[01258327]纵火案件现场气氛模拟及检测技术研究

“纵火案件现场气氛模拟及检测技术研究” （编号：2017GABJC11）是公安部科技强警基础工作专项项目，项目起止时间2017年1月1日至2018年12月31日。

本项目的目的是研究出一种火灾现场残留物的检验鉴定方法。纵火是刑事犯罪分子常用的一种作案手段，是发生火灾的原因之一。近年来纵火案件呈上升趋势，给社会稳定和人民生命财产安全造成了极大危害。

在绝大多数纵火案件中，犯罪分子为达到快速有效的放火目的，会使用助燃剂。是否能确定火场中助燃剂的存在，是侦破的关键环节。目前，国内外采用的主要方法是从火场残留物中检测是否存在未燃烧或过火程度较轻的汽油、煤油、丙酮、乙醇等助燃剂，并以此为基础，采用多种分析手段进行分析。

助燃剂通常使用毛细气相色谱CGP、GC-MS和HNU光化学电离分析仪，通过分析火灾现场是否存在C1- C40的碳氢组分来确定助燃剂的存在。这类鉴定方法要求所提取的样品非常纯净，不能受到污染，只能用于火灾扑救及时、火场燃烧不严重的情况下，否则不易检测出火场中残存的易燃液体成分。

然而火灾现场经常会受到氧化、燃烧、水泡及灭火人员的破坏，所提取的样品往往会受到污染。

并且火场中大部分助燃剂易挥发，在火场高温的环境中，大多数属于痕量级的残留物，很难找到，给火灾物证的正确检验带来相当大的困难。

目前，对金属材料在高温及传统腐蚀气氛环境中已进行多年研究，其氧化行为和机理较为清楚。

而在火场环境气氛中，金属材料所处的环境为高温助燃剂气态组分与燃烧产物的混合气体。

在燃烧条件下，尽管大部分易燃物的燃烧产物气氛相同，但不同火场中助燃剂种类不同，且在混合气体中的分压也不一样，可以预想材料的高温氧化行为将与空气中有显著差别。

采用本课题建立的燃烧环境气氛模拟装置，可模拟不同液体燃料、不同燃烧条件下的燃烧环境气氛。

并通过对燃烧环境气体收集器中的气体成分分析，来确定燃烧环境中主要的气体成分。

使用模拟火场燃烧实验装置进行高温氧化实验。

该实验装置可依据燃烧环境中主要的气体分压研究结果配制混合气体，通过对金属在不同燃烧气氛（不同成分和分压下）中的高温氧化行为和机理的研究，建立不同环境气氛与氧化膜生长热力学/动力学之间的定性-定量关系，揭示高温气氛中燃料油的存在，对金属材料的高温氧化动力学、氧化膜结构及合金体系扩散特征的影响机理。

系统分析基体材料和表面氧化物的性质，探索不同金属材料在多氧化剂环境中的复杂氧化行为，丰富金属材料的高温氧化理论，以发展新型防火材料和建立材料在火场中的产物评估方法，并为之提供理论和技术依据。

通过对金属/合金在不同燃烧气氛环境中高温氧化行为的研究，建立这一特定条件下氧化膜生长热力学/动力学之间的定性-定量关系，揭示多氧化剂环境气氛对合金体系扩散特征的影响机理，得到基体材料和表面氧化物的性质，表征金属材料中各组元与高温氧化性能之间的关系。

澄清助燃剂的存在与金属材料高温氧化行为的依赖关系，以发展新型防火材料和建立材料在火场中的产物评估方法。创新点主要是第一、不同助燃剂火场燃烧环境气氛特征的精确标定。

申请人建立的火场环境气氛模拟装置可模拟不同助燃剂、不同燃烧效率及干扰物条件下的火场环境气氛，并可对火场环境气体成分及温度进行精确分析。使用该装置可对助燃剂的燃烧速率、环境温度及燃烧气氛中的CO2、水蒸气、助燃剂气体等浓度的变化规律，以及烟气与环境压力之间的关系等进行创新性研究。

第二、不同C、O、H组分气体单独及协同作用条件下，金属表面氧化膜的形成机制。

申请人所建立的火场环境高温氧化实验装置可模拟不同助燃剂、不同燃烧效率、不同环境温度的火场条件，样品可进行实时监测。结合相关分析测试手段可对氧化物及氧化物／金属基体界面区的横断面微观结构、氧化膜缺陷的形成及破裂机制等进行探索性的研究。

揭示多氧化剂环境气氛对金属体系扩散特征的影响机理，并建立与氧化膜力学性质之间的定性-定量关系，澄清助燃剂的存在对金属材料高温氧化/腐蚀行为的影响，以建立基于火灾后金属材料表面产物分析的助燃剂检验鉴定新方法。

第三、揭示了多氧化剂环境气氛对金属体系扩散特征的影响机理，并建立与氧化膜力学性质之间的定性-定量关系，澄清助燃剂的存在对金属材料高温氧化/腐蚀行为的影响，建立了基于火灾后金属材料表面产物分析的助燃剂检验鉴定的新理论。

该项目通过所建立的助燃剂火场燃烧气氛模拟装置工程样机，揭示了助燃剂存在条件下，金属的高温氧化动力学及氧化膜结构特征的影响机理，澄清了其表面反应产物与助燃剂的内在联系;建立了材料在火场中的产物评估方法，其成果已对火灾现场残留物检验鉴定的研究产生了巨大的指导意义。

但目前还需对燃烧过程中不同燃料、燃烧条件、温度等的精确控制，还要对耐热合金的高温氧化行为如蜕化反应历程，针对材料对火场环境的敏感性，建立金属材料氧化原则，仍需对特殊环境中金属氧化的动力学机制进行研究。