红外光谱法分析黑火药、烟火剂中无机盐成分

刑侦技术^^
红外光谱法分析
黑火药、烟火剂中无机盐成分
何宁赵鹏程姚丽娟中国刑事警察学院
摘要：目的建立了一种黑火药、烟火剂及其爆炸残留物的快速检验方法。

方法该法利用傅里叶红外光谱对黑火药、烟火 剂及其爆炸残留物中的含氧酸盐成分进行分析。

结果得到了黑火药、烟火剂及其爆炸残留物中涉及到的硝酸盐、硫酸盐、氯酸钾、高氯酸神等标准样品的红外特征谱图，确定了特征吸收峰位。

通过对黑火药、烟火剂及其爆炸残 留物中硝酸钾、高氯酸钾的检验，验证了方法的可行性，并在一起涉爆案件中得到了应用。

结论表明红外光谱法 对黑火药、烟火剂及其爆炸残留物中的含氧酸盐成分能做出有效鉴别。

关键词：黑火药敝剂砂卜光谱法
引言
近年来，爆炸及非法制造、运输、储存炸药的案件在 全国各地时有发生，严重危害了人民群众的生命财产安全，给社会稳定造成了极大的危害。

随着我国对炸药的管制越来 越严格，犯罪嫌疑人已经很难获得TNT、RDX、等有 机猛炸药，而黑火药与烟火剂是制作烟花爆竹的主要原料，容易制造和获取，在涉爆案件中经常出现[1]。

黑火药的主要 成傾硝酸钾、硫横、核，烟火剂的主要成媚高氯酸钾 (氯酸钾）、错粉、镁粉等。

黑火药爆炸后，残留物通常含 有硝酸钾、硫酸钾等成分。

烟火剂爆炸后，残留物中通常含 有高氯酸钟（氯酸钾）成分。

目前，公安机关对这类无机炸 药及其残留物的检验还主要是采用化学法H、扫描电镜-能 谱法'拉曼光谱法'离子色谱法p l和X射线衍射法财。

化 学方法灵敏度低，干扰因素较多，检出结果可靠性不高。

扫 描电镜-能谱法只能检出残留物中的元素成分，无法对离子 做出判断〇X射线衍射仪、拉曼光谱仪在公安行业普及程度 不高，实践中应用较少。

离子色谱法分析速度相对较慢、仪 器设备昂贵、维护成本高，广泛使用还受到许多限制。

红外 光鶴分子振动光谱，在振动中伴随有偶磁巨变化的基团都 可以产生红外吸收，H20、C0、氧化物、无机盐中的复杂 阴离子、配位化合物等也符合产生红外光谱的基本条件。

傅 里叶变换红外光谱仪（FTIR)在公安行业应用较广泛，FTIR法具有样品前处理简单、分析速度快、仪器操作简便' 维护费用低銳适合对爆炸残留物中錄酸根离子进行快速检测卜' 更贴近于基层公安机关的实战需求。

本文利 用FTIFi法对黑火药及烟火剂中的KN03、KCI03、甿丨04等相关无机盐类及其残留物进行了分析和tb S,确定了相关无机
酸根离子的红外光谱特征吸收峰，为相关检验方法在实践中
的可行性提供了实验依据。

—'实验部分
(-)实綱料
KN03、Pb(N03)2、陣03)2、NH4N03、（NH4)2S04、
K^、KCI〇3'KCI04均为分雛；市购娃哈獅净水；黑
火药样品、烟火剂样品由办案单位提供。

(二） 仪器細牛
NICOLET5700傅立叶变换红外光谱仪；KBi•压片，分
辨率4cnr1,扫描次数16,扫描范围4000cm-1~400cm-1。

(三） 实验过程
1■标准物质分析
分别取KN03、Pb(N03)2、Ba(N03)2、NH4N03、
(NH4)2S04、k s c v KCI03、KCI04、叫04与_3混合样
品，进行FT IF i分析。

2■黑火药与烟火剂分析
取0.02g黑火药，研磨后放入试管，加入1ml纯净水，
浸泡振荡，过膜。

将几滴液体滴在载玻片上，置于红外灯下
烤干，然后用刀片刮取结晶，进行FTIR分析。

取0.02g烟火剂，做相同处理。

3.残留物分析
取0.2g黑火药样品，在坩埚中点燃后，将残留物收集
至试管中，加入1ml纯净水，浸泡振荡，过膜。

将几滴液体
滴在载玻片上，置于红外灯下烤干，用刀片刮取晶体，进行
FTIR分析。

〇丨1〇66〇1111〇丨〇972018年第5期51
&_刑侦技术
取0.2g 烟火剂样品，做相同处理。

二、结果与讨论
(—1标准样品中含氧酸盐的FTIR 分析
1 ■硝雜特征吸收
咖03作为黑火药中的氧化剂，是确定黑火药及其残留 物的重要组分。

文中对4种硝H 盐样品进行了叮丨吩析，确 定了N 03_特征吸收峰。

从图1可以看出，N 03_有4个红外特 征吸收峰，其振动频率分别在2400cnr 1、1765cm _1、 1380crrf 1和825crrT 1附近。

其中1380O T T 1为反对称伸缩振动 吸收峰，其峰形较宽，吸收强度最大（见图1-A )。

在
Pb (N 03)2、Ba (N 03)2中，由于高价阳离子的存在，使硝酸根
偏离正三角形，其特征振动吸收峰1380cnr 1容易发生分裂 (见图1-B 、C )。

NH 4N 03在1400cm _1处吸收峰为NH 4+的 振动吸收，该峰与1^03_在1380〇71_1处吸收峰发生重叠而变 宽（见图1-D )。

图1 4种硝酸盐的F T IR 分析
2. 特征吸收
黑火药发生爆炸或燃烧后，残留物中有KCCV 等物质（SC +S S +IOKNO ^I ^SCV ^K ^O s+e C C V H 5N 2) [121。

所以，本文对&804样品进行了F TIR 分析，从图2 可以看出，S 042_有两个特征吸收峰，分别在1128cnT 1、
图2两种硫酸盐的F T IR 分析
3■氯酸盐和高氯酸盐特征吸收
烟火剂中氧化剂成分为1<〇03或KCI 04，本文分别对 这两种样品进行了FTIR 分析。

从图3可以看出，KCICVt
5个特征吸收峰，其振动频率分别在1904cm _1、970cm _1、 940cm _1、622cm _1 和489cm _1 附近，其中970cm _1 是图中最 强吸收峰。

KCICVt 3个特征吸收峰，其振动频率分别在 1110crTf 1、940crrf 1 和627crrr 1 附近，在 1110crrf 1 左右存在 两个肩峰，分别在1140crrf 1和1090crrT 1,峰形宽、吸收强 度大，可作为鉴定KCI 〇4的重要依据。

k q o 3
图3 kcio ^kcio 4kftir 分析
(二 > 黑火药与烟火剂的FTIR 分析
在基本确定了黑火药和烟火药中常见无机盐的红外特 征吸收峰后，本奴实际案件中收缴的默药和烟火剂样品 进行了FTIR 分析。

对上文中所得晶体的分析结果表明，黑 火药水提取液中重结晶样品的特征吸收峰为2400cm _1、 1765crrT 1、1380cm _1和825cm _1,这与咖03样品的特征吸 收峰一一对应（见图4 )。

因此，可以采用本文的方法对黑 火药样品中氧化剂KN 03成分进行提取和定性分析。

图4黑火药和K N C ^
F T IR 分析
烟火剂特征吸收峰为111〇crrT 1、940crrT 1和627crrf 1,
这与《0104样品的特征吸收峰吻合，可以采用本文的方法对 黑火药样品中氧化剂KCI 04成诚行挪和定性分析（见图
Pyrotechnic composition
图5烟火剂和1<〇丨04的1^旧分析
52 I 警親涿3 2018年第
5期
5 )。

由于国家对们03样品管制严格，烟花生产厂家普遍 选择KCI04作为烟火剂中的氧化剂成分。

然而，仍然有一些 生产者选择如103非法制造烟花爆竹产品，所以对于kcio3的检验依然有实际意义。

(三）黑火药与烟火剂燃烧残留物的F T1R分析
黑火药和烟火剂在发生爆炸或燃烧后，在其残留物中 依然可以检出无机盐类的原料成分，本文对燃烧后的黑火药 和烟火剂残留物成诚行了分析。

在残留中，除了有没有完 全反应的KN03,_般还可能有燃烧反应产物，所以 残留物的红外光谱图中吸收峰比纯咖03样品多。

为了验证 上述结果，本文对咖〇3与《2304混合样品进行了红外光谱 分析，所得红外光谱显示，其特征吸收峰为1380cm_1、1128crrf1、825crrr1和625crrr1,这与黑火药燃烧后残留物 的特征吸收峰相吻合，可以确定黑火药燃烧后残留物中含有 5肖酸盐与硫酸盐（见图6)。

图6 K N03,KS04,K N03+KS0JP残留物 1的F T IR分析
KCI04的特征吸收在 1110crrT1、940crrT1和627crrT1附 近，烟火剂燃纖留物的红外谱图中出现与KCI04的特征一 致的吸收峰（见图7 ),所以可以确定烟火剂燃烧S残留物 中含有KCI04〇
图7 KCIOjn残留物2的F T IR分析
三'案例应用
2017年10月中旬，某地警方将_伙涉案嫌疑人抓获，当场缴获疑彳以爆炸物4枚，要求检验其主要成分是否为烟火 剂。

本实验室按照上述方法，取少量检材用纯净水提取后过 膜，将提取液滴在载玻片上置于红外灯下烘干，取析出的晶体进行傅立叶变换红外光谱分析。

四个检材的红外光谱图上
吸收峰与KCI04、Ba(N03)2的红外光谱特征吸收峰峰位对应
相同（见图8),推断这四个检材中含有这两种成分。

四'结语
应用FTIR法能够实现对黑火药、烟火剂及其残留物中
硝酸钾、高氯酸钾、硫酸钾等成分的快速分析，这对于公
安实践工作很有意义。

但是，在实际的爆炸尘土中可能存
在来自土壤中无机成分的干扰，是否会对上述特征物质的
识别产生影响，还需要做进一步的研究。

在本文的基础
上，还可以通过测定各类无机含氧酸盐以及它们混合物的
红外谱图，归纳总结它们的特征峰以及相互干扰情况，做
进一步的深入研究。

IS
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