紅外光譜法檢驗塑料拖鞋鞋底的研究

黃晗陽, 姜 紅

(中國人民公安大學, 北京 100038)

0 前言

塑料拖鞋是犯罪現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)的物證。犯罪分子作案時常因為摩擦碰撞而遺留下塑料拖鞋鞋底顆粒，其成分包含樹脂、助劑及填料等[1]。目前，法庭科學中檢驗塑料的方法很多，用來檢驗塑料拖鞋的方法主要有：掃描電鏡/能譜法[2]、X射線熒光光譜法[3]等。其中，利用紅外光譜法對樣品進行檢驗取得了令人滿意的實驗結(jié)果。

通過紅外光譜圖中吸收峰的峰數(shù)、峰位、峰形的不同以及不同吸收峰的相對峰高比可對不同廠家的塑料拖鞋樣品進行區(qū)分，為警方提供線索，幫助警方更加快速、準確地偵破案件。

1 實驗設(shè)計

1.1 實驗儀器及條件

實驗儀器：Nicolet-6700傅里葉變換紅外光譜儀(美國賽默飛世爾公司)、Smart Performer采樣器。

實驗條件：掃描次數(shù)為32；分辨率為4 cm-1；波數(shù)為4 000～600 cm-1。

1.2 實驗樣品

不同廠家、不同品牌、不同顏色的塑料拖鞋樣品53個(見表1)。

表1 塑料拖鞋樣品表

表1(續(xù))

2 實驗過程

2.1 實驗方法

將樣品剪成0.3 cm×0.3 cm的碎片，用酒精棉擦拭后,放置在Smart Performer采樣器中采用反射法進行檢驗。

2.2 重現(xiàn)性實驗

選取5號樣品剪取一塊0.3 cm×0.3 cm的檢材，利用反射法，于同一實驗條件下，采用紅外光譜法對同一樣品反復測定5次。

2.3 最小檢出量實驗

將5號樣品切成大小分別為1 cm×1 cm、0.5 cm×0.5 cm、0.4 cm×0.4 cm、0.3 cm×0.3 cm、 0.2 cm×0.2 cm的樣品碎塊，分別對其進行檢測。

2.4 紅外光譜法檢驗塑料拖鞋鞋底的可行性研究

從53個樣品中抽取5個不同品牌塑料拖鞋鞋底樣品(3號、4號、8號、9號、10號)，利用紅外光譜儀分別進行可行性檢驗。

3 結(jié)果與討論

3.1 重現(xiàn)性實驗結(jié)果

對5號樣品在相同條件下，測定5次，其紅外光譜圖中的吸收峰的峰數(shù)、峰位及峰強都大致相同(見圖1)。因此，決定使用這種方法對塑料拖鞋鞋底進行比較研究，以取得更為準確、客觀的實驗數(shù)據(jù)。

(a) 第1次

(c) 第3次

(d) 第4次

(e) 第5次

3.2 最小檢出量實驗結(jié)果

通過對5個大小不同的5號樣品進行實驗后可得出：當檢驗尺寸小于0.2 cm×0.2 cm時，獲得的紅外光譜圖有明顯變化；當檢驗尺寸大于等于0.3 cm×0.3 cm時，譜圖峰形基本一致。因此，可以確定使用紅外光譜法對塑料拖鞋鞋底進行檢測的最小檢出量為0.3 cm×0.3 cm。

3.3 可行性研究實驗結(jié)果

對5個不同樣品(3號、4號、8號、9號、10號)的紅外光譜圖進行比較分析可以發(fā)現(xiàn)，5個不同材質(zhì)樣品的紅外光譜圖在吸收峰的位置、高度和峰強上存在著顯著差別(見圖2)。證明利用傅里葉變換紅外光譜法檢驗塑料拖鞋鞋底是可行的，可以區(qū)分不同品牌、材質(zhì)的塑料拖鞋鞋底。

3.4 塑料拖鞋鞋底樣品的分類

目前，常見的塑料拖鞋鞋底主要成分為聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚苯乙烯等。不同的廠家會根據(jù)其生產(chǎn)的塑料拖鞋性能的不同，添加一些填料，起到降低成本、幫助改進塑料品質(zhì)并構(gòu)成塑料相關(guān)組分的作用。常用的填料主要有碳酸鈣、硫酸鋇和淀粉等。根據(jù)乙烯-醋酸乙烯酯共聚物與聚氯乙烯的光譜吸收峰的不同，可將塑料拖鞋鞋底分為兩大類(見表2)。

(a) 3號樣品

(b) 4號樣品

(c) 8號樣品

(d) 9號樣品

(e) 10號樣品

表2 樣品的分類結(jié)果

由表2可見：第I類乙烯-醋酸乙烯酯共聚物類[4](見圖3)，共14個樣品；第II類聚氯乙烯類(見圖4)，共39個樣品。

選取第Ⅰ類樣品中的1號(見圖5)、7號(見圖6)和47號(見圖7)樣品進行分析：7號樣品在3 336 cm-1附近出現(xiàn)寬強吸收峰，在877 cm-1附近出現(xiàn)吸收峰；47號樣品在1 016 cm-1附近出現(xiàn)強吸收峰；而1號樣品沒有上述兩個峰值。填料淀粉的光譜吸收峰為3 362 cm-1、1 153 cm-1、1 080 cm-1、1 023 cm-1、935 cm-1和574 cm-1；碳酸鈣的光譜吸收峰為873cm-1和850cm-1[5]；而在1 016 cm-1附近出現(xiàn)吸收峰為填料滑石粉中P—O鍵的伸縮振動吸收峰[6]。因此，可以根據(jù)填料的不同將第Ⅰ類樣品進一步分為3組(見表3)。

圖3 第 I類23號樣品的紅外光譜圖

圖4 第 II類6號樣品的紅外光譜圖

圖5 1號樣品的紅外光譜圖

圖6 7號樣品的紅外光譜圖

圖7 47號樣品的紅外光譜圖

表3 第Ⅰ類樣品的分組情況

由表3可見：第I-1組不含填料，共有3個樣品；第I-2組含有淀粉與碳酸鈣，共有5個樣品；第I-3組含有滑石粉，共有6個樣品。同樣，也可以根據(jù)填料的不同將第II類樣品進行分組。

在第I-2組中，各樣品的成分相似度較高，可以根據(jù)樣品相對峰高比的不同,將樣品進一步加以區(qū)分。以30號樣品為例，選取1 464 cm-1和1 023 cm-1兩處乙烯-醋酸乙烯酯共聚物與淀粉重疊區(qū)域吸收峰的相對強弱作為區(qū)分標準，峰高比H(1 461∶1 023)約為13∶5(見圖8)，據(jù)此可以進一步細化第I-2組中樣品的差異。

圖8 30號樣品的紅外光譜圖

3.5 不同品牌相近顏色的塑料拖鞋鞋底樣品分析

圖9 2號樣品的紅外光譜圖

圖10 6號樣品的紅外光譜圖

圖11 32號樣品的紅外光譜圖

雖然不同品牌的塑料拖鞋鞋底主要成分都與醋酸乙烯酯的吸收帶相符合，但因為助劑、填料等的用量并不完全一樣，因此產(chǎn)品的成分會有細微差別，可以利用紅外光譜儀加以區(qū)分。

3.6 同一品牌相近顏色的塑料拖鞋鞋底樣品的分析

選取30號、47號、49號3個同一品牌不同顏色的塑料拖鞋鞋底樣品進行分析比較，樣品的紅外光譜圖見圖12～圖14。

圖12 30號樣品的紅外光譜圖

圖13 47號樣品的紅外光譜圖

圖14 49號樣品的紅外光譜圖

由圖12～圖14可以看出：3個樣品在官能團區(qū)和指紋區(qū)的吸收峰的位置基本相近，說明同一個品牌相近顏色的塑料拖鞋鞋底的基本成分大致相同。紅外光譜儀主要用于檢測有機物，據(jù)此推測可能是因為同一品牌樣品使用的是無機顏料，為了進一步區(qū)分可采用掃描電鏡/能譜法或X射線熒光光譜法等方法。

4 結(jié)語

實驗結(jié)果表明，利用紅外光譜儀可以對53種不同的塑料拖鞋樣品根據(jù)塑料的成分不同分為兩大類：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物類和聚氯乙烯類。對于同一類樣品還可以根據(jù)填料的不同進行分組，而對每一組中的樣品可以根據(jù)其相對峰高比的不同進一步區(qū)分。該方法簡單、快速、準確，可以為民警破案提供重要線索，并且為定案提供確鑿的證據(jù)。