火灾现场残留物分析技术探讨

火灾现场残留物分析技术探讨

郭儆雄

甘肃省庆阳市西峰区长庆南路消防救援大队    邮编：745000

摘要：火灾现场残留物分析技术在火灾调查中占有重要地位，它直接关系到火灾原因识别。残留物有固体，液体及气体之分，每一种都有其不同之物理及化学特性。采样技术主要由现场保护，采样点的选择，工具的选择等关键环节组成。分析手段涵盖了物理、化学和仪器的综合分析，通过这些技术的融合，我们可以准确地鉴别火源和燃烧的物质，进而为火灾的起因提供坚实的科学支撑。

关键词：火灾现场；残留物；采样技术；物理分析

引言

分析火灾残留物对判定火灾原因，燃烧物质和火源起着至关重要的作用。火灾后现场常遗留有固体，液体，气体等不同种类的残渣，其性质不一，常受到环境因素的影响。所以，科学地采样和准确地分析火灾现场是进行火灾调查工作的根本。不同种类残留物所需采样方法和手段各不相同，分析方法涉及物理，化学及仪器分析多种方法，多层次分析可为火灾调查工作提供详细数据支撑。

1.火灾现场残留物的类型与特性

1.1 固体残留物

火灾现场以固体残留物最为多见，一般有燃烧不彻底的材料，建筑材料，家具及器材的残留。此类残留物遇火后可被高温炙烤，烧蚀或熔融，其形态及物质成分多样。对固体残留物进行成分分析，可以帮助推测火源位置，火势蔓延路径和燃烧时物理变化。特别是金属、木材等耐火材料在高温下都会产生显着的形变或者氧化反应，这些残留物的性质可以体现火灾发生的剧烈程度与时间。另外，固体残留物可能包含燃烧不完全碳化物，这类碳化物一般为缺氧环境下有机物燃烧形成。通过对碳化物组成的分析，可以进一步推测着火时环境状况和燃烧物质种类。如不同物质如木材，塑料及纺织物燃烧时固体残留物的特性有显著差异，可作为分析火灾原因的基础。

1.2 液体残留物

液体残留物是火灾现场常见的残留物，但其存在通常有重要指向性。普通液体残留物有燃料，溶剂，化学品和灭火剂。火灾时液体物质可因高温而挥发，也可局部留在燃烧物的四周。液体的残余可能是火灾的催化剂，例如汽油、酒精等易燃物质的暗示，这些物质常常成为人为放火的关键线索。另外，火中化学反应还可生成新型液体化合物，对其进行成分分析可为了解火中燃烧化学过程提供重要资料。液体残留物由于容易在高温下挥发或者现场环境污染等问题而导致收集与分析困难。所以在现场采样时尤其要注意样品的完整保存。采用气密容器及专用采样技术能有效地防止液体样本挥发及二次污染。另外，在收集液体残留物时应考虑到试样可能存在的危险性，如对腐蚀性或者毒性液体需进行专门处理。利用先进的分析方法，例如气相色谱和质谱联用技术，我们能够对液态残留物进行精确的定性和定量分析，从而准确地确定其化学构成和浓度水平。燃料类液体残留分析对推断火源及燃烧过程有一定帮助，灭火剂检测可对火灾扑救过程进行及时、有效地判定。液体残留物在形态，气味和化学特性等方面，都能对火灾调查起到至关重要的线索。

1.3 气体残留物

火灾后气体残留物最易散失，但在具体案件中，这些残留物仍然能给火灾调查带来重要线索。在火灾发生时，所产生的气体组成相当复杂，通常涵盖了一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、硫化物等众多化学物质。不同的材料在燃烧过程中释放的气体都有其独特的化学属性，特别是那些含有氮、硫或氯的有机物质，它们在燃烧时会释放出有害的气体，对这些气体的准确检测对于火灾物质的分析是非常有帮助的，也可为判定火灾对周围环境及人员造成的影响奠定基础。气体残留物收集比较特殊，一般要求在火灾扑灭之后很短的时间内完成，以免由于空气流动或者自然扩散造成气体成分发生变化。利用专用气体采样器能有效地捕捉火灾现场气体成分，所采样品需要快速密封保存送实验室分析。气体成分的分析通常使用气相色谱和红外光谱等多种技术手段，通过测量不同气体的浓度和比例，能够推断出火灾发生时的燃烧环境和温度状况。火灾时气体残留物既可以反映燃烧材料又可以揭示火源点和火势发展过程。如一氧化碳含量变化可用来判断火灾通风状况及燃烧完全与否。对气体残留物进行分析也可用来消除火灾中人的因素，如一些特定气体存在会提示使用爆炸物或者加速剂留下痕迹等。

2.火灾现场残留物采样技术

2.1 采样前的现场保护

火灾发生时，灭火后现场经常是一片混乱，人的行走，设备的运动及自然环境的扰动等因素均会对现场残留物分布及属性造成损害或变化。所以，保证场地的完整是最重要的任务。消防人员或者调查人员赶赴现场时，要立即对周边地区实施封锁，对非必要人员实施限制，避免外来因素干扰。封锁现场之后，调查人员需要迅速对现场状况进行评估，并确定关键的地区，如火源点和燃烧物集中地区，以便为随后的取样工作做准备。在现场保护中，还有一个很重要的环节，就是对火灾后初步情况的记录。其中包括火灾损毁程度，燃烧区域内温度变化，扑灭火势所用工具及物资。通过现场记录可为之后取样提供背景信息并避免之后分析产生偏差。同时调查人员要注意避免其在野外取样时对残留物造成影响，如行走路径选择，工具使用方法等需慎重，从而降低人为造成的野外二次损害。

2.2 采样点的选择方法

采样点选取是火灾残留物分析的关键环节，它直接决定着采样的有效性与代表性。调查人员选取采样点一定要根据具体的火灾情况对采样点进行合理配置，这样才能保证收集到的残留物样本能反映火灾现场整体燃烧情况以及火势发展情况。重点采样区域为火源点或者可疑火源点。火源点常常是火灾发生的主要场所，对这一地区残留物进行分析就可推断出火灾发生的原因和燃烧发生的初始阶段。另外，在采样点选取时还应考虑火势蔓延路径问题。对不同地区火灾残留物进行分析，可以了解火势发展方向和蔓延快慢。调查人员一般在距火源点较远的几个地点选取样品，以保证样品的多样性以得到更加完整的火灾过程。对有液体残留物或者加速剂等火灾现场而言，在采样点选择上需要格外注意，以免漏掉可能挥发或者用扑灭剂冲淡的部位。

2.3 不同类型残留物的采样技术

对固体残留物来说，取样一般比较简单，可以用铲子，刷子和其他工具收集有代表性的杂物或颗粒物。在进行采集的过程中，务必确保残留物的完好无损，并尽量避免与其他种类的物质发生混合。取样时还应考虑到不同水平的残留物、特别是某些隐蔽区域或其覆盖物，从而保证取样的多样性与代表性。对于液体残余物的取样，这是一个相对复杂的过程，通常需要借助吸管、注射器等专门的工具来完成，并迅速地将这些残留物储存在一个密封的容器里。液体残留物因其易挥发和易污染等特点，取样时一定要格外小心，以免暴露于外部环境。

2.4 采样工具和容器的选择

不同种类残留物需选择特制的工具及容器才能保证样品不被污染并保持原有状态。固体残留物的取样常用金属铲，镊子，刷子等能有效地抽取细小的碎片，灰烬或者焦炭。收集过程中要尽量避开塑料工具，否则塑料会和温度过高的残留物产生化学反应而影响后续分析。收集液体残留物需借助密封性好的注射器或者吸管工具来保证液体不会挥发和外泄。收集到的液体样本立即置于气密性容器内保存，避免它们与空气的组分产生化学反应或者受到外界环境的污染。一般采用玻璃容器或者专用化学耐受容器对挥发性或者腐蚀性液体残留物进行保藏，保证试样稳定。

2.5 采样过程的记录和保存

火灾现场取样并不只是简单地进行残留物物理收集，而是要详细地记录取样过程并适当地保存样品。这些记录在随后的分析与识别中起着关键作用，可以向分析人员全面地提供背景信息。在取样过程中，调查人员要对具体取样地点，取样点环境条件和取样时间进行详细记录，这类资料有助于分析人员再现实验室火灾现场。每一个采样点记录中都要包括它与火源点之间的相对位置，周围温湿度条件以及外界可能产生的干扰因素等。另外，还需要对取样过程中的工具，容器以及具体步骤等进行详细记录才能保证取样的可追溯性。有条件时，应在取样过程中对现场进行拍照，以便在视觉上给予直观参考。所有的记录都应该在取样之后马上填上，以免因为记忆模糊而造成记录不准。

3.火灾残留物的分析技术

3.1 物理分析方法

在对火灾残留物进行物理分析时，像差示扫描量热法和热重分析这样的常见技术能够为我们提供关键的热物理信息。以热重分析为例子，某些有机材料在TGA分析过程中会出现明显的质量损失，例如聚氯乙烯（PVC）会在300°C到500°C的温度范围内，常会有两大分解步骤与氯化氢释放及主链裂解相对应。对PVC进行热重分析时可发现350°C左右试样质量急剧下降，说明此温度为主要分解温度。差示扫描量热法则能够应用于测定材料的热物理特性，如熔点、结晶温度以及玻璃化转变温度等。如聚苯乙烯玻璃化转变温度一般在100°C附近，聚乙烯则在130°C~140°C熔融。利用这些数据可以推断出火灾是否有这些高分子材料参与，并且利用温度区间内的数据可以判断出材料燃烧的温度。在使用扫描电子显微镜进行分析时，金属材料的熔化和重结晶行为可以为火灾高温阶段提供重要的数据依据。比如铝从660°C左右开始融化，通过SEM分析则可探测出表面出现的融化及氧化层的性质，观察上述现象就可推断出着火时温度是否到达了金属熔点。

3.2 化学分析方法

化学分析方法可采用定性与定量技术手段阐明火灾残留物分子结构与化学成分。气相色谱-质谱联用技术常被用于火灾现场残留物液中有机化合物的检测。比如在火灾残留物分析中，气相色谱可将不同燃烧产物分离出来，再由质谱确定其特定分子式及品质。利用GC-MS技术进行了研究，发现火后残留液体可能包含苯，甲苯，二甲苯和其他有机溶剂，对这类化合物进行检测常常显示火后有汽油或者相似燃料。对汽油残留进行分析时,C4-C12区间烃类化合物一般都有检出，在火灾时燃烧加速剂普遍存在。红外光谱分析通过探测分子特征振动，可推测残留物化学结构。以燃烧高分子材料为例，对聚乙烯燃烧残余物FTIR图谱发现C-H键拉伸振动峰位于2900 cm−1左右，并且氧化产物在1700 cm−1附近出现羰基特征峰（C=O）。这些特征数据有助于判断物质燃烧时是否充分燃烧和产生何种化学产物。液相色谱通常用于火灾现场残留液体化学品尤其是一些复杂有机化合物的检测。如对火灾残留物的分析中,HPLC能检测多环芳烃等燃烧产物。这类化合物一般是在高温燃烧过程中生成的，例如苯并[a]芘（BaP）等多环芳烃，在HPLC检测中通常会出现在280 nm的检测波长下，特征峰上的信息能够揭示火灾发生时燃烧的特定物质种类。

3.3 仪器分析方法

火灾现场残留物仪器分析手段涉及高精度检测设备来获得详细物质成分与结构信息。**气相色谱与质谱联合技术在火灾残留物分析中是最常用的方法之一，特别是在检测复杂的有机化合物和燃料残余物方面。利用GC-MS可对火灾发生时燃烧生成的挥发性与半挥发性化合物进行分离与识别。研究揭示，在火灾事件中，常见的加速剂，例如汽油中的C6-C12区域内的烃类化合物，在GC-MS图谱上会呈现出其独特的保留时间和质量碎片，这为火灾原因的鉴定提供了重要的依据。当结合扫描电子显微镜使用能谱分析（EDS）时，我们可以对金属残留物中的元素进行精确的定量分析。以火灾后建筑金属支架为例，通过EDS测得氧元素含量很高，说明金属表面氧化严重，并进一步推断火灾期间可能存在1000°C以上高温环境。这一分析有助于评价火灾发生的温度范围和对金属材料产生的作用。X射线衍射技术是火灾残留物分析中经常使用的一种仪器，它主要被用来探测残留物的晶体构造。如对火灾后残余建筑材料进行分析时，可利用XRD来探测水泥或者混凝土晶相变化。高温火灾下水泥主要晶相Ca（OH）2在400°C以上发生分解，同时利用XRD图谱衍射峰的变化可准确测定建筑材料火灾发生时的温度变化。

结束语 

火灾现场残留物分析在火灾调查中必不可少，合理取样和多样化分析手段可以有效地辅助火灾原因认定。在分析技术日益发展的今天，今后火灾调查精确度会进一步提高，对火灾预防与责任追究也会提供更强有力的技术支持。

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