汽油助燃剂中碳稳定同位素特征检验与比对分析研究

作     者：朱晓晗 

作者单位：中国人民公安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱军;梅宏成

授予年度：2024年

学科分类：030604[法学-侦查学] 03[法学] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0838[工学-公安技术] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 030609[法学-涉外警务学] 0306[法学-公安学] 

主      题：法庭科学 汽油 气相色谱-同位素比质谱技术 碳稳定同位素 

摘      要：火灾是影响公共安全常见的灾害之一,而放火行为更是典型的暴力犯罪。犯罪嫌疑人为了达到快速放火的目的,往往使用汽油作为助燃剂作案,其检验鉴定便成为法庭科学研究人员的一项重要工作。目前,国内外法庭科学领域对汽油及其燃烧残留物定性检验已建立了较为成熟的方法,但由于汽油助燃剂成分复杂、来源各异,仅靠成分检验难以解决准确区分和溯源的技术难题,办案中缺乏对涉火案事件中汽油特征比对和来源分析的有效方法。因此,开展相关溯源比对研究对于深度挖掘物证来源信息、快速侦查破案具有重要意义。 相关研究证明,稳定同位素分析技术在溯源研究中具有独特优势,但其应用于助燃剂的比对与溯源分析在国内外报道较少。本论文采用气相色谱-同位素比质谱技术（GC-IRMS）,从元素特征水平开展了汽油助燃剂的稳定同位素比对检验与来源特征分析研究,主要研究内容如下: （1）构建了针对汽油助燃剂关键组分分子结构中碳元素稳定同位素比值特征的检验方法。从色谱柱、升温程序、稀释溶剂、进样浓度、进样体积五个方面进行了优化与选择,确定了气相色谱色谱柱种类为Petrocol DH辛基色谱柱（100 m×0.25mm×0.5μm）;确定升温程序为初始温度35℃,保持15 min,以1℃/min升至60℃并保持20 min,以2℃/min升至200℃,保持2 min;稀释溶剂为乙醚有机溶剂;进样浓度为稀释20倍;进样体积为1μL;同位素标准品为甲苯、辛烷、癸烷。所建汽油样品碳稳定同位素比值测定方法稳定可靠,样品烷烃组分SD值在1‰内,苯系物组分SD值在3‰内。 （2）考察不同来源的汽油助燃剂碳稳定同位素比值特征。从国内华南、东北、中部、西南、西北5大区域13个省份分别收集60种汽油样品,进行碳稳定同位素比值的检验和分析,针对性选取汽油中18种特征组分,分别探究其区域、省份、型号特征。结果表明:（1）区域特征:不同区域的汽油δ13C值呈现从华南到西北逐渐变小的趋势,不同区域间特征组分δ13C值差异度不同;（2）省份特征:不同省份的汽油地理位置相差越远,δ13C值差异越明显;（3）型号特征:不同型号的汽油δ13C值在4-乙基间二甲苯组分上存在显著差异;（4）单指标和多指标组合验证结果表明,同时采用汽油中18个组分δ13C值进行比对,可极大提高溯源判断准确率;（5）统计分析模型中随机森林模型对18种组分δ13C值指标的判别正确率最高,将优化后的模型进行汽油区域和省份的溯源判别研究,留一交叉验证准确率分别为95.98%和93.75%。 （3）系统考察挥发因素对汽油及其残留物中特征组分碳稳定同位素比值的影响。对10种汽油样品进行挥发试验,分别在挥发时长24 h、48 h、120 h、168 h、240 h和近干时取样,探究了汽油在挥发因素影响下δ13C值的变化情况。结果表明:（1）轻度挥发（0-48 h）的汽油组分基本都在检测限范围内,有5种组分的δ13C值较为稳定:异辛烷、2,4-二甲基己烷、2-甲基庚烷、正辛烷、正壬烷,具有作为汽油及其挥发残留物稳定同位素溯源指标的潜力。（2）探究挥发因素影响条件下的溯源效果,进行聚类分析发现汽油样品在48 h挥发时长下基本可与原汽油样品准确溯源,120 h挥发时长以上的汽油残留物样品间斯皮尔曼系数具有相关性。 （4）系统考察燃烧因素对汽油及其残留物中特征组分碳稳定同位素比值的影响。分别在燃烧时长1 min、2 min、5 min、8 min、近干时取样,探究了汽油在燃烧因素影响下δ13C值的变化情况。结果表明:（1）轻中度燃烧条件下（0-5 min）存在7种组分的δ13C值较为稳定:2-甲基己烷、2,3-二甲基戊烷、3-甲基己烷、异辛烷、正辛烷、2,4-二甲基己烷、正壬烷,其具有作为汽油及其燃烧残留物稳定同位素溯源指标的潜力。燃烧时长达到8 min时仅正辛烷组分较为稳定。（2）探究燃烧因素影响条件下的溯源效果,进行聚类分析发现,区域样品在5 min燃烧时长内可与原汽油样品准确溯源。（3）挥发和燃烧影响因素下可作为稳定同位素溯源的指标组分为:异辛烷、2,4-二甲基己烷、正辛烷、正壬烷。 研究建立了汽油助燃剂中特征组分δ13C值的GC-IRMS分析方法,采用所建方法开展了不同来源汽油样品的碳稳定同位素特征检验与比对分析研究,结果表明所建立的汽油稳定同位素分析方法也可用于挥发、燃烧汽油残留物的溯源追踪,为快速侦破案件、打击犯罪提供了新技术和新手段。