引用本文
刘亚昌, 孙玉友, 张冀峰, 潘炎辉, 申振宇. 使用手持式X射线荧光光谱仪临场检测爆炸装置塑料碎片[J].刑事技术, 2019,44(3):228-232
LIU Yachang, SUN Yuyou, ZHANG Jifeng, PAN Yanhui, SHEN Zhenyu. Applying Portable X-ray Fluorescent Spectrometer to Rapidly Detect the Plastic Components from Improvised Explosive Devices[J]. Forensic Science and Technology,2019,44(3): 228-232  
Doi: 10.16467/j.1008-3650.2019.03.008
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使用手持式X射线荧光光谱仪临场检测爆炸装置塑料碎片
刘亚昌1, 孙玉友2,*, 张冀峰2, 潘炎辉2, 申振宇2
1.中国人民公安大学刑事科学技术学院,北京100038
2. 公安部物证鉴定中心,北京100038

第一作者简介：刘亚昌,男,河北邢台人,硕士研究生,研究方向为刑事科学技术。E-mail:410832149@qq.com

* 通讯作者简介：孙玉友,男,吉林公主岭人,学士,研究员,研究方向为爆炸纵火案件现场勘查及鉴定。E - mail:sunyuyou126@qq.com
基金资助: “十三五”国家重点研发计划项目（No.2017YFC0803804）
摘要

目的 针对爆炸案件中常见的自制爆炸装置,建立适用于自制爆炸装置关键组件爆炸后残留塑料碎片临场快速检验的方法。方法 利用手持式X射线荧光光谱仪对自制爆炸装置中51个常见塑料部件样品进行元素成分测定,采用SPSS软件的最远邻元素聚类分析法结合夹角余弦法对测定数据进行分类。结果 手持式X射线荧光光谱仪测定样品元素成分具有简便快速、结果准确、无损样品的特点,采用聚类分析法分析塑料部件样品元素成分,能较好地对样品进行区分。结论 该方法适合爆炸案件现场自制爆炸装置塑料碎片元素成分的的快速检验与比较。

关键词: 手持式X射线荧光光谱仪; 自制爆炸装置; 塑料碎片; 快速检验
中图分类号:DF794.3 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2019)03-0228-05
Applying Portable X-ray Fluorescent Spectrometer to Rapidly Detect the Plastic Components from Improvised Explosive Devices
LIU Yachang1, SUN Yuyou2,*, ZHANG Jifeng2, PAN Yanhui2, SHEN Zhenyu2
1. School of Criminal Science and Technology, People’s Public Security University of China, Beijing 100038, China
2. Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security, Beijing 100038, China
Abstract

Objective To develop a rapid on-site testing method based on elemental analysis for plastic components of improvised explosive devices (IED) involved in explosion cases.Methods The 51 plastic pieces, commonly used with IED, were determined of their elemental compositions through a portable X-ray fluorescent spectrometer, with the obtained data being classified by SPSS clustering analysis of Furthest Neighbor in combination of the approach for included angle’s cosine.Results With fast, accurate and non-destructive performance, the portable X-ray fluorescent spectrometer is able to detect the elemental compositions of plastic samples from IED so that the relating samples can be differentiated through the clustering analysis of the obtained data.Conclusion The here-developed method is useful for rapid on-site elemental determination and comparison of plastic evidential samples from IED employed in explosion cases.

Key words: portable X-ray fluorescent spectrometer; improvised explosive device; plastic pieces; rapid analysis

在国内外, 爆炸犯罪时有发生, 往往造成群死群伤的严重后果, 对社会稳定产生了极大的负面影响, 是各国反恐维稳工作面临的主要威胁之一。在爆炸案件的侦破中, 爆炸装置分析研判非常重要[1], 往往能够提供重要的侦查线索和必要的诉讼证据。自制爆炸装置通常由炸药、盛装物、起爆组件、控制组件等构成, 除炸药外, 其他均可由常见生活用品改造而成[2], 比如定时器、通讯器材、时间继电器、保温壶等, 这些构件可使爆炸装置实现伪装、远距离遥控[3]、定时引爆[4]等功能。针对爆炸装置现场遗留物, 技术人员对爆炸现场碎片的飞溅规律、外观形态以及利用碎片进行爆炸装置重建与复原研究较多, 采用快检设备对装置碎片进行检测分析的研究尚属探索阶段。本文旨在利用一款手持式X射线荧光光谱仪对现场爆炸碎片进行检验, 探究建立临场检测爆炸装置碎片无机元素, 并且快速对现场原有物品碎片和爆炸装置碎片进行归类、区分, 进而分析爆炸装置碎片的来源的方法。

本文针对国内常见自制爆炸装置中材质为塑料的控制组件和盛装物进行元素成分分析, 寻找不同物品元素成分的差异, 旨在建立一种塑料爆炸装置碎片临场快速检验的方法, 为进一步探索建立常见自制爆炸装置碎片元素成分数据库奠定基础。

1 实验部分
1.1 实验器材和条件

本实验使用美国赛默飞世尔公司生产的XRF Analyzers。工作参数：高性能微型X射线管（配Ag靶）, 管电压6~50 kV, 管电流0~200 μ A, 匹配功率不超过2 W; 采用塑料分析模式; 滤波片设定为主范围30 s, 低范围30 s, 轻范围30 s。

1.2 实验样品

本实验选取了17种犯罪分子常用于制作自制爆炸装置的生活物品（见表1）, 按照爆炸装置构成和作用原理分为3类。遥控类, 包括移动通讯工具（物品编号1、2、3）, 报警系统（物品编号4、5、6、7、8）, 玩具（物品编号9、10、11、12、13）; 定时类, 物品编号14、15; 盛装物, 物品编号16、17。每个物品拆解出3个不同的塑料材质部件。为满足仪器对测试样品尺寸的要求, 将样品裁剪成1 cm× 1 cm至3 cm× 3 cm。样品编号由物品编号加部件顺序号组成。样品测试前用蘸有乙醇（分析纯）的脱脂棉擦拭, 测试时保持仪器测试架和测试窗口清洁, 以避免污染。实验样品见表1。

表1 实验样品信息表 Table 1 The experimental samples
1.3 实验方法

1.3.1 优化测试时间

将艾蒙多高真空多彩子弹保温杯塑料杯盖, 按测试时间为30、45、60、75、90、105、120 s依次进行测试, 每个测试时间测3次[5], 设置向前平均功能。取3次测定值的平均值进行分析。

1.3.2 数据稳定性实验

采用相同条件, 即塑料分析模式, 分析HTC智能手机屏幕塑料后盖, 测试时间为90 s, 测5次。

1.3.3 样品均匀性实验

选取卡仕风中央控制门锁塑料外壳样品上、中、下三个位置分别裁取碎片, 分析时采用相同条件, 即塑料分析模式, 测试时间为90 s, 测3次。取3次测定值的平均值进行分析。

1.4 样品检验

选择塑料分析模式, 在相同条件下测试样品。每个样品测试时间为90 s, 测3次, 取3次测定值的平均值进行分析[6]。

2 实验结果
2.1 最优测试时间

塑料样品检测到的元素有：Ti、Cl、Ba等元素, 其中Ti质量分数较高, 分析每个测试时间下Ti的百分含量及其误差关系并绘制折线图（见图1）。由图1可见, 测试时间从60~120 s间Ti百分含量和误差均趋于稳定, 由于现场检验需快速且准确, 结合仪器说明推荐使用的测试时间, 将塑料分析模式下最优测试时间确定为90 s。

图1 塑料样品Ti元素质量分数及其误差关系Fig.1 Contents and errors tested of element Ti in plastic samples

2.2 数据稳定性

样品测得元素有：Ti、Cl、V等, 取Ti、Cl元素进行分析, 由表2可见, 两种元素的相对标准偏差均小于3%, 故该法重现性较好[6]。

表2 Ti和Cl元素质量分数的相对标准偏差 Table 2 RSD of elemental contents of Ti and Cl in one sample
2.3 样品均匀性

塑料样品测得元素含有：Ti、Cl、V等, 选择Ti、Cl作为分析对象, 计算元素质量分数的相对标准偏差, 由表3可见, 所测塑料样品Ti、Cl质量分数的相对标准偏差均小于3%, 故样品均匀性较好。

表3 Ti和Cl元素质量分数的相对标准偏差 Table 3 RSD of elemental contents of Ti and Cl in other sample
2.4 样品检验结果

51个塑料样品所含主要元素有：Ti、Ba、Cl、Sb、Sn、Zn、Cu、Fe、Cr、V、Br, 测试结果见表4。数据中“ 0” 表示样品中此元素质量分数低于仪器检出限, 质量分数极低。

表4 样品中11种主要元素的质量分数（mg/L） Table 4 Relative contents of 11 main elements from plastic samples (mg/L)

聚类分析是一种多元统计方法, 用于研究样品分类问题[7]。本研究以样品种类作为分类对象, 以元素种类及其质量分数作为变量[8], 采用统计分析软件SPSS中Q型聚类的最远邻元素法[4, 5]（该法使用两类之间最远点的距离代表两类之间的距离）结合余弦测度进行归类分析[9]（见图2）。从图2中看出, 并类距离为1时, 样品分成16类; 当并类距离为5时, 样品分成8类; 当并类距离为10时, 样品分成5类; 当并类距离为15时, 样品分成4类; 当并类距离为20时, 样品分成3类。此法聚类效果较好, 反映的样品差异性大, 利于对样品分类和比对。根据最远邻元素法的聚类结果可对样品分组[6]（见表5）。除9♯、17♯、16♯物品的3个样品分别在同一个分组中外, 其余物品的3个样品不同时位于一个分组, 表明物品中不同部件的元素成分有差异。而源于不同塑料物品的样品位于同一组, 表明不同塑料物品中样品的元素成分又有相似性。

图2 塑料样品最远邻元素法聚类树状图Fig.2 Furthest Neighbor clustering analysis into plastic samples

表5 塑料样品最远邻元素法分组结果 Table 5 Grouping the plastic samples by Furthest Neighbor

根据最远邻元素法的聚类结果可对样品分组[6]（见表5）。除9♯、17♯、16♯物品的3个样品分别在同一个分组中外, 其余物品的3个样品不同时位于一个分组, 表明物品中不同部件的元素成分有差异。而源于不同塑料物品的样品位于同一组, 表明不同塑料物品中样品的元素成分又有相似性。

3 结论

手持式X射线荧光光谱仪具有携带方便、操作简便、快速、准确的特点, 满足临场快速检验要求。本文建立的X射线荧光光谱检验方法利用手持式X射线荧光光谱仪对塑料样品进行检测, 采用SPSS最远邻元素法结合余弦测度进行聚类, 可应用于爆炸案件现场自制爆炸装置塑料碎片元素成分的快速检验与比较。在进一步的研究中, 有必要扩大塑料物品范围, 增大样品量, 完善检验方法, 比较塑料样品爆炸前后元素成分的差异, 并探索建立常见自制爆炸装置碎片元素成分数据库。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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