鞋帶纖維的紅外光譜與顯微形態(tài)分析

熊甜麗，孫杰燕，周娟，史曉凡

（1.中國(guó)刑事警察學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110035；2.湖北省公安廳刑偵總隊(duì)，湖北武漢430070）

鑒定科學(xué)Research Paper

鞋帶纖維的紅外光譜與顯微形態(tài)分析

熊甜麗1，孫杰燕2，周娟1，史曉凡1

（1.中國(guó)刑事警察學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110035；2.湖北省公安廳刑偵總隊(duì)，湖北武漢430070）

目的利用傅立葉顯微紅外光譜技術(shù)對(duì)鞋帶纖維的種屬進(jìn)行分析，并采用生物顯微鏡對(duì)纖維形態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)，以達(dá)到分析纖維種屬的目的。方法收集了34個(gè)不同品牌、型號(hào)鞋子的鞋帶纖維，其中10種為白色色系，24種為黑色色系。使用傅立葉顯微紅外光譜儀確定纖維的成分，使用生物顯微鏡觀察纖維的顯微形態(tài)。結(jié)果紅外光譜表明，34個(gè)鞋帶樣品中28個(gè)樣品為聚酯纖維，5個(gè)樣品為纖維素纖維，1個(gè)樣品為聚酯與纖維素混紡而成。顯微形態(tài)表明，5個(gè)纖維素纖維樣品及1個(gè)混紡纖維中的纖維素均呈現(xiàn)出扁平、帶狀、扭曲的特征，與棉纖維的顯微形態(tài)一致。結(jié)論顯微紅外光譜法與生物顯微鏡相互印證，是確定鞋帶纖維種屬的有效方法。

鞋帶纖維；顯微紅外光譜法；生物顯微鏡

紡織纖維是各種刑事案件、交通事故案件中出現(xiàn)幾率較高的微量物證，常用于紡織纖維檢驗(yàn)的方法有顯微鏡法、紅外光譜法、拉曼光譜法、熱分析法、裂解氣相色譜法等［1～7］。紅外光譜法由于具有樣品用量少，操作簡(jiǎn)便，不破壞檢材等優(yōu)勢(shì)而廣泛用于紡織纖維的檢驗(yàn)。

在部分刑事案件中，繩索、鞋帶等帶式紡織品是常見(jiàn)物證，如兇殺案中犯罪分子用鞋帶捆綁被害人的手、腳，拋尸案中犯罪分子用鞋帶系扎尸體的塑料袋，爆炸案中犯罪分子用鞋帶固定爆炸裝置等。在上述案件中，鞋帶是非常重要的微量物證。本文采用傅立葉顯微紅外光譜法對(duì)白色、黑色兩個(gè)色系的34種不同品牌、不同款式鞋的鞋帶纖維的成分進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上采用生物顯微鏡法對(duì)纖維素纖維的形態(tài)特征進(jìn)行了鑒定，由此對(duì)各種鞋帶樣品纖維的種屬進(jìn)行了鑒別。

1　材料與方法

1．1樣品

不同款式、不同品牌鞋子的34個(gè)白色、黑色鞋帶樣品如表1所示。

表1　鞋帶樣品表

1．2儀器

Nicolet-5700傅立葉變換紅外光譜儀，Continuμm紅外顯微鏡，金剛石池（美國(guó)Thermo公司）。

MoticBA210生物顯微鏡，Motic體視顯微鏡（麥克奧迪實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司）。

1．3方法

在體視顯微鏡下，用分離針將纖維剖離成單根纖維，再用手術(shù)刀片切取合適長(zhǎng)度，于金剛石池上制樣后，使用紅外顯微鏡進(jìn)行紅外光譜分析。測(cè)定參數(shù)：掃描次數(shù)16；分辨率8；掃描范圍4 000～650 cm-1。

將單根纖維置于載玻片上，滴加甘油-乙醇溶液后蓋上蓋玻片，于生物顯微鏡下進(jìn)行形態(tài)特征分析。

2　結(jié)果與討論

2．1鞋帶纖維的紅外光譜分析

10個(gè)白色鞋帶纖維樣品均具有聚酯纖維的紅外光譜特征。24個(gè)黑色鞋帶中的28號(hào)樣品比較特殊，分離成單根狀態(tài)分別測(cè)定時(shí)，得到了聚酯纖維和纖維素纖維兩種不同特征的紅外光譜圖，其他23個(gè)樣品中18個(gè)具有聚酯的紅外光譜特征，5個(gè)具有纖維素纖維的光譜特征，見(jiàn)圖1～2及表2。

圖1　5號(hào)和1 2號(hào)鞋帶纖維樣品的紅外光譜圖

圖2　2 8號(hào)鞋帶纖維樣品的紅外光譜圖

表2　鞋帶種類表

聚酯纖維是由有機(jī)二元酸和二元醇縮聚而成的聚酯經(jīng)紡絲所得的合成纖維，工業(yè)化大量生產(chǎn)的聚酯纖維是用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯

（PET）制成的，我國(guó)的商品名為滌綸，是當(dāng)前合成纖維的第一大品種。圖1中5號(hào)樣品顯示為聚酯纖維的光譜特征，其中1 724 cm-1為C＝O的伸縮振動(dòng)吸收峰，強(qiáng)度最大；1 248 cm-1、1 100 cm-1處為C-O的對(duì)稱、不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，較強(qiáng)；1616 cm-1、1577 cm-1、1 504 cm-1處有三個(gè)較弱的吸收峰，為苯環(huán)的骨架振動(dòng)吸收峰；874 cm-1、727 cm-1分別是苯環(huán)C-H的面內(nèi)、面外彎曲振動(dòng)吸收峰；1454cm-1、1339cm-1為CH2的彎曲振動(dòng)吸收峰；3 000～2 800 cm-1區(qū)間弱的雙重峰則是CH2的伸縮振動(dòng)吸收峰。由此可知，具有此類紅外光譜特征的鞋帶纖維為聚酯纖維。

具有纖維素結(jié)構(gòu)特征的纖維包括棉、麻、竹等天然纖維和粘膠纖維。纖維素是由葡萄糖殘基聚合而成的，每個(gè)葡萄糖殘基上的三個(gè)羥基和一個(gè)苷鍵是其特征官能團(tuán)。圖1中12號(hào)樣品的紅外光譜圖上3 345 cm-1處寬而強(qiáng)的特征吸收峰是O-H的伸縮振動(dòng)吸收峰；譜圖中的最強(qiáng)吸收峰是位于1 060 cm-1處，其兩側(cè)有一些弱的肩峰，是O-H的伸縮振動(dòng)和C-O-C伸縮振動(dòng)的組合峰。具有此類紅外光譜特征的鞋帶纖維為纖維素纖維。

28號(hào)樣品的單絲纖維分別表現(xiàn)出聚酯纖維和纖維素纖維的紅外光譜特征，由此可知，28號(hào)鞋帶由聚酯纖維和纖維素二種纖維混紡構(gòu)成。

2．2鞋帶纖維的形態(tài)特征分析

生物顯微鏡下觀察樣品的縱表面形態(tài)特征，第Ⅱ類纖維樣品均呈現(xiàn)出扁平、帶狀、扭曲的形態(tài)特征，與棉纖維的縱表面形態(tài)特征相同；28號(hào)樣品中有的纖維的縱表面形態(tài)特征為平直、光滑，有的表現(xiàn)出扁平、帶狀、扭曲的形態(tài)特征。通過(guò)形態(tài)特征的檢驗(yàn)，進(jìn)一步確認(rèn)，28號(hào)鞋帶是聚酯和棉的混紡纖維，如下圖3。

圖3　二個(gè)鞋帶纖維的形態(tài)特征

2．3聚酯纖維鞋帶樣品的比較分析

聚酯纖維鞋帶樣品具有相似的紅外光譜特征，但不同品牌鞋的鞋帶的生產(chǎn)廠家不同，其生產(chǎn)工藝、原料等會(huì)有所不同，由此導(dǎo)致鞋帶纖維的結(jié)構(gòu)會(huì)有一些差異，而這些差異會(huì)導(dǎo)致特征吸收峰的峰面積比或峰高比存在差異，727 cm-1特征峰的高度為H727、1724 cm-1特征峰的高度為H1724，部分樣品的兩個(gè)特征峰峰高比存在差異。圖4為白色鞋帶1號(hào)、8號(hào)的紅外光譜圖，1號(hào)樣品H727：H1724≈1，而8號(hào)樣品H727：H1724≈0．67。圖5中10號(hào)、16號(hào)和21號(hào)三個(gè)黑色樣品紅外光譜圖中727 cm-1和1 724 cm-1的相對(duì)峰高比同樣存在明顯差異。

圖4　兩個(gè)白色鞋帶纖維樣品的紅外光譜圖

造成727 cm-1和1 724 cm-1這兩個(gè)特征峰峰高比差異的原因有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探索。

圖5　三個(gè)黑色鞋帶纖維樣品的紅外光譜圖

3　結(jié)論

傅立葉變換顯微紅外光譜法快速無(wú)損分析纖維成分的一種方法。34個(gè)白色、黑色鞋帶樣品的紅外光譜特征明確，分別為聚酯纖維、纖維素纖維和聚酯/纖維素纖維。

將紅外光譜結(jié)果與纖維的顯微形態(tài)相結(jié)合，可確定纖維素纖維為棉纖維。顯微紅外光譜法與生物顯微鏡相互印證是確定鞋帶纖維種屬的有效方法。本研究所收集的鞋帶纖維，以聚酯纖維為主。

［1］周學(xué)之．中國(guó)刑事科學(xué)技術(shù)大全：理化物證檢驗(yàn)學(xué)［M］．北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2002：248-296．

［2］馮計(jì)民．紅外光譜在微量物證分析中的應(yīng)用［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：172-183．

［3］Chen R Y，Akes K A．Effect of Pressing on the Infrared Spectra of Single Cotton Fibers［J］．Applied Spectroscopy，2002，56（5）：646-650．

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［6］何林濤，張振宇．公共安全中的化學(xué)問(wèn)題研究進(jìn)展［C］．北京：中國(guó)人民公安大學(xué)出版社，2013（8）：571-583．

［7］翁詩(shī)甫．傅立葉變換紅外光譜儀［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005．

（本文編輯：羅儀文）

Analysis of Shoelace Fibers by Infrared M icroscopy and OpticalM icroscopy

XIONG Tian-li1，SUN Jie-yan2，ZHOU Juan1，SHIXiao-fan1
（1.National Police University of China，Shenyang 110035，China；2.Criminal Investigation Branch，Hubei Public Security Bureau，Wuhan 430070，China）

Objective To identify the fiber type of shoelace by infrared microscopy and optical microscopy．M ethod 34 shoelace fiber samples of different brands and models were collected．Among them，10 were white and 24 were black．A Fourier transform infrared spectrometer was used to analyze the structure of fibers and a biologicalmicroscope was used to observe themorphological features of fibers．Results 24 samples were polyester fibers，5 samples were cellulose fibers，and 1 sample was polyester/cellulose blended fiber．The optical microscopy showed that the cellulose fibers from the five cellulose samples and one polyester/cellulose blended sample were all flat band-like and twisted，consistent with the morphological feature of cotton fiber．Therefore，these cellulose samples were determined as cotton fibers．Conclusion The examinationmethod combining infrared spectroscopy with opticalmicroscopy is effective for fiber type determination．

shoelace fiber；infrared spectroscopy；biologicalmicroscope．

DF794．1

A

10．3969/j．issn．1671-2072．2016．04．005

1671-2072-（2016）04-0030-04

2016-04-18

熊甜麗（1992—），女，碩士，主要從事微量物證研究。E-mail：15037186151@163．com。