水泥塊和地面磚檢材中汽油燃燒殘留物的紫外光譜分析

謝荔珍　王文劍

摘 要：本文利用紫外光譜法（UV），以正己烷為萃取劑及溶劑，對(duì)93#無鉛汽油及基本完全燃燒后的組分和在水泥塊、地面磚載體上滲透燃燒后殘留痕跡中的組分進(jìn)行紫外光譜分析，總結(jié)出其燃燒不同時(shí)間后和在水泥塊、地面磚載體上燃燒后殘留物的特征吸收峰，吸收波長(zhǎng)等，進(jìn)而判斷火場(chǎng)中是否存在汽油，為火災(zāi)原因的確定和火災(zāi)性質(zhì)定性提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：紫外光譜法 汽油 火災(zāi)

中圖分類號(hào)：TU521 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（c）-0058-03

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器、材料和試劑

（1） 實(shí)驗(yàn)儀器：Agilent 8453E型紫外分光光度計(jì)（安捷倫科技有限公司）。

（2）材料與試劑：易燃液體：93#無鉛汽油；載體：水泥塊、地面磚，均為市售產(chǎn)品；萃取劑及溶劑：正己烷（分析純），化學(xué)試劑。

1.2 紫外分光光度計(jì)的工作原理

光譜儀的結(jié)構(gòu)大致由光源（紫外光和可見光）、單色器（石英棱鏡或光柵）、樣品池、檢測(cè)器和記錄裝置等幾個(gè)部分組成。如圖1由氘燈（2）和鎢絲燈（4）發(fā)出紫外光和可見光，經(jīng)平面鏡（3）先后選擇一種輻射光在曲面鏡（1）聚焦，通過狹縫（5）、凹面鏡（8）反射到棱鏡或光柵（7），色散后的光由Littrow鏡（6）按不同波長(zhǎng)依次返回單色器，經(jīng)凹面鏡（9）通過狹縫（10）和圓柱形透鏡（11）到達(dá)曲面鏡再次聚焦。聚焦后的單色光經(jīng)調(diào)節(jié)器面盤（13）、斬波器分為兩束交替通過樣品池（19）和參比池（18）。由于樣品的吸收，兩束光強(qiáng)度不同，經(jīng)光電倍增管（21）檢測(cè)，即給出相應(yīng)的電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)記錄下光譜。一般儀器記錄的圖譜為吸光度-波長(zhǎng)曲線或透射率波長(zhǎng)曲線[1]。

紫外光譜定性鑒定的主要依據(jù)是λmax和相應(yīng)的摩爾吸光系數(shù)ξmax以及吸收光譜的譜圖形狀、吸收峰數(shù)目和位置。不同結(jié)構(gòu)的化合物具有不同的吸收特性，對(duì)于相同結(jié)構(gòu)的化合物他們的紫外吸收光譜應(yīng)完全相同。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）樣品制備過程。①純汽油樣品的取樣：直接提取。②汽油燃燒不同時(shí)間后的取樣：將6mL汽油放入小蒸發(fā)皿，點(diǎn)燃并計(jì)時(shí)，汽油完全燃燒后測(cè)出的時(shí)間為5′36″。根據(jù)完全燃燒所需的時(shí)間，讓汽油進(jìn)行燃燒，在5′25″時(shí)，用窒息法（用石棉網(wǎng)扣在蒸發(fā)皿上）將其撲滅，并收集殘留汽油樣品待用。每次在蒸發(fā)皿中加的汽油量定量為6 mL。③汽油在載體上的燃燒后痕跡殘留物的取樣：取一水泥塊，并用一4 cm×5 cm碎布放置于水泥塊上，將10mL汽油緩慢倒在布水泥塊上，讓其充分滲透，然后用火柴點(diǎn)燃直至自然熄滅，清理水泥塊表面布料等殘留物，提取其痕跡，用正己烷做萃取劑提取殘留物中的組分，萃取后的液體作為樣品待用。用上述方法制得汽油在地面磚的實(shí)驗(yàn)樣品。

（2）紫外光譜測(cè)試條件的選擇①設(shè)定分析掃描波長(zhǎng)范圍為200～800 nm。②選擇不減小吸光度時(shí)的最大狹縫寬度作為測(cè)定狹縫寬度。③樣品溶度的選擇。配制樣品溶液的溶度以控制吸光度在0.7～1.2范圍內(nèi)最為合適。（表1，2，3，4）。

對(duì)紫外光譜圖及其一階導(dǎo)數(shù)圖進(jìn)行比較分析，可以得出：汽油燃燒前后，在200～400 nm之間紫外吸收強(qiáng)烈，但出峰較少；出峰主要波段在400～800 nm之間，但吸收并不強(qiáng)烈；純汽油吸收峰主要有377 nm，490 nm，623 nm，633 nm，643nm；純汽油的主要成分包括：長(zhǎng)鏈共軛體系的化合物、帶有苯基的化合物、芳烴、稠環(huán)化合物等。汽油基本完全燃燒后的組分紫外光譜特征：主要吸收峰有377 nm，489 nm，585 nm，590 nm，597 nm；燃燒產(chǎn)物含有帶有兩個(gè)雙鍵的共軛體系、苯環(huán)化合物、雜環(huán)芳烴、稠環(huán)化合物等。（表5，6，7，8）。

由分析可得：在200～220 nm范圍內(nèi)有強(qiáng)吸收帶，說明有共軛的兩個(gè)不飽和鍵存在；在260 nm附近存在強(qiáng)吸收帶，說明存在3～5個(gè)雙鍵的共軛體系。在270～350 nm范圍內(nèi)有弱吸收帶，表明含有芳環(huán)；在300 nm以上，吸收峰延伸至可見光區(qū)，表明存在長(zhǎng)鏈共軛或含有稠環(huán)化合物。

2 結(jié)果與討論

2.1 定性分析

對(duì)樣品紫外光譜分析圖進(jìn)行如下對(duì)比分析：（1）比較最大吸收波長(zhǎng)（λmax）及摩爾吸收系數(shù)（ξmax）的一致性。根據(jù)吸收峰λmax值可鑒定有機(jī)化合物中存在的某些官能團(tuán)。已知及可見吸收光譜是由分子中的生色團(tuán)所決定的，若兩種不同化合物具有相同的生色團(tuán)，往往導(dǎo)致不同分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相似的紫外可見吸收光譜，但他們的摩爾吸收系數(shù)肯定不同，因此比較λmax的同時(shí)比較ξmax加以區(qū)別。（2）比較吸光度比值的一致性。當(dāng)一些具有較多生色團(tuán)結(jié)構(gòu)的化合物，吸收光譜圖上可出現(xiàn)多個(gè)吸收峰時(shí)，可規(guī)定幾個(gè)吸收峰處的吸光度或吸收系數(shù)之間的比值，作為鑒定的標(biāo)準(zhǔn)。若被鑒定的物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)樣吸收波長(zhǎng)相同，其吸光度或吸收系數(shù)的比值在規(guī)定范圍之內(nèi)，則可認(rèn)為兩者相同。（3）比較吸收光譜的一致性。兩個(gè)化合物相同，其吸收光譜應(yīng)完全一致。利用這一特性，用試樣與標(biāo)準(zhǔn)樣用同一溶劑配置成相同溶度的溶液，分別測(cè)定其吸收光譜，然后比較光譜圖是否完全一致。若兩者的圖譜形狀、吸收峰數(shù)目、λmax及ξmax相同，說明兩者是同一化合物。為進(jìn)一步確證，可換一種溶劑進(jìn)行測(cè)定再作比較[2]。

2.2 圖譜分析與討論

本次實(shí)驗(yàn)對(duì)樣品進(jìn)行紫外光譜分析后，以吸光度（AU）為縱坐標(biāo)，波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，并對(duì)吸光度求一階導(dǎo)數(shù)，得到圖譜。

2.2.1 純汽油燃燒前后特征組分分析

對(duì)紫外光譜圖及其一階導(dǎo)數(shù)圖進(jìn)行比較分析，可以得出：汽油燃燒前后，在200～400nm之間紫外吸收強(qiáng)烈，但出峰較少；出峰主要波段在400～800 nm之間，但吸收并不強(qiáng)烈；純汽油吸收峰有377 nm，490 nm，623 nm，633 nm，643 nm；純汽油的主要成分包括：長(zhǎng)鏈共軛體系的化合物、帶有苯基的化合物、芳烴、稠環(huán)化合物等。再對(duì)其燃燒后進(jìn)行紫外光譜分析后得到主要吸收峰377 nm，489 nm，585 nm，590 nm，597 nm；其燃燒產(chǎn)物含有帶有兩個(gè)雙鍵的共軛體系、帶有苯環(huán)的化合物、雜環(huán)芳烴、稠環(huán)化合物等。

2.2.2 汽油在不同材料滲透燃燒后特征組分分析

從汽油在水泥塊、地面磚等載體上滲透燃燒后的紫外光譜圖中，我們可以看出，其組分的紫外吸收峰主要出現(xiàn)在300～700 nm，主要集中在333 nm，334 nm，373 nm，421 nm，486 nm，655 nm這6個(gè)峰。且經(jīng)過分析得出滲透燃燒后的主要成分有：含有雙鍵的共軛體系、苯環(huán)化合物、芳環(huán)化合物、雜環(huán)化合物、稠環(huán)化合物等。

3 結(jié)論

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出93#無鉛汽油，燃燒后在載體中殘留有一些不易燃燒的重組分和一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)物。汽油在燃燒后和在載體上滲透燃燒后提取殘留物進(jìn)行紫外光譜分析，仍能表現(xiàn)出較強(qiáng)的紫外吸收特征，經(jīng)分析總結(jié)，其燃燒后主要成分中存在含有兩個(gè)雙鍵的共軛體系、含有羰基的醛或酮、含有苯基的化合物、雜環(huán)芳烴、帶有芳環(huán)的化合物、稠環(huán)化合物等。通過比較譜圖出峰波長(zhǎng)得出：可以把333 nm，334 nm，373 nm，421 nm，486 nm，655 nm這些特征吸收峰也可以作為分析火場(chǎng)中水泥塊或地面磚中是否存在汽油成分的依據(jù)，進(jìn)而推斷火場(chǎng)殘留物是否存在汽油成分。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱為宏，楊雷艷，李晶，等.有機(jī)波普及性能分析法[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2007：19-20.

[2] 胡建國(guó).火災(zāi)物證分析[M].警官教育出版社，1998：246-247.