芻議文件材料分析中的化學(xué)計量學(xué)與光譜學(xué)

楊鑫 李彪

（中國刑事警察學(xué)院文件檢驗技術(shù)系，遼寧 沈陽110854）

1 關(guān)于化學(xué)計量學(xué)與光譜學(xué)

1.1 光譜學(xué)與化學(xué)計量學(xué)

化學(xué)計量學(xué)是一門將統(tǒng)計學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)運用到化學(xué)體系的測量與物質(zhì)的狀態(tài)之間聯(lián)系的學(xué)科。它能夠幫助實驗者在實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)測量等方面進(jìn)行科學(xué)分析和獲取有用信息。目前，化學(xué)計量學(xué)已經(jīng)在一些生活生產(chǎn)領(lǐng)域中得到應(yīng)用與發(fā)展。

光譜學(xué)則是一門研究物質(zhì)與電磁波之間相互作用關(guān)系，并且通過各類光譜圖像來反映這種相互關(guān)系的學(xué)科。根據(jù)光譜圖像，可以獲取物質(zhì)的內(nèi)部微觀信息與結(jié)構(gòu)信息。整個光譜學(xué)的發(fā)展已超過300年的歷史，從最早牛頓通過玻璃棱鏡將太陽光解析成從紅光到紫光的各種顏色的光譜，到目前根據(jù)不同的分類方式，已經(jīng)把光譜學(xué)細(xì)分成具體的分支學(xué)科內(nèi)容。

1.2 光譜學(xué)與化學(xué)計量學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前在分析化學(xué)中用到的儀器主要有紅外光譜儀、紫外可見光譜儀、質(zhì)譜儀、分光光度計、氣相色譜儀和高效液相色譜儀等。隨著計算機科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，化學(xué)計量學(xué)得到越來越多的應(yīng)用與發(fā)展，同時光譜學(xué)與其他相關(guān)學(xué)科聯(lián)系日趨緊密，基于光譜學(xué)與化學(xué)計量學(xué)的方法已經(jīng)在不同領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用。

2010年，劉江、陳興福等人對四川盆地麥冬種質(zhì)資源質(zhì)量使用了主成分分析法進(jìn)行綜合評價，通過獲取小麥種子組成成分的有效數(shù)據(jù)，并進(jìn)行主成分分析（PCA）處理，僅用幾個主成分變量綜合反映出全部原始變量的大部分信息，消除了多重共線性，使得最后的分類結(jié)果具有良好的可靠性。

2019年，張航、孫雪劍、戴曉愛等人應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)和去噪聲算法對煤炭產(chǎn)地進(jìn)行研究分析。近紅外光譜可以安全、無損、快速地得到高精度分析結(jié)果。

2019年，李茜云、郭明等人利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測料酒中的風(fēng)味物質(zhì)，建立料酒風(fēng)味物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)指紋圖譜。最后將所有料酒的色譜峰數(shù)據(jù)，依據(jù)主成分分析和聚類分析原理來分類，最終達(dá)到有效區(qū)分不同品牌料酒的目的。

2 光譜學(xué)結(jié)合化學(xué)計量學(xué)在文件檢驗鑒定領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

與傳統(tǒng)單一指標(biāo)的檢驗方法相比較，運用光譜學(xué)與化學(xué)計量學(xué)相結(jié)合的檢驗方法更加具有優(yōu)勢與深入挖掘的潛力。目前光譜分析法已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，利用光譜儀等儀器設(shè)備得到物質(zhì)成分的光譜圖像，不僅能夠?qū)ξ镔|(zhì)的組成結(jié)構(gòu)和成分的含量進(jìn)行定性分析與區(qū)分鑒別，還能夠直觀地顯示不同種類物質(zhì)或者同類物質(zhì)不同含量的區(qū)分效果，并且這是一種對檢材無損的方法。

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，利用化學(xué)計量學(xué)與光譜學(xué)的方法已經(jīng)在文件檢驗領(lǐng)域中解決了一些具體的問題，如：簽字筆油墨種類區(qū)分鑒別問題、添改文件檢驗問題、字跡相對形成時間的研究、簽名形成方式的種類區(qū)分等問題。2011年，連園園、李偉等人依據(jù)涂抹掩蓋字跡油墨物質(zhì)的同色異譜特征，利用可見光濾波型多光譜成像檢驗系統(tǒng)對黑色圓珠筆、藍(lán)色圓珠筆、黑色簽字筆和藍(lán)色簽字筆相互涂抹掩蓋形成的同種同色涂抹掩蓋樣本進(jìn)行檢驗分析，并且最后得到良好的區(qū)分鑒別和顯現(xiàn)效果。

2018年，王圣江根據(jù)激光能夠使印泥、印油等蓋印物質(zhì)激發(fā)出熒光的原理，利用文件儀對各類激光打印機字跡與印泥、印油的形成先后時間進(jìn)行檢驗，并且取得了明顯的區(qū)分效果。

2018年，魏顯峰等人對黑色簽字筆字跡色痕相對形成時間進(jìn)行實驗分析，研究了黑色簽字筆墨水中溶劑與染料等成分的變化規(guī)律與書寫時間的關(guān)系。

而國外的一些學(xué)者也對此類問題進(jìn)行了探究。2003年，Thanasoulias NC等人對5個不同品牌的50種藍(lán)色圓珠筆墨水進(jìn)行檢驗鑒定，用無水乙醇作為溶解劑，在適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，取吸光度在400～750范圍內(nèi)進(jìn)行聚類分析、主成分分析和判別分析三種多元統(tǒng)計技術(shù)，并且進(jìn)一步計算比較出有效的判別模型。

2012年，Samir Senior和Ezzat Hamed則將10種藍(lán)色圓珠筆的筆墨與紙上的線墨進(jìn)行光譜提取和薄層色譜分析，得到的峰值數(shù)據(jù)進(jìn)一步結(jié)合主成分分析方法來解決不同筆種類的區(qū)分和未知來源筆種的來源分析的問題。

2014年，G.Reed，K及其團隊直接利用三種顏色中性筆筆墨的超光譜圖像對不同品牌的中性筆進(jìn)行區(qū)分檢驗。結(jié)果顯示每一種顏色不同品牌的墨水在不同的波段會因構(gòu)成其顏色的成分不同而被歸類成不同的群體，具有同種成分的品牌會歸為一個小群體。

2.2 發(fā)展趨勢

光譜學(xué)與化學(xué)計量學(xué)方法在文件領(lǐng)域的應(yīng)用雖然可以幫助快速準(zhǔn)確解決一些問題，但是這還只是文件檢驗研究內(nèi)容的一部分，仍存在一些復(fù)雜的問題需要進(jìn)一步去研究和探索。

隨著近些年來科技進(jìn)步發(fā)展，越來越多的新型光譜和分析化學(xué)實驗設(shè)備應(yīng)用在文件檢驗的領(lǐng)域。這大大推動了文件檢驗技術(shù)向著客觀量化檢驗方向發(fā)展的進(jìn)程。面對現(xiàn)在文件材料復(fù)雜多樣化，數(shù)量增加的趨勢，文件檢驗的難度也呈現(xiàn)上升的趨勢，單一的成分分析方法或者單一簡單的光譜數(shù)據(jù)已經(jīng)難以滿足現(xiàn)在解決文件檢驗中復(fù)雜問題的需要，因此未來文件檢驗發(fā)展必定要與更高測量精度和功能先進(jìn)的儀器研發(fā)結(jié)合起來。這樣能夠得到更多準(zhǔn)確可靠的客觀測量數(shù)據(jù)與信息供檢驗人員參考。同時，未來文件檢驗技術(shù)方法需要不斷進(jìn)行革新，不僅要提高檢驗的效率，更需要提高檢驗的質(zhì)量，在對文件無損害的前提下達(dá)到快速、準(zhǔn)確、高效檢驗的效果。最后，在高度信息化和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展背景下，建立文件檢驗數(shù)據(jù)庫也是未來研究工作的必經(jīng)之路。

3 結(jié)論

綜合國內(nèi)外文件檢驗領(lǐng)域關(guān)于光譜學(xué)與化學(xué)計量學(xué)結(jié)合的研究現(xiàn)狀，可以得出光譜學(xué)與化學(xué)計量學(xué)結(jié)合的方法對文件檢驗領(lǐng)域某些問題的解決是一種有效方法的結(jié)論，如利用不同品牌的簽字筆墨水、鋼筆墨水、印油或印泥等物質(zhì)的光譜信息和化學(xué)成分的測量數(shù)據(jù)，然后根據(jù)其成分種類或含量的差異達(dá)到快速有效區(qū)分的效果。但是這并不是解決文件檢驗領(lǐng)域所有問題的“萬能鑰匙”，目前二者在文件檢驗領(lǐng)域的探究還屬于初步階段，還有進(jìn)一步深入研究的空間，這也將是文件檢驗技術(shù)未來發(fā)展的重點之一?？梢暬夹g(shù)發(fā)展與量化檢驗研究已經(jīng)是文件檢驗未來發(fā)展的重要方向，而化學(xué)計量學(xué)與光譜學(xué)的原理知識與方法必然能夠為文件檢驗量化鑒定的發(fā)展之路提供強大助力。