载送至固相微萃取原件3的加热容器中；
(3)启动热脱附原件2加热仪的同时将固相微萃取仪伸入加热容器中进行萃取，萃取30min，完成萃取；然后用气相色谱质谱仪分析；
(4)关闭载气原件1、热脱附原件2和固相微萃取原件3，开启真空泵4抽真空5min,以彻底清除残留在装置及各气路中的气体。
微萃取成分的气相色谱质谱分析:
仪器:美国安捷伦公司(7890A-5975C)气相色谱-质谱联用仪；色谱条件:HP-MS30mX0.25umX0.25m石英毛细管柱；程序升温:初始温度40°C，保持2min，以8°C /min的速度升温至150°C，保持2min，再以10°C /min速度升温至250°C，保持2min，总运行时间29.75min，进样量:lyL;分流比:10:1 ;进样口温度:2500C0
气相色谱质谱分析得到的总离子色谱图如图3所示。
对比例I
在50°C的条件下直接将从火灾现场提取的残留碎片(PVC地胶，材料同实施例2)进行固相微萃取(即仅采用实施例1的固相微萃取原件，样品置于加热容器中，水浴50°C加热，将固相微萃取仪伸入加热容器中)30min ;然后将萃取成分联接气相色谱质谱仪分析(色谱仪器和条件均同实施例2)，所得总离子色谱图如图4所示。
由图3和图4比较可知，由于温度对萃取效率的双重影响，利用对比例I的方法(即现有技术的方法)要使萃取效率最高，只能将萃取温度控制在 50°C左右，PVC地胶中很多成分检测不到；而利用热脱附固相微萃取方法(即实施例2的方法，本发明的方法)可以将热脱附温度控制在150°C，这样PVC地胶中的大部分干扰成分都可以被检测到，这样可以有效地排除PVC地胶本身固有成分对火场残留碎片中助燃剂成分的干扰。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理装置，其特征在于包括载气原件、热脱附原件、固相微萃取原件和真空泵，上述的各个原件依次相连接； 所述的热脱附原件，其底座是加热仪，加热仪上依次是导热台和样品台；底座上有外罩将导热台和样品台罩在其中，外罩上设有载气入口和载气出口 ；温度计从外罩顶部伸入罩内。
2.根据权利要求1所述的分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理装置，其特征在于:所述的固相微萃取原件由固相微萃取仪、加热容器和水浴加热箱组成，加热容器置于水浴加热箱中，固相微萃取仪伸入加热容器中；加热容器的器壁设有两个开口，供载气进出。
3.一种基于权利要求1或2所述装置的分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理方法，其特征在于包括以下步骤: (1)将从火灾现场提取的残留碎片放在热脱附原件样品台上；将载气从载气原件中放出，控制载气流速为40-100ml/min ;调节固相微萃取原件水浴加热箱的温度为5_60°C ； (2)启动热脱附原件的加热仪，使残留碎片在30-500°C下热脱附10-60min； (3)启动热脱附原件加热仪的同时将固相微萃取仪伸入加热容器中进行萃取，萃取10-60min，完成萃取；然后将萃取成分用气相色谱质谱仪分析； (4)关闭载气原件、热脱附原件和固相微萃取原件，开启真空泵抽真空3-5min，以彻底清除残留在装置及各气路中的气体。
4.根据权利要求3所述的分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理方法，其特征在于:步骤(I)所述的 载气为99.999% (体积比)的高纯氮气。
全文摘要
本发明公开了一种分析火场残留碎片中易燃液体成分的前处理装置和方法，该装置包括载气原件、热脱附原件、固相微萃取原件和真空泵，上述的各个原件依次相连接；所述的热脱附原件，其底座是加热仪，加热仪上依次是导热台和样品台；底座上有外罩将导热台和样品台罩在其中，外罩上设有载气入口和载气出口；温度计从外罩顶部伸入罩内。本发明的前处理装置和方法将热脱附与固相微萃取分开，解决了温度对固相微萃取的双重影响，可以检测物质在不同温度下的燃烧及裂解成分。本发明方法的热脱附温度可以控制在较高的温度范围内，基质本身固有的成分大部分都能被检测到，可以有效地排除基质本身燃烧或裂解的产物对火场残留助燃剂的干扰。
文档编号G01N30/06GK103235063SQ201310158890
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月2日 优先权日2013年5月2日
发明者梁栋, 李盈宇, 沈浩, 褚燕燕, 莫善军, 刘建勇, 罗权兵 申请人:中山大学