X射線熒光光譜法檢驗轎車車燈燈罩的研究

王凌云，姜 紅

(中國人民公安大學 刑事科學技術學院，北京 100038)

0 前言

近年來，隨著我國交通行業(yè)的發(fā)展，汽車數(shù)量迅猛增加，交通事故也逐漸增多。車燈燈罩位于汽車前部，面積較大，易受撞擊而破碎，在交通肇事現(xiàn)場出現(xiàn)概率較高。通過對交通逃逸案件現(xiàn)場提取到的微量車燈燈罩碎片殘渣，可以推斷車輛的品牌及系列，為偵破案件指明方向，加快案件偵破速度。

目前，汽車車燈燈罩的材料主要分為三大類：聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)[1]。PC是一種強韌的熱塑性樹脂，以雙酚A和氧氯化碳(COCl2)為原料合成。PC是一種良好的車燈燈罩材料，其硬度高，能承受大強度的撞擊，適用于生產(chǎn)各種類型車輛的零部件[2]。PS結構特殊，側基有體積較大的苯環(huán)無規(guī)則排列，提高了PS的透明度和剛度，是良好的絕緣材料，可以制作各種外殼、燈罩。PMMA光學性能優(yōu)良，比一般的玻璃材料透光率高，且質量輕、耐腐蝕、耐老化、耐高溫、絕緣性良好，在汽車車燈燈罩的制造上應用廣泛。

目前，對車燈燈罩的檢驗方法，主要有紅外光譜法[2]、拉曼光譜法[3]等。這些方法都旨在研究車燈燈罩的有機材料，并未對車燈燈罩內的填料成分進行研究。筆者采用X射線熒光光譜法(XRF)對收集到的轎車車燈燈罩樣品的元素成分進行檢驗，從而達到區(qū)分目的。XRF應用廣泛，如測定土壤中的重金屬含量[4]，測定污水中的重金屬含量[5]，檢驗橡膠鞋底、黑色塑料袋和塑料飲料瓶[6-8]等，X射線熒光光譜儀不僅可以準確地篩選大量樣品，不需要繁瑣的預處理，無論被測樣品是固體、液體還是粉末，都可以直接測量，而且檢驗時間短，可以現(xiàn)場實時獲得元素信息，便于及時決策[9]。

1 實驗儀器及樣品

1.1 實驗儀器及實驗條件

X-MET7000手持式X射線熒光光譜儀,英國牛津公司生產(chǎn)。Rh陽極靶,電壓40 kV,電流60 mA。

1.2 實驗樣品

轎車車燈燈罩樣品30個(樣品表略)。

2 實驗方法

2.1 最佳測試時間的優(yōu)選

隨機選取1號樣品(寶馬X7車燈燈罩)，用X射線熒光光譜儀進行最佳測試時間的優(yōu)選，測定時間依次為30 s、60 s、90 s、120 s。

2.2 重現(xiàn)性實驗

隨機選取30號樣品(豐田皇冠轎車車燈燈罩)，在上述實驗條件下，用X射線熒光光譜儀進行8次重復性實驗，每次測定時間為優(yōu)選出的最佳時間。

2.3 XRF檢驗

取車燈燈罩樣本尺寸約為15 mm×15 mm，沖洗表面塵土后用酒精棉擦拭干凈，放置于儀器特殊的置物板上，將手持式X射線熒光光譜儀的檢驗口置于樣品上進行檢驗，每個樣本需測定3次，取其平均值防止實驗誤差。

3 結果與討論

3.1 優(yōu)選最佳時間

在上述實驗條件下，取1號樣品，依次調整X射線熒光光譜儀的測試時間為30 s、60 s、90 s、120 s，測定結果見表1。

表1 轎車車燈燈罩不同檢驗時間的XRF結果

由表1可以看出：如果測試時間較短，實驗數(shù)據(jù)較不穩(wěn)定，部分元素含量未達到峰值；而當測試時間較長時，因為取樣點增多，數(shù)據(jù)大量累加，部分元素含量出現(xiàn)波動。所以在實驗中既需要等待長時間的取樣，也要確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定，有利于提高實驗結果的準確度。綜合各項因素，優(yōu)選出的最佳時間為60 s。

3.2 重現(xiàn)性實驗

在上述實驗條件下，取30號樣品重復測定8次(見表2)。根據(jù)測定結果分別計算不同元素的相對標準偏差(見表3)。由表2、表3可以看出:同一元素含量的8次測定結果間差距很小，其相對標準偏差均小于10%。采用該方法對轎車車燈燈罩樣品進行檢驗，選取樣品均勻,誤差較小，實驗結果準確可靠。

表2 轎車車燈燈罩重現(xiàn)性實驗的XRF結果

表3 重現(xiàn)性實驗結果的偏差計算

3.3 XRF檢驗

通過分析XRF測定結果，發(fā)現(xiàn)30個轎車車燈燈罩樣品所含常量元素最多有5種，最少有2種(見表4)。

表4 轎車車燈燈罩的XRF結果

根據(jù)所含元素種類和含量的不同，先將30個轎車車燈燈罩樣品進行分組,再根據(jù)同組樣品中元素含量的相對比值的不同，進行比較區(qū)分。

首先，以樣品中是否含有Cl元素將30個樣品分成兩大組。其次，根據(jù)樣品中是否含有Ca元素，再將其分為四組。最后，根據(jù)Fe和Sn兩種元素的含量多少，將樣品分為八組，分組結果見圖1(其中“+”表示含有該元素，“-”代表不含該元素；方框中數(shù)字代表樣品編號)。

圖1 轎車車燈燈罩的分組結果

不同的生產(chǎn)廠家根據(jù)不同系列轎車的生產(chǎn)要求，在車燈燈罩加工過程中會添加不同的填料。汽車燈具的常用填料主要有著色劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑、阻燃劑等。車燈燈罩樣品中Ca元素主要來源于碳酸鈣，碳酸鈣可以提高其硬度、剛性和耐熱性。Cl元素可能來源于光氣法合成的車燈燈罩材料PC，也可能來源于燈罩填料中的鹵系阻燃劑。Fe、Sn元素主要來源于鐵鹽和有機錫等穩(wěn)定劑，穩(wěn)定劑對提高車燈燈罩的穩(wěn)定性、耐降解性有很大作用。9號樣品較為特殊，含有Cd元素。Cd元素來源于一種穩(wěn)定性能好、價格便宜、有效的鎘鹽熱穩(wěn)定劑。

對同一組中的樣品，可以根據(jù)元素含量的比值的不同做進一步的區(qū)分。以既含Cl又含Ca,且w(Fe)>w(Sn)的這一組為例，包括1號、3號、5號、30號四個樣品(結果見表5)。

表5 元素質量分數(shù)的比值

由表5可以看出：1號、3號、5號、30號樣品中，w(Sn)/w(Ca)及w(Fe)/w(Ca)區(qū)別都較大，可以將其區(qū)分開來。其他各組的樣品也可以依據(jù)此方法進行區(qū)分。既不含Cl又不含Ca,且w(Fe)>w(Sn)的這一組由于樣品數(shù)量較多，僅通過XRF檢驗可能并不能完全區(qū)分，還需要結合其他方法，進行進一步的實驗。

4 結語

實驗結果表明，利用XRF分析樣品中所含元素的種類及含量，能夠將不同品牌、同一品牌不同系列的轎車車燈燈罩區(qū)分開來。不同品牌、不同系列的轎車車燈燈罩所含元素可能相同，但元素配比不一定相同,可以通過各元素含量的比值進行區(qū)分。在交通逃逸案件現(xiàn)場提取到可疑車燈燈罩碎片后，通過檢驗分析,可以推斷車輛品牌及系列，為偵破案件提供線索。