紅外光譜檢驗(yàn)快遞塑料包裹袋的研究

韓 瑞，姜 紅，陳煜太

(中國(guó)人民公安大學(xué) 刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100038)

0 前言

在各類(lèi)案件現(xiàn)場(chǎng)中經(jīng)常能提取到快遞塑料包裹袋物證，常見(jiàn)快遞塑料包裹袋主要為聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯(PVC)等[1]。為了降低成本，提高性能，通常會(huì)在生產(chǎn)加工過(guò)程中添加一些填料，比如碳酸鈣、硫酸鋇、滑石粉等。通過(guò)對(duì)這些快遞塑料包裹袋物證進(jìn)行檢驗(yàn)，達(dá)到區(qū)分不同快遞塑料包裹袋的目的，可以為偵查破案提供線(xiàn)索，指明方向，為證實(shí)犯罪提供科學(xué)的依據(jù)。目前，檢驗(yàn)塑料的方法很多，主要有紅外光譜法、裂解氣相色譜法、熱分析法、掃描電鏡/能譜法、X射線(xiàn)熒光光譜法等[2-5]。實(shí)驗(yàn)中利用傅里葉變換紅外光譜法對(duì)塑料快遞包裹袋進(jìn)行檢驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，重現(xiàn)性好，且不破壞檢材[6]。

1 實(shí)驗(yàn)儀器和樣品

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和測(cè)定參數(shù)

傅立葉變換紅外光譜(FTIR)儀：Nicolet iN10 MX,美國(guó)賽默飛世爾。

Smart Performer采樣器：美國(guó)賽默飛世爾。

測(cè)定參數(shù)：掃描次數(shù)為32次，波數(shù)范圍為4 000～500 cm-1，分辨率為4 cm-1。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

無(wú)水乙醇(分析純)。

1.3 實(shí)驗(yàn)樣品

收集各地圓通、韻達(dá)、中通、順豐等快遞公司快遞塑料包裹袋樣品55個(gè)(見(jiàn)表1)。

表1 快遞塑料包裹袋樣品

續(xù)表1

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

將樣品用乙醇棉簽擦拭干凈，置于Smart Performer采樣器上，擰緊探頭，按照上述實(shí)驗(yàn)條件，利用反射法進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.2 重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)

選擇1#樣品韻達(dá)公司快遞包裹袋，剪取面積為0.5 cm×0.5 cm，利用反射法，在相同檢測(cè)條件下重復(fù)測(cè)定5次。

2.3 最小檢出量實(shí)驗(yàn)

選擇9#樣品圓通快遞公司包裹袋，分別剪取面積約為1.0 cm×1.0 cm，0.8 cm×0.8 cm，0.5 cm×0.5 cm，0.3 cm×0.3 cm，0.2 cm×0.2 cm的5塊樣品，分別對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

2.4 快遞塑料包裹袋的紅外光譜分析

根據(jù)不同樣品的紅外光譜圖中特征吸收峰的峰數(shù)、峰位、峰形及峰強(qiáng)的不同對(duì)其加以區(qū)分。

3 結(jié)果與討論

3.1 重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)1#韻達(dá)快遞塑料包裹袋樣品在相同條件下重復(fù)測(cè)定5次。測(cè)定的紅外光譜吸收峰的峰數(shù)、峰位和峰形基本一致(見(jiàn)圖1)，表明利用傅里葉變換紅外光譜儀檢驗(yàn)快遞塑料包裹袋的方法準(zhǔn)確可靠。

圖1 1#樣品的紅外光譜圖

3.2 最小檢出量實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)9#圓通樣品不同面積的5個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)檢測(cè)樣品的面積為0.2 cm×0.2 cm時(shí)，譜圖吸收峰發(fā)生較大變化。因此，該實(shí)驗(yàn)的樣品最小檢出量應(yīng)為0.3 cm×0.3 cm。

3.3 快遞塑料包裹袋樣品的紅外譜圖分析

按照物質(zhì)成分分析，快遞封裝袋屬于聚合物類(lèi)材料，其主要包括聚合物基體和填料兩部分。根據(jù)分析聚合物基體成分分析，實(shí)驗(yàn)研究中收集的絕大多數(shù)快遞塑料包裹袋的紅外光譜圖基本相似，主要分為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)三類(lèi)，其中6#樣品和21#分別是PET基和PP基，其余樣品均為PE基。實(shí)驗(yàn)中利用50#快遞塑料包裹袋樣品的紅外光譜圖作為代表。聚乙烯的鏈接結(jié)構(gòu)式均為—CH2—CH2—，因此它們的紅外光譜圖很相似，均在2 914 cm-1左右有CH2的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收、2 847 cm-1左右有CH2的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收、1 472 cm-1附近有CH2的彎曲振動(dòng)吸收、718 cm-1附近有CH2的搖擺振動(dòng)吸收。聚乙烯有一定的結(jié)晶度，一個(gè)晶胞中的兩個(gè)大分子有時(shí)會(huì)產(chǎn)生偶合振動(dòng)，引起CH2彎曲振動(dòng)和搖擺振動(dòng)譜帶分裂，在1 472 cm-1和1 462 cm-1、730 cm-1和718 cm-1處分別產(chǎn)生一對(duì)雙峰(見(jiàn)圖2)。

圖2 50#樣品的紅外光譜圖

通過(guò)對(duì)所有紅外譜圖分析比較后。發(fā)現(xiàn)這些快遞塑料包裹袋樣品檢出結(jié)果是有差異的。可以在樣品譜圖的800～1 000 cm-1、1 000～1 300 cm-1、1 300～1 800 cm-1、2 700～3 000 cm-1這4個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行分析，判斷樣品中添加的不同添加劑。在不同廠(chǎng)家的實(shí)驗(yàn)樣本中，有一部分樣本的紅外譜圖在800～1 000 cm-1的振動(dòng)頻率范圍內(nèi)特征吸收峰的數(shù)目較多。874.11 cm-1、847.85 m-1以及1 500～1 300 cm-1間的寬強(qiáng)吸收為碳酸鈣的吸收[7-9](見(jiàn)圖3)。

圖3 8#樣品的紅外光譜圖

6#樣品顏色為白色，鏡面狀，表面光滑，外觀(guān)較為特殊，經(jīng)紅外光譜檢測(cè)，該種塑料快遞包裹袋表面存在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯成分，如圖4所示。

圖4 6#樣品的紅外光譜圖

3.4 聚乙烯快遞袋的區(qū)分研究

經(jīng)紅外光譜分析表明，實(shí)驗(yàn)收集的大多數(shù)快遞袋材質(zhì)均為聚乙烯基體，這些樣品的區(qū)分只能通過(guò)對(duì)于特征峰的相對(duì)峰強(qiáng)度進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)波數(shù)位于1 021 cm-1和1 240 cm-1處的吸收峰具有一定特征性，能夠用于判斷類(lèi)別，依據(jù)是否存在吸收峰，將樣品區(qū)別為4大類(lèi)，區(qū)分結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 樣品的分類(lèi)結(jié)果

注：峰值前面的“+”號(hào)代表存在吸收峰，峰值前面的“-”號(hào)代表不存在吸收峰。

在Ⅰ類(lèi)樣品選取47#樣品為例，在1 021 cm-1和1 240 cm-1處附近存在吸收峰(見(jiàn)圖5)。在Ⅱ類(lèi)樣品選取5#樣品為例，在1 021 cm-1處附近存在吸收峰，而在1 240 cm-1處附近不存在吸收峰(見(jiàn)圖6)。在Ⅲ類(lèi)樣品選取11#樣品為例，在1 021 cm-1處附近無(wú)吸收峰，而在1 240 cm-1附近存在吸收峰(見(jiàn)圖7)。在Ⅳ類(lèi)樣品選取1#樣品為例，在1 021 cm-1和1 240 cm-1處附近都不存在吸收峰(見(jiàn)圖8)。

圖5 第Ⅰ類(lèi)47#樣品的紅外光譜圖

圖6 第Ⅱ類(lèi)5#樣品的紅外光譜圖

圖7 第Ⅲ類(lèi)11#樣品的紅外光譜圖

圖8 第Ⅳ類(lèi)1#樣品的紅外光譜圖

從表2中可以看出，研究收集的樣品成分相似度較高，并且集中在第Ⅱ類(lèi)和第Ⅳ類(lèi)中?？梢愿鶕?jù)樣品相對(duì)峰高比的不同，將樣品進(jìn)一步加以區(qū)分。選取波數(shù)位于1 461 cm-1和1 425 cm-1處聚乙烯與碳酸鈣重疊區(qū)域吸收峰的相對(duì)強(qiáng)弱作為區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)記為H(1 461/1 425)，進(jìn)一步細(xì)化第Ⅱ類(lèi)和第Ⅳ類(lèi)中樣品的差異，以第Ⅱ類(lèi)和第Ⅳ類(lèi)樣品為例，分組結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

表3 第Ⅱ類(lèi)樣品分組結(jié)果

表4 第Ⅳ類(lèi)樣品分組結(jié)果

對(duì)于每一組的樣品可以再根據(jù)外/內(nèi)顏色的不同進(jìn)行區(qū)分，以Ⅱ-3組的4個(gè)樣品為例，24#(黑/黑)、39#(黑灰/黑)、42#(黑/黑)、45#(白/黑)，可以將39#和45#區(qū)分開(kāi)，24#和42#又可以根據(jù)譜圖中相對(duì)峰高比H(874/718)的不同加以區(qū)分，H(874/718)24>H(874/718)42(見(jiàn)圖9和圖10)。其他組的樣品也可以根據(jù)吸收峰的細(xì)微差別加以區(qū)分。

圖9 24#樣品的紅外光譜圖

3.5 同一快遞公司不同快遞塑料包裹袋樣品的紅外譜圖分析

顏色相同、成分相同的10#樣品、20#樣品紅外譜圖見(jiàn)圖11。在1 428 cm-1，873 cm-1附近和3 625.06 cm-1、1 015 cm-1，667 cm-1附近兩個(gè)譜圖吸收峰頻率相同但強(qiáng)度不同，經(jīng)分析比較可知，兩樣品因在生產(chǎn)過(guò)程中所加的碳酸鈣量不同，導(dǎo)致這兩樣品紅外譜圖吸收峰的強(qiáng)度不同。所以，同一快遞公司的快遞塑料，其添加的某些添加劑可能會(huì)有所不同，據(jù)此也可對(duì)同一公司不同快遞塑料包裹袋樣品進(jìn)行區(qū)分。

圖10 42#樣品的紅外光譜圖

圖11 10#樣品和20#樣品的紅外光譜圖

4 結(jié)論

本文利用傅里葉變換紅外光譜法對(duì)不同快遞公司快遞塑料袋樣品進(jìn)行了分析檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，可以根據(jù)樣品特征吸收峰的不同對(duì)快遞塑料包裹袋樣品進(jìn)行區(qū)分。在刑事案件中發(fā)現(xiàn)快遞塑料包裹袋時(shí)，可以利用傅里葉變換紅外光譜法進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)而達(dá)到對(duì)樣品快遞塑料包裹袋區(qū)分的目的，可以為偵查破案提供線(xiàn)索，指明方向，為證實(shí)犯罪提供科學(xué)的依據(jù)。該方法對(duì)檢材無(wú)損，檢驗(yàn)快捷方便，結(jié)果可靠。