柴油燃烧残留物、烟尘特征的GC-MS对比分析

2014-12-19陈龙玉

河南科技 2014年16期

关键词：离子流棉布残留物

陈龙玉

（湖南省消防总队郴州支队永兴大队，湖南郴州 423000）

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器

1.1.1 实验材料

0# 柴油，载体（棉布、地毯），萃取剂（乙醚）。

1.1.2 实验仪器

Agilent6890/5973N 气相色谱/质谱联用分析仪（安捷伦科技有限公司），附G1701BA-B.01.00 Chemstation 软件，G1033A，D.01.00 NIST98 标准质谱检索库；HP-5MS 色谱柱（30m×0.25mm×0.25um）。

1.2 实验内容

1.2.1 样品制备

（1）载体的选择

因为从火灾现场采集的油类多附着在棉纱、衣物、房间装饰物等物体上，而当今社会中衣物制品的主要材料是棉布，地毯是宾馆和家居普遍使用的装饰物，所以选择以棉布和地毯为载体。用0# 柴油作为火场助燃剂。

将棉布和地毯剪裁成8cm×8cm 规格大小各三块放置于坩埚中，均浇淋上8ml 的柴油。等液体完全渗透后，用火柴引燃，直至火焰完全自然熄灭。一般完全燃烧的时间棉布为5 分钟左右，地毯为7 分钟左右。

（2）样品的提取和保存

用滤纸收集燃烧残留物，放入烧杯中。倒入5ml 萃取剂（乙醚）充分搅拌十分钟。萃取后过滤，将滤渣回收重复上述步骤萃取一次。收集两次萃取所得滤液，装入一次性试样瓶，贴上标签，并进行挥发浓缩，最后密封保存。0# 柴油-棉布编号为样品1，0#柴油-地毯为样品2。

注意：每一次做燃烧实验时将对应残留物的烟尘收集起来，以相同的萃取剂和萃取方式提取保存。

1.2.2 GC/MS 分析条件

色谱条件。进样口温度：250℃。分流比50：1。采用程序升温：柱温60℃，保持2min，以5℃/min 的升温速率升至240℃，保持5min。

质谱条件。 GC/MSD 接口温度280℃；离子源温度230℃，四极杆温度150℃；EI 离子源，电子能量70eV；全扫描（SCAN）质量范围50-500aum，选择离子扫描方式（SIM）73m/z、90m/z。

1.2.3 数据记录

观察工作站界面上流出的总离子流图，完成一个柴油样品的测试时间是43min。每完成一个样品后，从数据库里调出所存的总离子流图，利用G1033A，D.01.00NIST98 标准质谱检索库进行检索。记录要进行分析的化合物的名称、化学式与分子量。

1.2.4 数据分析

对照各样品的总离子流图以及所记录的数据，选择出现几率较大的成分，按照分子量大小排序，寻找规律。找出燃烧后各载体残留物及烟尘中的柴油组分和生成的新物质，寻找规律。

1.3 实验结果

1.3.1 各样品的总离子流图

对每一个样品进行三組平行实验，通过观察筛选出效果最好的一组实验数据。以下为被选中的数据中对应的两个残留物样品总离子流色谱图。

图1 柴油-棉布残留物总离子流色谱图

图2 柴油-地毯残留物总离子流色谱图

1.3.2 残留物样品对应的物质生成情况

柴油在地毯上完全燃烧生成的残留物的主要成分：色谱图中所标出来的14 个特征组分全部为同系列的直链烷烃，其中标号为1 到13 之间的特征组分按碳原子个数依次增长，与十二烷至二十四烷之间的直链烷烃一一对应，标号14 的特征组分为三十四烷。

2 结果分析与讨论

2.1 残留物特征组分及其与国家标准的比较

（1）柴油完全燃烧残留物的特征组分及其与汽油的比较

通过观察柴油-棉布和柴油-地毯的残留物总离子流色谱图可知柴油完全燃烧后大部分生成C15～C24 之间的烃类化合物、稠环类烃及其衍生物。其中长链烷烃及其异构体占主要含量，与燃烧残留物中汽油特征组分相比，其萘及其同系物和蒽等稠环芳烃相对增加，而单核芳香烃的含量相比汽油减少。柴油残留物中生成的多环芳烃成分和汽油燃烧生成的多环芳烃相类似，但在各成分的比例上同汽油差别很大。因为在燃烧的过程中发生热分解和热聚合的机理不同，虽然生成物大部分相似，但在发生反应的过程中各分子之间发生断链和聚合的方式及时间发生改变。

（2）柴油完全燃烧残留物与国家标准的比较

通过对比发现，柴油完全燃烧残留物中的物质种类与国家标准相符，包含长链烷烃、芳香烃和稠环芳烃等。其中各组分的含量分配也如标准中所说，柴油经过燃烧、挥发后残留物里新生成的高碳数长链烷烃百分含量非常高，其他成分的变化例如单环芳烃和稠环芳烃等成分保留得比较好。其中芳烃中的单核芳香烃（例如）含量相对较少，而一些多核芳烃如、菲等物质的含量相对较多。但是没有发现标准中提到的正构烷烃。另外，在柴油完全燃烧残留物中还发现了一些标准中未提到的物质。例如：呋喃）、酸含氮化合物

2.2 柴油在不同载体上完全燃烧后残留物之间的对比

将柴油-棉布和柴油-地毯的完全燃烧残留物总离子流色谱图进行比对可以发现，柴油在棉布载体上完全燃烧后生成的物质中多环化合物较多，且多数化合物中含有氧原子如醚、呋喃。而柴油在地毯载体上完全燃烧后几乎全部是直链烷烃。柴油-地毯完全燃烧残留物特征峰的出峰顺序按质量数大小（或碳原子个数）依次排出，峰的分布较棉布更均匀。

2.3 残留物与烟尘之间的对比

将柴油的烟尘谱图与残留物谱图进行对比发现，柴油烟尘的稠环芳烃含量比残留物多，增加了芘、苊、蒽等物质。其中芘是柴油烟尘区别于残留物非常明显的一个特征组分，因为柴油在棉布和地毯上完全燃烧收集的烟尘中都发现了芘且保留时间都在23min 左右。

但是烟尘中烷烃的含量相比于残留物较少，且大部分直链烷烃被支链烷烃代替。以柴油-地毯为例，柴油在地毯上完全燃烧后其残留物中物质成分几乎都是直链烷烃规律有序的出峰，且分布比较均匀，而其对应烟尘中多环芳烃和带支链烷烃的含量较多，且出峰无规律。另外，柴油完全燃烧残留物中有单环芳烃，但是在其对应的烟尘中没有发现。直链烷烃与单环芳烃大部分都是柴油原样中的组分，由此可见，柴油完全燃烧残留物对柴油原样组分的保留比烟尘好。