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.