Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расследование и экспертиза пожаров. Учебное пособие для СПО
.pdf
Полевые приборы и методы
Полевые методы применяют непосредственно на месте пожара. Они
позволяют обнаружить места наибольших концентраций в воздухе паров ЛВЖ
и ГЖ, выявляют зоны, где более целесообразен отбор газообразных или
твёрдых проб для лабораторных исследований.
Наиболее совершенный прибор – это газоанализатор с электронным
детектором. Детекторы приборов этого типа реагируют на целую гамму
веществ, поэтому по сигналу такого газоанализатора трудно установить, какое
конкретно вещество он обнаружил. Детекторы с термохимическим датчиком
реагирует на горючие газы и пары, фотоионизационные детекторы – на
вещества с потенциалом ионизации менее 10,8 Эв, детекторы по
теплопроводности – на любые газы с теплопроводностью, существенно
отличающейся от теплопроводности воздуха.
Фотоионизационные детекторы (ФИД) являются одним из наиболее
чувствительных и простых современных детекторов, применяемых в
переносимых газоанализаторах. Наиболее известные это «Колион» и
«Анализатор-течеискатель АНТ»
С помощью газоанализатора с ФИД можно обнаружить в воздухе на
месте пожара наличие паров органических веществ – ЛВЖ и ГЖ.
Используется он для выявления зон, где возможен отбор газообразных или
твёрдых проб для лабораторных исследований.
По сигналу газового детектора невозможно установить, какое конкретно
вещество он обнаружил, т.к. приборы этого типа реагируют на целую гамму
веществ с потенциалом ионизации менее 10,8 Эв. В число таких газов и паров,
имеющих потенциал ионизации ниже 10,8 Эв, входят органические вещества
многих известных классов – предельные углеводороды (от бутана и выше),
алифатические альдегиды и кетоны, спирты, кислоты, амины, ароматические
углеводороды, олефины простые эфиры, сложные эфиры и многие другие. Из
самых распространённых неорганических веществ газоанализатор с ФИД
определяет только сероводород и аммиак. Вещества, имеющие потенциал
ионизации более 10,8 Эв и не фиксируются датчиком только самые лёгкие
представители указанных классов – метан, этан, пропан, метанол,
формальдегид, а также оксид и диоксид углерода, водород, кислород, фтор,
азот, хлор, фтористый, бромистый, хлористый и некоторые другие газы.
Практически все применяемые поджигателями ЛВЖ и ГЖ (керосин, бензин,
растворители для красок и лаков и др.) могут быть обнаружены прибором с
фотоионизационным детектором.
102
101
Кроме окислов углерода и воды при сгорании древесины, тканей и
материалов образуются другие вещества – газообразные продукты неполного
сгорания, в состав которых входят алифатические и ароматические альдегиды,
кетоны, эфиры. Особенно активно эти вещества образуются при тлении или
пламенном горении в условиях ограниченного воздухообмена. Прибор с
фотоионизационным детектором может реагировать при пожаре не только на
остатки средств поджога (ЛВЖ и ГЖ), но и на газообразные продукты
пиролиза органических материалов.
Специалистами доказано, что пока происходит пламенное горение или
тление чистой древесины или хлопчатобумажной ткани, испытуемый прибор
даёт сигнал на газообразные продукты пиролиза. Любые поиски остатков
ЛВЖ и ГЖ на пожаре с помощью газоанализаторов с ФИД можно проводить
только после гарантированно полной ликвидации горения.
Существуют некоторые правила при использовании такого прибора и
интерпретации данных:
- газоанализаторы с фотоионизационными детекторами, обладая очень
высокой чувствительностью и широким диапазоном детектируемых веществ,
позволяют обнаруживать остатки моторных топлив и большинства других
ЛВЖ и ГЖ. Они способны это делать даже после частичного выгорания ЛВЖ,
смыва водой, также при положительных, так и при отрицательных
температурах окружающего воздуха;
- газоанализатор с ФИД эффективно использовать в качестве
«электронного носа» для выявления зон, где лучше всего отбирать
газообразные или твёрдые пробы;
- учитывая возможность срабатывания прибора на газообразные
продукты пиролиза сгораемых материалов, по результатам газового детектора
с ФИД, не следует делать категорических выводов о наличии остатков средств
поджога;
- во избежание ложного срабатывания прибора, применять
газоанализаторы следует не ранее полной ликвидации пламенного горения и
остаточных зон тления;
- несрабатывание прибора также не является основанием для
категорического исключения наличия ЛВЖ и ГЖ и самого факта поджога. В
газовой фазе остатки инициаторов горения в достаточных для обнаружения
количествах могут не сохраниться, но тяжёлые остатки горючих жидкостей
сохраняются в сорбированном виде на объектах-носителях и обнаруживаются
лабораторными методами.
103
102
Газоанализаторы с индикаторными трубками: представляют собой
ручной насос, при помощи которого определённый объём воздуха
прокачивается через стеклянную индикаторную трубку. Трубки,
используемые в таких газоанализаторах, рассчитаны на количественное
определение индивидуальных веществ или смесей, например, бензина,
толуола, ацетона или спиртов. При наличии газов или паров определённой
жидкости содержимое трубки окрашивается в соответствующий цвет. При
этом длина окрашенной зоны пропорциональна концентрации паров данного
компонента в воздухе.
При использовании таких газоанализаторов и интерпретации
получаемых данных, учитывается возможность срабатывания индикаторных
трубок на продуты термического разложения конструкционных и отделочных
материалов, обнаруженных на месте пожара. К недостаткам можно отнести
ограниченные сроки хранения трубок. На пожаре неизвестно, какую жидкость
применили для поджога и какую трубку нужно использовать для поисков
остатков ЛВЖ. Как правило, используют индикаторную трубку,
рассчитанную на обнаружение более известного поджигающего вещества –
бензина. Если поджог был совершён при помощи другого инициатора горения,
например, из группы растворителей не нефтяной природы, то маловероятно,
что вещество будет найдено.
Если на трубке имеется маркировка «бензин», то это означает, что она
отградуирована на определение паров бензина. Но она может также
реагировать на пары керосина или дизельного топлива (ДТ также содержит
компоненты, дающие положительную реакцию при взаимодействии с
содержащимися в трубке реактивами). Нельзя только по срабатыванию трубки
давать заключение о наличии бензина в пробе.
Для более чётких выводов, существует специальный многоканальный
газоанализатор. Газоанализатор позволяет уже на месте пожара
предварительно классифицировать пары неизвестной жидкости в отсутствие
лабораторных методов. Многоканальный газоанализатор состоит из насоса
сильфонного типа и многоканальной насадки, что позволяет устанавливать и
прокачивать одновременно 6 трубок. В комплекте есть 4 специально
подобранные индикаторные трубки для определения алифатических
углеводородов, ароматических углеводородов, кетонов, спиртов, и 2 трубки с
сорбентом.
Действие многоканального газоанализатора основано на том, что
различные по природе и компонентному составу горючие жидкости дают
разное сочетание окрасок индикаторных трубок.
104
103
На нефтепродукты реагируют трубки «алканы» и «арены»,
предназначенные для определения алифатических и ароматических
углеводородов, так как в основном основу нефтепродуктов составляют эти
классы соединений. В основном растворители ненефтяной природы имеют в
своём составе ароматические углеводороды, кетоны, спирты, на которые
реагируют соответствующие трубки (спирты, кетоны, арены). Отличительной
чертой при обнаружении на месте пожара смесевых растворителей не
нефтяной природы является то, что трубка «алканы», предназначенная для
определения алифатических углеводородов, не даёт изменения окраски,
характерному для данного соединения (от жёлтого к зелёному). Остальные
трубки при этом реагируют в зависимости от состава растворителя. Но есть
исключения, например, сольвенты. Они не дают характерного окрашивания
трубки «алканы», являясь при этом растворителями нефтяного ряда, так как
представляют собой смесь ароматических углеводородов бензольного ряда.
При выгорании нефтепродуктов и растворителей нефтяного ряда
комбинация окрасок трубок сохраняется, но интенсивность окрашивания
становится меньше. В любом случае, до определённого предела
чувствительность трубок сохраняется, что позволяет обнаружить остатки
выгоревших ЛВЖ на месте пожара и предварительно определить их природу.
Многоканальный химический газоанализатор может применяться и на
начальной стадии лабораторных исследований в комплексе с лабораторными
методами. Он предоставляет действительно ценную информацию о
компонентном составе исследуемого вещества.
Портативные флуориметры. Эта методика заключается в твёрдофазной
экстракции остатков интенсификаторов горения специальным сорбентом и
последующем измерении интенсивности люминесценции с поверхности
данного сорбента.
В качестве сорбента используются пластины специально подобранного
полимерного материала. Для того, чтобы обеспечить возможность измерения
интенсивности люминесценции непосредственно на месте пожара, был
разработан портативный флуориметр – флуориметрический индикатор
нефтепродуктов. Этот прибор достаточно компактный, работает от
встроенных аккумуляторов. Источником возбуждения флуоресценции служит
светодиод с максимумом длины волны излучения 270 нм, спектральный
интервал регистрации флуоресценции составляет от 300 до 420 нм – в этом
интервале регистрируется флуоресценция большинства нефти продуктов.
Методика особенно эффективна в случае обнаружения остатков ЛВЖ и
ГЖ на влажных после тушения поверхностях. С помощью портативного
105
104
флуориметра и твёрдофазных сорбентов можно проводить быстрое измерение
с целью выявления места наибольшей концентрации остатков
интенсификаторов горения.
Лабораторные методы
Наиболее распространенные методы анализа: ИК- спектрометрия,
газожидкостная хроматография и флуоресцентная спектрометрия.
Метод ИК- спектрометрии.
Метод ИК-спектроскопии является распространенным методом
анализа функционального состава химических соединений. ИК-спектр
вещества содержит полосы поглощения, соответствующие колебаниям
определенных групп атомов, функциональных групп и молекул, входящих в
состав данного вещества.
Метод основан на способности некоторых веществ, в частности, соединений,
содержащих ароматические кольца, флуоресцировать под действие
ультрафиолетового и видимого излучения. Инфракрасные (ИК) спектры
неорганических строительных материалов, карбонизованных остатков
полимеров, древесины, лакокрасочных покрытий и других материалов, а
также жидких продуктов, в том числе экстрактов, снимают на инфракрасных
спектрофотометрах общего назначения. Как правило, они обеспечивают
съемку спектров в диапазоне частот от 4000 до 400 см-1.
Инфракрасная спектроскопия (ИКС) является универсальным аналитическим
методом, который широко применяется в криминалистической экспертизе
материалов, веществ и изделий для исследования объектов самой различной
природы.
Достоинства выделяющие ИК-спектроскопию среди других методов:
1.Устанавливать природу (функциональный состав) изъятых с места пожара
веществ и материалов:
- каменных неорганических, изготовленных без обжиговым методом на основе
цемента, извести, гипса (бетон и железобетон, силикатный кирпич,
штукатурка,) теплоизоляционные материалы и т.д.
- органических и композитных материалов и их обгоревших остатков
(полимерных материалов, лакокрасочных покрытий, вспененных
теплоизоляционных материалов, тканей и др.);
- легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, использованных при
поджогах.
2.Решать идентификационные задачи при исследовании твердых и
жидких веществ и материалов.
106
105
3.Давать качественную оценку температуры и степени термического
разложения материала по внешнему виду спектра - наличию в нем
соответствующих полос поглощения и их интенсивности;
4.Производить количественную оценку степени термического
поражения проб материалов для выявления зон термических поражений на
месте пожара, используя спектральные критерии.
Недостатки ИК- спектроскопии.
По чувствительности метод ИК- спектроскопии существенно уступает
методам ГЖХ и ФС. Поэтому метод ИКС обычно используют, когда жидкость
обнаружена, хотя бы в капельных количествах, например, в брошенных на
месте пожара емкостях и может быть оттуда слита или хотя бы смыта со
стенок небольшим количеством растворителя.
К настоящему моменту разработаны рекомендации по практическому
применению метода ИК- спектроскопии в исследовании пожаров и пожарнотехнической экспертизе и сформирована база данных.
Необходимо отметить, что вещества и материалы, изъятые с места
пожара, представляют сложный объект для исследования как методом ИКспектроскопии, так и большинством других аналитических методов.
Широкое внедрение этого метода в СССР и России долгие годы
сдерживалось отсутствием соответствующей серийно выпускаемой
отечественной техники. Отечественная техника для молекулярной
спектроскопии традиционно отставала по техническому уровню от западной.
Во втором десятилетии 21 века ситуация с приборной базой стала улучшаться.
Появились ИК фурье-спектрометры ФСМ производства компании
«Инфраспек», Спектрометры «Инфралюм» производства СанктПетербургского оптико-механического объединения (ЛЮМЕКС). В
лабораторных работах и экспертной практике Академии неплохо себя
зарекомендовал отечественный ИК-спектрометр «Инфралюм ФТ-08» рис.4.4.
Источником света в приборе служит ксеноновая лампа ДКсШ-120,
работающая в импульсном режиме и излучающая свет в диапазоне от 200 до
2000 нм. Выделенный светофильтром участок спектра поглощается
анализируемой пробой, помещенной в кюветное отделение. Излучение в
спектральном диапазоне, выделенном вторым светофильтром, регистрируется
с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ).
107
106
Рис.4.4. ИК-спектрометр «Инфралюм ФТ-08»
Достоинства Инфралюм ФТ-08:
1) компактное исполнение;
2) увеличенная емкость встроенной памяти;
3) повышенная эргономичность;
4) новое универсальное кюветное отделение;
5) реализация усовершенствованных алгоритмов обработки результатов.
6) низкие пределы определения;
7) малый расход основных и вспомогательных реактивов;
8) небольшое время анализа;
9) высокая селективность;
10) широкая номенклатура определяемых показателей;
11) сохранение градуировок в энергонезависимой памяти;
Не смотря на множество достоинств прибора приходится иметь дело не
с индивидуальными веществами, спектры которых хорошо известны из
литературы, а со сложными их смесями, ИК-спектр которых весьма трудно
расшифровывать. Кроме того органические материалы - это, как правило,
продукты глубоких термических превращений (карбонизованные остатки), во
многом утерявшие признаки исходного вещества. Для более экспрессного и
точного анализа твёрдых, пастообразных и жидких образцов, в лаборатории
Сибирской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России в ИК-
108
107
спектрометре «Инфралюм ФТ-08» установлена приставка МНПВО
(многократного нарушенного полного внутреннего отражения).
Метод основан на физических явлениях, которые возникают при
отражении света на границе раздела двух сред с разной оптической
плотностью. Когда свет, проходя через среду с относительно высоким
показателем преломления (кристалл НПВО) падает на границу раздела со
средой с меньшим показателем преломления (образец) под углом падения
больше критического (предельный угол полного отражения), то излучение от
этой граничной поверхности отражается почти полностью. Однако даже при
полном отражении излучение всё же проникает в граничащую с кристаллом
среду на небольшую глубину. Глубина проникновения светового луча в пробу
является функцией длины волны, показателей преломления кристалла и
исследуемого вещества и угла падения. В зависимости от того, поглощает или
не поглощает излучение соседняя среда, то есть в данном случае образец,
изменяется интенсивность отражённого света. В результате получается спектр
отражения, подобный спектру пропускания. В этом спектре волновые числа,
при которых происходит специфичное для данного вещества поглощение,
будут такими же, как при измерении в проходящем свете.
Рис. 4.5. Ячейка для спектроскопии методом НПВО.
Анализируемое вещество размещается в соответствующем держателе в
непосредственном контакте с поверхностью кристалла, обладающего высоким
коэффициентом преломления. Обязательным условием нарушенного полного
внутреннего отражения является оптический контакт образца с кристаллом. С
помощью прижимного устройства можно достаточно сильно придавить
неровную или порошкообразную пробу к кристаллу. Свет от источника
излучения попадает в кристалл с плоскими параллельными гранями. Угол
падения луча выбирается таким образом, чтобы эффект НПВО возникал
именно на этих гранях. После многократных отражений излучение выходит из
кристалла и возвращается в прибор. Глубина проникновения излучения вглубь
109
108
образца зависит от длины волны, коэффициента преломления кристалла и угла
падения луча на поверхность.
Рис.4.6. Горизонтальная приставка МНПВО
Метод МНПВО применяется для качественного анализа
высоконаполненных или сшитых образцов. Для снятия таких спектров
используется специальная приставка к ИК -спектрометру - В спектроскопии
НПВО особую роль играет контакт между объектом исследования и
оптическим элементом. При сближении поверхностей двух тел на расстояние
порядка радиуса действия молекулярных сил возникает оптический контакт.
Такой контакт является оптимальным для получения спектров НПВО.
Отсутствие оптического контакта приводит к заметному искажению спектров
НПВО. В случае мягких образцов, таких, как эластомеры и каучуки, получение
контакта между элементом внутреннего отражения и образцом не вызывает
затруднений. От жестких же пленок с неровной поверхностью можно вообще
не получить спектр НПВО.
Для получения спектров чистых жидкостей удобно пользоваться
кюветами, которые применяются также при изучении спектров растворов и
имеют толщину слоя примерно 0,005—0,1 мм. Как и при изучении спектров
твердых веществ, общий фон поглощения окон кюветы необходимо
компенсировать. Летучие жидкости, которые могут легко испаряться из
110
109
обычной кюветы, необходимо исследовать в герметично закрываемых
кюветах. Для получения ИК-спектров жидкостей часто используют приставку
МНПВО. Для этого жидкость наносят на верхнюю рабочую поверхность
призмы.
Рис. 4.7 Нанесение смеси на кристалл, для проведения анализа.
Рис. 4.8 Установка кристалла в МНПВО, перед началом анализа.
Для снятия спектров растворов наиболее часто применяются три
растворителя: хлороформ, четыреххлористый углерод и сероуглерод, которые
используются при толщине слоя кюветы 0,1 —10 мм. Водные растворы
исследуются методом ИК-спектроскопии очень редко, так как при этом
встречаются большие трудности, связанные с очень сильным поглощением
111
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]