衰減全反射紅外光譜（ATR）在橡膠物證分析中的應(yīng)用研究

趙蘇艷

（吉林警察學(xué)院實(shí)驗(yàn)技術(shù)中心，吉林 長(zhǎng)春 130117）

橡膠同塑料、纖維并稱三大合成材料，是一類高彈性有機(jī)高分子化合物，是構(gòu)成輪胎的主要原料。當(dāng)今社會(huì)交通事故頻發(fā)，事故現(xiàn)場(chǎng)常會(huì)留有汽車輪胎由于摩擦而脫落的汽車輪胎橡膠顆粒。從案件分析角度看，這些橡膠顆粒是關(guān)鍵的現(xiàn)場(chǎng)物證和案件線索；從鑒定分析角度看，輪胎橡膠顆粒中存在有機(jī)官能團(tuán)，具有特征紅外吸收，通過比對(duì)紅外吸收光譜圖，可以確定現(xiàn)場(chǎng)遺留汽車輪胎與肇事逃逸車輛輪胎否為同一輪胎橡膠，為案件偵查和審理提供重要依據(jù)。

目前，橡膠的檢驗(yàn)方法有外觀檢驗(yàn)法、燃燒實(shí)驗(yàn)法、紅外光譜法[1-2]，裂解氣相色譜-質(zhì)譜法[3-5]（Py-GC/MS）、工業(yè)檢驗(yàn)法、掃描掃描電鏡-X射線/能譜法[6]（SEM-EDX法）、熱重法[7]等。其中紅外光譜法是分析聚合物材料的最佳選擇的技術(shù)[8]，本文采用衰減全反射ATR紅外光譜分析法測(cè)試輪胎橡膠，具有操作簡(jiǎn)單、無需特殊處理、不損耗樣品、靈敏度高、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)了實(shí)際辦案的需要。本文通過優(yōu)化測(cè)試條件，用衰減全反射法對(duì)不同類型輪胎橡膠物證進(jìn)行了比對(duì)檢驗(yàn)，研究分析了成分差異，為區(qū)分和檢驗(yàn)橡膠輪胎提供了參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

紅外光譜衰減全反射原理：紅外衰減全反射光譜是利用紅外光穿過高折射率晶體表面時(shí)生的衰減反射波得到的，當(dāng)衰減反射波被樣品吸收，即可得到樣品的吸收光譜。晶體材料如果是水平放置的被稱為水平衰減全反射，其反射次數(shù)都多于10次，我們使用的ATR即為水平衰減全反射。衰減全反射技術(shù)在測(cè)試過程中只需微量樣品，不需要對(duì)樣品進(jìn)行損壞，適合測(cè)試深顏色樣品、前期制樣復(fù)雜的樣品，或者對(duì)多層復(fù)合材料的表面進(jìn)行紅外光譜測(cè)試。見圖1。

圖1 水平多次衰減全反射

1.2 實(shí)驗(yàn)操作

1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

傅立葉紅外光譜儀（德國(guó)布魯克公司）；衰減全反射附件（ATR）。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)樣品

本文共收集了不同廠家不同品牌的黑色輪胎橡膠樣品7種，見樣品表。

表1 輪胎橡膠樣品Table 1 Samples of vehicle tire rubber

1.3 測(cè)試參數(shù)

分辨率：4cm-1

掃描次數(shù)：32次儀器掃描范圍：4000～6000cm-1，扣除H2O、CO2。

1.4 樣品處理

用手術(shù)刀片將輪胎胎面橡膠切出薄厚均勻的3個(gè)薄片，用干凈的棉棒沾取無水乙醇輕輕擦拭切好的薄片的兩面，而后將其浸泡在丙酮中5min，待溶劑蒸發(fā)、樣品干燥后備用。

1.5 實(shí)驗(yàn)步驟

1.5.1 樣品預(yù)處理及紅外光譜圖測(cè)定

1） 將紅外光譜儀（ATR） 按照儀器要求進(jìn)行調(diào)試，確保儀器穩(wěn)定。檢查信號(hào)，校準(zhǔn)光路，采集背景光譜；

2）將輪胎橡膠薄片放在水平ATR儀的鍺金屬表面上并壓平；

3）采集樣品的紅外光譜；

4）紅外光譜圖處理：對(duì)采集到的FTIR光譜圖進(jìn)行基線較準(zhǔn)和氣氛補(bǔ)償處理。

2 結(jié)果與討論

從紅外光譜看（圖1～圖7），圖1-7在2840cm-1、2919cm-1處均有兩個(gè)較強(qiáng)吸收峰，是橡膠中飽和烷基C-H的伸縮振動(dòng)吸收峰；1360～1470cm-1處的吸收峰為飽和烷基碳?xì)滏I的彎曲振動(dòng)吸收峰。3000～3100 cm-1處的吸收峰為苯環(huán)上C-H伸縮振動(dòng)，1592cm-1，1600cm-1的苯環(huán)骨架振動(dòng)，700-760cm-1的苯環(huán)上C-H面外變形振動(dòng)。結(jié)合資料調(diào)研，初步判斷各輪胎的主要化學(xué)成分為丁苯橡膠。除此之外，圖1～圖6各機(jī)動(dòng)車輪胎紅外光譜中均在1639cm-1和 1540cm-1處出現(xiàn)類似“羊角狀”特征峰，為酰胺譜帶特征峰，表明有少量蛋白質(zhì)存在，這是橡膠輪胎中混合有天然橡膠的體現(xiàn)。與圖1～圖6機(jī)動(dòng)車輪胎相比，非機(jī)動(dòng)車圖7則在1000～1600cm-1形成部分無規(guī)律的疊峰。在1000cm-1以下指紋區(qū)， 圖1～圖6紅外吸收峰極仍較為相似，圖7雖有部分吸收但并不明顯。

綜上，機(jī)動(dòng)車輪胎圖1～圖6的紅外吸收峰特征吸收峰位置較為接近，非機(jī)動(dòng)車輪胎圖7吸收峰較機(jī)動(dòng)車輪胎弱，與機(jī)動(dòng)車吸收有明顯差異。另外，同為機(jī)動(dòng)車輪胎，不同品牌的紅外吸收峰的強(qiáng)度和位置略有差別，這是因?yàn)殡m然主要成分一致，但各品牌由于制造工藝、有機(jī)助劑或填料不同，會(huì)使紅外光譜圖中特征峰的峰數(shù)、峰位、峰強(qiáng)產(chǎn)生位移或偏差，形成紅外譜圖的細(xì)微差別，因此，本文檢測(cè)的七種譜圖可作為對(duì)應(yīng)型號(hào)輪胎的參考比對(duì)譜圖。對(duì)未知樣品進(jìn)行紅外光譜圖測(cè)試時(shí)，可以通過比較標(biāo)準(zhǔn)譜圖，予以區(qū)分鑒別。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用傅立葉紅外衰減全反射（ATR）法對(duì)市面上不同廠家和品種輪胎橡膠樣品進(jìn)行了檢測(cè)，無需復(fù)雜樣品前處理過程，操作簡(jiǎn)便，在微量物證上屬于無損檢驗(yàn)，適用于輪胎橡膠擦劃痕跡和微小顆粒的檢測(cè)，具有較好的實(shí)用價(jià)值。同時(shí)，本文對(duì)不同類型輪胎橡膠物證進(jìn)行了比對(duì)檢驗(yàn)，研究分析了成分差異，為區(qū)分和檢驗(yàn)橡膠輪胎提供了參考。在具體實(shí)踐中，該方法可以幫助提高工作效率，排除嫌疑車輛。但在具體案件中，仍必須結(jié)合調(diào)查走訪、監(jiān)控影像等其他證據(jù)予以綜合判斷。

圖1 固特異輪胎

圖2 錦湖輪胎

圖3 鄧祿普輪胎

圖4 萬力輪胎

圖5 佳通輪胎

圖6 馬牌輪胎

圖7 自行車輪胎