傅里葉變換紅外光譜法檢驗EPS泡沫塑料的研究

王劍俠，姜 紅，張曉璐

(中國人民公安大學(xué) 刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100038)

傅里葉變換紅外光譜法檢驗EPS泡沫塑料的研究

王劍俠，姜 紅，張曉璐

(中國人民公安大學(xué) 刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100038)

此次實驗是為犯罪案件偵查等公安工作提供一種對EPS泡沫塑料快速、無損的檢驗方法。利用傅里葉紅外光譜儀，采用Smart Performer采樣器，對30個不同廠家以及同一廠家不同用途的EPS泡沫塑料樣本進行分析檢驗。依據(jù)紅外光譜圖中吸收峰的不同，可以將EPS泡沫塑料樣本加以區(qū)分。該檢驗方法操作簡便快捷，結(jié)果準(zhǔn)確可靠且無損檢材，可用于公安基層實際辦案。

傅里葉變換紅外光譜法； EPS泡沫塑料； Smart Performer采樣器； 比較； 分析

Abstract：The experiment is to provide a quick and nondestructive testing method about expandable polystyrene foamed plastics EPS for the public security work in criminal investigation.Fourier transform infrared spectroscopy and Smart Performance sampling were used to examine and analyze the 30 kinds of EPS made from different manufacturers and from the same factory.According to different absorption peaks of infrared spectra,EPS foamed plastics samples can be distinguished.This method is simple,rapid,accurate and reliable,which can be used in the actual investigation of the police.

Keywords：Fourier transform infrared spectrometer； expandable polystyrene foamed plastics； Smart Performer sampler； comparative； analysis

0 前言

EPS泡沫塑料即可發(fā)性聚苯乙烯泡沫塑料，是以聚苯乙烯為主要成分并加入發(fā)泡劑等填料，采用發(fā)泡工藝制成的一種高分子材料。其內(nèi)部有無數(shù)閉孔型氣體微孔，緩沖性能優(yōu)異，易于模塑成型，溫度適應(yīng)性強，是目前使用最多的一種緩沖、保溫材料?？砂l(fā)性聚苯乙烯泡沫塑料大量用于建筑業(yè)[1]，也常用于包裝各種家用電器、精密儀器、玻璃、陶瓷制品和美術(shù)工藝等產(chǎn)品，制成的泡沫箱還可配合冰袋用于長距離冷藏運輸。這種白色的塑料泡沫在日常生活中常見，多見于各種電器銷售廠家、廢品回收站和新裝修的房屋等場所。但由于EPS泡沫塑料耐老化、抗腐蝕[2]，大量廢料會造成環(huán)境污染，所以目前生產(chǎn)和使用該材料的主要是已注冊登記的企業(yè)(部分是一些小工廠)。因此，可以對犯罪現(xiàn)場、拋尸現(xiàn)場遺留的可疑EPS泡沫塑料進行檢驗鑒定并進行分析比較，推斷生產(chǎn)和使用的廠家，進而利用購買、銷售的記錄，為犯罪偵查提供線索,指明方向。

目前，檢驗塑料的方法有很多，如：熱分析法、紅外光譜法、裂解氣相色譜法、薄層色譜法、X射線熒光光譜法等。本文利用傅里葉變換紅外光譜法對30個EPS泡沫塑料樣品進行分析檢驗，實驗結(jié)果準(zhǔn)確可靠，重現(xiàn)性好，且不破壞檢材[3]。

1 實驗儀器和樣本

1.1實驗儀器和測定參數(shù)

傅立葉變換紅外光譜(FTIR)儀：Nicolet 6700，美國賽默飛世爾公司；

Smart Performer采樣器：美國賽默飛世公司。

測定參數(shù)：掃描次數(shù)為32次；波數(shù)范圍為4 000～600 cm-1；分辨率為4 cm-1。

1.2實驗試劑

無水乙醇：分析純，北京化工廠。

1.3實驗樣本

不同廠家以及同一廠家不同用途的EPS泡沫塑料樣本30個，見表1。

表1 EPS泡沫塑料樣本

2 實驗過程

2.1實驗方法

利用反射法進行檢驗。在EPS泡沫塑料樣本的內(nèi)部無污染區(qū)域用裁紙刀裁取面積為0.5 cm×0.5 cm的樣品，置于Smart Performer采樣器上，擰緊探頭至刻度4，采集樣本譜圖。

2.2 EPS泡沫塑料樣本的紅外光譜檢驗分析

根據(jù)不同樣本的紅外光譜圖中譜帶的數(shù)目、位置、形狀和強度等因素的不同對其加以區(qū)分。

(1) 對所有樣本進行紅外光譜分析。

(2) 對不同廠家使用的EPS泡沫塑料樣本進行紅外光譜分析和比較。

(3) 對同一廠家不同用途的EPS泡沫塑料樣本進行紅外光譜分析和比較。

2.3最小檢出量實驗

選擇21#樣本(佰味魔)，用手術(shù)刀分別裁取面積為1.0 cm×1.0 cm、0.8 cm×0.8 cm、0.5 cm×0.5 cm、0.3 cm×0.3 cm、0.2 cm×0.2 cm的5塊不同大小的樣品檢材，并分別對其進行紅外光譜檢測。

2.4重現(xiàn)性實驗

選擇23#樣本(冠雅)，剪取一塊面積為0.5 cm×0.5 cm的樣品，利用反射法，在相同檢測條件下重復(fù)測定5次。

3 結(jié)果與討論

3.1傅里葉變換紅外光譜法檢驗EPS泡沫塑料的理論依據(jù)

實驗中收集的樣本均為日常生活中常用的EPS泡沫塑料，其原料的基本成分均為聚苯乙烯樹脂，各自加入不同組成和配比的發(fā)泡劑，制成可發(fā)性聚苯乙烯珠粒(或先制成聚苯乙烯顆粒再加入發(fā)泡劑發(fā)泡成型)再模塑成型[4]?？砂l(fā)性聚苯乙烯因生產(chǎn)廠家不同,所用的發(fā)泡劑種類可能不同，并且各廠家使用的生產(chǎn)設(shè)備和發(fā)泡助劑等因素也會導(dǎo)致成品存在諸多差異。而同一廠家生產(chǎn)的用于不同商品包裝的EPS泡沫塑料，其原料種類可能相同但因配比不同，其密度、含水量[5]也可能存在一定的差異。

3.2所有樣本的紅外譜圖分析

本次實驗所收集的樣本均為EPS泡沫塑料，所以經(jīng)傅里葉變換紅外光譜儀檢測所得的譜圖大致相同，一些主要峰位和峰形在所有樣本譜圖中均有體現(xiàn)，實驗中選擇22#(藝美)樣本的紅外光譜圖作為代表(見圖1)。所有譜圖經(jīng)過譜圖檢索后得出的匹配結(jié)果相同，均為Polystyrene(聚苯乙烯)，匹配度范圍為60%～90%。通過對所有樣本的紅外光譜圖進行分析比較后，發(fā)現(xiàn)這些EPS泡沫塑料樣品檢出結(jié)果還是存在一定的差別的?？梢栽跇颖咀V圖的800～1 000 cm-1、1 500～1 800 cm-1、2 800～3 100 cm-1和3 500～3 950 cm-1這4個區(qū)域內(nèi)進行分析，進而對其加以區(qū)分，并判斷樣本中添加的不同發(fā)泡劑、助劑等。

3.3不同廠家樣本的紅外光譜分析

圖1 22#樣本(藝美)的紅外光譜圖

圖2 21#樣本(佰味魔)的紅外光譜圖

以3#樣本(櫻花帝王)為例的這一類樣本在800～1 000 cm-1的頻率范圍內(nèi)吸收峰差異性表現(xiàn)明顯(見圖3)。在圖3中，976 cm-1和951 cm-1兩處是分別由SO42-對稱伸縮和PO43-對稱伸縮形成的弱吸收峰，說明該樣本中添加了含有硫酸的表面活性劑以及含有磷酸的樹脂硬化劑[4]。937 cm-1處吸收峰是羧酸中COH面外彎曲振動形成的吸收峰，推測該樣本中加有聚丙烯酸PAA有機助劑或者是含有羧酸的表面活性劑。878 cm-1是由碳酸根CO32-面外彎曲振動形成的吸收峰，應(yīng)該是該泡沫塑料生產(chǎn)過程中加有CaCO3[7]。850 cm-1以及827 cm-1兩處是有機硅Si—C伸縮振動形成的吸收峰，這說明該樣本生產(chǎn)過程中加入了滑石粉[6]。810 cm-1處是磺酸酯R1—SO2—OR2中C—S—O反對稱伸縮振動形成的吸收峰，表明加入了二丁基萘磺酸鈉表面活化劑[4]。所以，此類樣本的生產(chǎn)廠家在制造過程中相比其他廠家還添加了滑石粉、表面活性劑和樹脂硬化劑。

圖3 3#樣本(櫻花帝王)的紅外光譜圖

前兩類EPS泡沫塑料樣本在1 580～1 700 cm-1和3 500～3 950 cm-1兩個區(qū)域內(nèi)大多存在一系列低強度、多位置的弱吸收峰，分別是泡沫塑料樣本中的結(jié)晶水H2O變角振動和氣態(tài)H2O振-轉(zhuǎn)所形成的特征吸收峰。而第三類樣本的紅外譜圖在1 580～1 700 cm-1和3 500～3 950 cm-1內(nèi)幾乎沒有吸收峰或者僅有少數(shù)弱吸收峰存在，典型代表為17#樣本(蘇泊爾)，如圖4所示。這說明所有實驗樣本中有一部分EPS泡沫塑料中含水量很少，這些泡沫塑料樣本在其生產(chǎn)過程中水的添料配比較小，或制造工藝令水大量蒸發(fā)。因此根據(jù)檢材中H2O特征吸收峰的檢出結(jié)果也可對部分不同廠家的樣本進行區(qū)分。

圖4 17#樣本(蘇泊爾)紅外光譜圖

3.4同一廠家的不同型號商品樣本的紅外光譜分析

圖5 櫻花帝王不同型號電器所用EPS泡沫塑料紅外譜圖比較

3.5最小檢出量實驗

對21#樣本(佰味魔)中不同面積的5個樣品進行測定。實驗結(jié)果顯示，當(dāng)檢測樣品的面積為0.2 cm×0.2 cm時，譜圖吸收峰開始發(fā)生較大變化。因此該實驗中樣品最小檢出量為0.3 cm×0.3 cm。

3.6重現(xiàn)性實驗結(jié)果

對23#樣本(冠雅)在相同條件下重復(fù)測定5次。5次測定的紅外光譜吸收峰的峰數(shù)、峰位和峰形基本一致(見圖6)，峰值相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均不超過1%，表明使用傅里葉變換紅外光譜儀檢驗EPS泡沫塑料的方法重現(xiàn)性很好。

圖6 23#(冠雅)樣本的重現(xiàn)性實驗紅外光譜圖

4 結(jié)論

本文利用傅里葉變換紅外光譜法對30個不同廠家以及同一廠家不同用途的EPS泡沫塑料樣本進行分析檢驗，實驗結(jié)果表明，可從譜圖的800～1 000 cm-1、1 500～1 800 cm-1、2 800～3 100 cm-1和3 500～3 950 cm-1這4個區(qū)域內(nèi)進行分析比較而加以區(qū)分。不同廠家的EPS泡沫塑料添加的發(fā)泡劑、助劑有所不同，而同一廠家生產(chǎn)的不同用途的EPS泡沫塑料的添料配比可能不同。在刑事案件中發(fā)現(xiàn)可疑EPS泡沫塑料時，可利用傅里葉變換紅外光譜法進行檢驗，對檢材無損，檢驗快捷，結(jié)果可靠。

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ResearchofExpandablePolystyreneFoamedPlasticsbyFTIR

WANGJian-xia，JIANGHong，ZHANGXiao-lu

(School of Forensic Science,People’s Public Security University of China,Beijing 100038，China)

TQ 325.2

A

1009-5993(2017)03-0027-06

姜 紅(1963—)，女，碩士，教授，主要從事大學(xué)化學(xué)與微量物證分析的教學(xué)和研究工作。

2017-05-09)

王劍俠(1995—)，男，主要從事刑事技術(shù)研究。