運用熱裂解氣相層析質譜儀鑑析火場殘跡中易燃性液體之研究
Application of Pyrolysis-Gas Chromatography-Mass Spectrometry for Analyzing Ignitable Liquid Residues from Fire Debris

前言

        現今我國火災鑑定實驗室鑑析火場殘跡證物之前處理方法,多數採用ASTM E1412靜態式頂空濃縮分析法,該前處理方法需將吸附劑(活性碳片)使用溶劑脫附。為探究其他非使用溶劑之脫附方式,本局首創應用熱裂解儀(Pyrolyzer)將活性碳片進行加熱脫附,並連接氣相層析質譜儀(GC/MS)進樣分析,針對目前市面常見促燃劑成分,以極性、非極性;純物質、混合物;輕質、中質、重質等不同種類之易燃性液體分類做鑑析探討。因本創新方法採用之脫附機制係使用加熱脫附,其優點為毋須額外使用溶劑脫附,若此法經驗證可行,於實務工作上可作為輔助驗證之參考。

        At present, the pre-treatment most commonly used by fire research laboratories in Taiwan for accrediting evidence from scenes of fire is ASTM E1412, an analytical technique employing passive headspace concentration. This pre-treatment involves the use of a solvent to carry out desorption on activated charcoal strips, an adsorbent. In order to explore other desorption methods that do not involve the use of solvents, the National Fire Agency (NFA) has pioneered the application of the pyrolyzer to heat and desorb activated carbon strips. Gas chromatography and mass spectrometry (GC/MS) are then used to analyze the sample. Common accelerants are then classified into different flammable liquid categories, such as polarity (polarity/dipolarity), purity (puresubstances/mixtures), and weight (light/medium/heavy) for analysis. The advantage of this new technique lies in the use of heat to carry out desorption, which makes it possible to avoid the use of additional solvents for this purpose. If this method is proven to be feasible in practice, it can then be a supplementary analytical option on site.

▎研究方法

        本研究主要參採ASTM E1412 流程架構進行樣品之前處理,並變更其溶劑脫附步驟,改以熱裂解儀加熱進行熱脫附,再連接氣相層析質譜儀分析。此外,本研究亦設計不同熱脫附溫度及多種易燃性液體,以討探其影響因子及可行性。相關儀器設定參數詳如下表:

▎實驗流程

▎實驗結果與討論

(一)汽油殘跡成分鑑析

        比較氣相層析質譜儀(標準方法)分析圖譜及熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)分析圖譜,詳如圖2,可發現其二者以不同方式分析所得之圖譜譜型相似,另分析熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)之3 種不同的升溫程序所得圖譜,發現信號強度由50℃至300℃、50℃至400℃、50℃至500℃之順序些微遞增,此外,亦可觀察出圖譜在分子量較高之化合物(滯留時間在10 分鐘後)其信號強度有較顯著之增加。

        由上述分析結果可得知以熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)分析汽油殘跡樣品,升溫程序以50℃至500℃較為合適,可得信號強度較高之圖譜。此外,經比對氣相層析質譜法(標準方法)及熱裂解氣相層析質譜法(創新方法)3 種不同熱脫附溫度之分析圖譜,前揭4 種分析方法均可依ASTM E1618 規定鑑定出含有汽油類之易燃性液體成分。

(二)重質石油分餾液殘跡(以柴油為例)成分鑑析

        比較氣相層析質譜儀(標準方法)分析圖譜及熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)分析圖譜,詳如圖3,可發現其二者以不同方式分析所得之圖譜譜型相似,另分析熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)之3 種不同的升溫程序所得圖譜,發現信號強度由50℃至300℃、50℃至400℃、50℃至500℃之順序逐漸遞增。由上述分析結果可得知以熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)分析柴油殘跡樣品,升溫程序以50℃至500℃較為合適,可得信號強度較高之圖譜。此外,經比對氣相層析質譜法(標準方法)及熱裂解氣相層析質譜法(創新方法)3 種不同熱脫附溫度之分析圖譜,前揭4 種分析方法均可依ASTM E1618 規定鑑定出含有重質石油分餾液類之易燃性液體成分。

(三)中質芳香烴產品殘跡(以松香水為例)成分鑑析

        比較氣相層析質譜儀(標準方法)分析圖譜及熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)分析圖譜,詳如圖4,可發現其二者以不同方式分析所得之圖譜譜型相似,另分析熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)之3 種不同的升溫程序所得圖譜,發現信號強度由50℃至300℃、50℃至400℃、50℃至500℃之順序些微遞增。

        由上述分析結果可得知以熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)分析松香水殘跡樣品,升溫程序以50℃至500℃較為合適,可得信號強度較高之圖譜。此外,經比對氣相層析質譜法(標準方法)及熱裂解氣相層析質譜法(創新方法)3 種不同熱脫附溫度之分析圖譜,前揭4 種分析方法均可依ASTM E1618 規定鑑定出含有中質芳香烴產品類之易燃性液體成分。

(四)輕質異鏈烷烴產品殘跡(以去漬油為例)成分鑑析

        比較氣相層析質譜儀(標準方法)分析圖譜及熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)分析圖譜,詳如圖5,可發現其二者以不同方式分析所得之圖譜譜型相似,另分析熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)之3 種不同的升溫程序所得圖譜,發現信號強度由50℃至300℃、50℃至400℃、50℃至500℃之順序些微遞增。

        由上述分析結果可得知以熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)分析去漬油殘跡樣品,升溫程序以50℃至500℃較為合適,可得信號強度較高之圖譜。此外,經比對氣相層析質譜法(標準方法)及熱裂解氣相層析質譜法(創新方法)3 種不同熱脫附溫度之分析圖譜,前揭4 種分析方法均可依ASTM E1618規定鑑定出含有輕質異鏈烷烴產品類之易燃性液體成分。

(五)輕質含氧溶劑殘跡(以乙醇為例)成分鑑析

        比較氣相層析質譜儀(標準方法)分析圖譜及熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)分析圖譜,詳如圖6,可發現其二者以不同方式分析所得之圖譜譜型相似,另分析熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)之3 種不同的升溫程序所得圖譜,發現信號強度由50℃至300℃、50℃至400℃、50℃至500℃之順序些微遞增。

        由上述分析結果可得知以熱裂解氣相層析質譜儀(創新方法)分析乙醇殘跡樣品,升溫程序以50℃至500℃較為合適,可得信號強度較高之圖譜。此外,經比對氣相層析質譜法(標準方法)及熱裂解氣相層析質譜法(創新方法)3 種不同熱脫附溫度之分析圖譜,前揭4 種分析方法均可依ASTM E1618 規定鑑定出含有輕質含氧溶劑類之易燃性液體成分。

▎結

        本研究以熱裂解氣相層析質譜法(創新方法)進行5 項不同種類之易燃性液體成分鑑析,包含汽油類產品、重質石油分餾液產品(柴油)、中質芳香烴產品(松香水)、輕質異鏈烷烴產品(去漬油)、輕質含氧溶劑(乙醇),上述5 項不同種類之易燃性液體含括相異之性質,諸如:極性、非極性;輕質(C4-C9)、中質(C8-C13)、重質(C9-C20+);純物質、混合物等,接著再以氣相層析質譜法(標準方法)所得之鑑析結果逐項交互比對。

        經實驗結果顯示,熱裂解氣相層析質譜法均可依照ASTM E1618 標準方法成功鑑析出上述5 項不同種類之易燃性液體成分,且本鑑定方法為採用熱脫附機制而無須額外使用脫附溶劑。鑑此,運用熱裂解氣相層析質譜儀能有效鑑析出易燃性液體成分,於實務工作上可作為輔助驗證之參考。