红外差谱技术用于微量混合油漆的比对检验
[王延1 
, 徐俊1 , 程昱1 , 唐晖1 , 吕俊1 , 高亮2 ]
, 徐俊引用本文
王延, 徐俊, 程昱, 唐晖, 吕俊, 高亮. 红外差谱技术用于微量混合油漆的比对检验[J]. 刑事技术, 2020, 45(2): 197-200。
WANG Yan, XU Jun, CHENG Yu, TANG Hui, L#cod#x000dc; Jun, GAO Liang. Application of IR Differential Spectrum Technology into Testing the Mixed Paint of Micro-quantity[J]. Forensic Science and Technology, 2020, 45(2): 197-200.
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WANG Yan, XU Jun, CHENG Yu, TANG Hui, L#cod#x000dc; Jun, GAO Liang. Application of IR Differential Spectrum Technology into Testing the Mixed Paint of Micro-quantity[J]. Forensic Science and Technology, 2020, 45(2): 197-200.
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《刑事技术》编辑部
红外差谱技术用于微量混合油漆的比对检验
第一作者简介：王延,男,湖南娄底人,硕士,工程师,研究方向为理化检验。 E-mail:344348256@qq.com
摘要
对交通事故中的漆片检材进行同一物质比对时,某些情况下难以提取到单一的油漆碎片而是两辆车的油漆混合在一起,给物证比对带来困难。红外差谱技术具有辨别混合物中不同成分的功能,因此可应用于交通事故中混合油漆检材的比对检验。本文对一起交通事故的漆片检材,分别用三种方式提取、制样,用红外光谱仪进行分析,借助红外差谱技术对谱图进行处理,排除混合油漆的干扰。处理后得到的谱图与样本的谱图进行比对,结果显示两者主要官能团吸收峰位置、峰型、峰强度基本一致,可出具比对一致的结论。针对混合油漆检材的比对检验,红外差谱技术可提供支持。
关键词:
红外光谱差谱技术; 微量物证; 漆片; 交通事故
中图分类号:DF793.2
文献标志码:B
文章编号:1008-3650(2020)02-0197-04
Application of IR Differential Spectrum Technology into Testing the Mixed Paint of Micro-quantity
Abstract
Objective To make certain of the legal responsibility of the involved cars in traffic accidents, the evidential paint chips from the relevant cars were usually compared with one another to verify whether they are of same source or not. However, it is very difficult for many cases to extract source-single paint chips in some circumstances. Commonly, the mixed paint chips were obtained, bringing much more obstruction for detection. Here, the IR (infrared) differential spectrum technology was to introduce for solving such a problem so that the different substances can be distinguished from the mixed paint chips.Methods Three methods of extraction and sample preparation were used into different paint chips from a traffic accident, with the prepared samples being analyzed by IR spectrameter. The spectrograms were processed by IR differential spectrum technology to eliminate the interference among the substances of mixed paint chips.Results Two functional groups were almost the same of their peaks’ position, shape and absorption strength between the processed spectrogram and the controlling sample’s. Thus, a conclusion can be made that the two compared samples are same.Conclusions The IR differential spectrum technology can provide supports for comparison of mixed paint chips.
Keyword:
IR differential spectrum technology; trace evidence; paint chip; traffic accident
为认定交通事故中车辆的法律责任, 有时需要对漆片检材进行同一物质比对, 但是在刮擦轻微、刮擦痕迹被人为擦拭或缺乏有效保护的情况下, 检材表面仅附着少量的漆痕, 难以提取到单一的油漆碎片, 往往是两车的油漆混合在一起, 增加了物证比对的难度。红外差谱技术应用于物质种类鉴定和刑事技术物证比对的报道较多[1, 2, 3, 4, 5], 可将其应用于交通事故案件中混合油漆检材的比对鉴定。本文对一起交通事故的检材漆片和样本漆片进行比对检验, 针对检材的不同情况, 用三种方式提取和制备样品, 利用傅里叶变换红外光谱仪对检材进行分析, 借助差谱技术对谱图进行差减处理, 排除混合油漆组分的干扰, 验证了红外差谱技术鉴定混合油漆的科学性和可行性。
1 案例资料
2018年2月, 艾某驾驶无牌二轮摩托车在沪昆高速某匝道发生交通事故, 导致车辆发生侧翻, 艾某死亡, 俯卧于匝道内。现场勘查发现, 摩托车右侧白色翼子板上有天蓝色刮痕。由于事故现场没有目击证人和监控视频, 通过对案发时间前后附近收费站的视频进行排查, 没有找到可疑车辆。通过现场勘查, 发现高速路边护栏上的油漆有擦痕, 初步认定为艾某驾驶摩托车在转弯时与护栏刮擦, 失去重心摔倒死亡, 是一起单方事故。随后将摩托车刮擦部位的翼子板和高速护栏的漆片提取进行检验。
2 实验部分
2.1 仪器与测试条件
岛津IRAffinity-1傅里叶变换红外光谱仪; 光谱数据处理使用IRsolution软件; Specac P/N GS10800系列衰减全反射（ATR）附件; 岛津红外显微系统AIM-8800; 金刚石池; LEICA徕卡体视显微镜S8APO。
红外测试条件：ATR扫描范围4 000~500 cm-1; 金刚石池扫描范围4 000~700 cm-1; 分辨率4 cm-1; 样品扫描次数40次; 背景扫描次数40次。所得谱图为扣除背景的红外谱图。
2.2 检材与样本提取及其制样方法
摩托车右侧翼子板与高速护栏发生刮擦, 在高速护栏上提取样本1蓝色油漆, 在翼子板上3个刮擦情况不同的部位分别提取了检材1~3, 在刮擦点附近提取了空白检材4。图1为各检材和样本的照片, 通过LEICA徕卡体视显微镜放大后拍照取得。
 | 图1 体视显微镜下的检材图片Fig.1 The evidential materials observed by stereoscopic microscope |
样本1：高速公路中央护栏上提取的蓝色漆片。用手术刀将漆片从中央护栏剥离, 切割成1 mm× 1 mm大小, 因高速护栏上的蓝色漆层较厚, 刮擦过程只涉及表层油漆, 只切割下一层蓝色漆片。
检材1：摩托车右侧翼子板附着的单一蓝色油漆碎屑。在不伤及白色翼子板罩光漆层的前提下, 选择附着蓝色油漆较厚的部位, 用竹刀刮取1 mm× 3 mm面积的附着物, 得到碎屑状蓝色油漆。
检材2：摩托车右侧翼子板附着蓝色漆痕的白色漆片。选择翼子板上刮擦痕迹较浅的部位, 由于蓝色油漆附着物很少, 且蓝色油漆和白色翼子板通过挤压, 发生物质交换, 蓝色油漆和白色翼子板的罩光漆层糅合为一体, 无法用竹刀提取到单一的蓝色油漆, 因此用手术刀将混合漆片从翼子板上剥离, 切割成1 mm× 1.5 mm大小的漆片。
检材3：摩托车右侧翼子板附着的混合油漆碎屑。选择翼子板上另一处被刮破的部位, 刮擦过程破坏了表面的罩光漆层和白色漆层, 在刮痕边缘附着少量的蓝色油漆, 用手术刀将混合部位刮下来, 得到可能含有蓝色油漆、白色油漆、罩光漆的混合油漆碎屑。
检材4：摩托车右侧翼子板白色漆片。用手术刀将刮擦部位附近的白色漆片从翼子板剥离, 切割成1 mm× 1.5 mm大小, 对检材4的横切面进行拍照, 从图1中可见塑料翼子板共有两层油漆, 表层为透明的罩光漆, 第二层为白色漆。
检材1和检材3因为量少, 用金刚石池压片后显微透射法获得红外光谱图, 其他检材和样本均用ATR附件扫描得到其谱图。
3 实验结果与比对分析
3.1 样本与空白检材的比对分析
图2（A）为样本1的红外光谱图。样本1只有一层蓝色油漆, 根据其红外特征吸收峰2 929、1 730、1 461、1 410、1 380、1 265、1 019、874、730 cm-1, 可鉴定油漆种类为聚酯漆[6]。
图2（B）为检材4的红外光谱图。根据检材4透明罩光漆层（b）的红外特征吸收峰2 958、1 730、1 554、1 454、1 389、1 249、1 169、815 cm-1, 可鉴定油漆种类为用氨基树脂为交联剂的丙烯酸漆, 1 554 cm-1附近的吸收峰来自其中C=N键、N-H弯曲振动和C-N伸缩振动的合频, 815 cm-1来自三嗪环特征振动; 检材4白色漆层（c）的红外特征吸收峰2 961、1 732、1 454、1 384、1 242、1 160、1 072 cm-1为丙烯酸酯的吸收, 可鉴定油漆种类为用热塑性丙烯酸漆[7]。
不分离检材4的罩光漆层和白色漆层, 直接用ATR对检材4进行扫描, 得到谱图a, 和谱图b一致, 说明该方法只扫描到检材4的罩光漆层, 没有体现白色漆层的特征, 这是因为ATR-FTIR的红外光束在样品上透射深度较浅, 通常为0.5~2 μ m[2], 无法穿透罩光漆层, 所以只能得到罩光漆的红外谱图。
 | 图2 油漆红外谱图（A:样本1; B:检材4）Fig.2 The infrared spectrums of paint (A: sample 1; B: evidential material 4) |
3.2 检材1与样本1比对分析
图3为检材1和样本1的红外光谱比对图。二者主要官能团吸收位置、峰型均完全吻合, 峰强度有所差别, 可以认定二者属于相同种类油漆, 确认二轮摩托车与高速公路护栏存在刮擦。
3.3 检材2通过差减处理后与样本1比对分析
图4为检材2的红外光谱差减比对图。谱图a（样本1：蓝色漆片）和谱图b（检材2：混合漆片）进行比对, 在1 554、815 cm-1处的吸收峰强度有显著的差异, 结合谱图c（检材4的罩光漆层）来分析, 可推断检材2中1 554、815 cm-1处的吸收峰来自于罩光漆层的干扰。由于检材2的罩光漆层没有刮破, 覆盖了底下的白色漆, 仅罩光漆层糅合了蓝色油漆, 所以用ATR检测得到的谱图b只包含了罩光漆和蓝色漆的信息, 用谱图b（检材2）差减谱图c（检材4的罩光漆层）, 指定1 554 cm-1处特征波长吸收值变为0来进行差减, 自动计算得到差减因子k值为0.31, 在1 554 cm-1处却出现了负的吸收峰, 影响结果判定, 这是因为在第三峰区（1 900~1 500 cm-1）和第四峰区（1 500~600 cm-1）, 谱图a（样本1：蓝色漆片）和谱图c（检材4的罩光漆层）都有广谱的吸收峰, 以某一处特征波长吸收值变为0来进行差减不能得到好的效果。为得到最佳比对效果的差减谱图, 以最大化除去1 554、815 cm-1处的吸收峰为限, 通过逐一估值的方法, 取k值为0.21时, 得到谱图d。谱图d和谱图a进行比对, 结果显示两者主要官能团吸收峰位置完全相同, 峰型、峰强度基本一致。差减法取得的效果比较好, 说明该方式适用于混合漆片的比对鉴定。
 | 图3 检材1和样本1的红外光谱比对Fig.3 The infrared spectrums of evidential material 1 and sample 1 |
 | 图4 检材2的红外光谱差减比对图Fig.4 IR differential spectrums of the evidential material 2 |
3.4 检材3的谱图分析
图5为检材3（混合油漆碎屑）与检材2（混合漆片）的红外谱图。两者主要官能团吸收峰位置完全相同, 峰型基本一致, 区别在于检材3在1 554 cm-1的峰强度大于检材2, 是因为检材3为混合油漆碎屑, 与检材2的情况不同, 不能直接提取到漆片, 刮取的过程造成检材3中罩光漆的比例要高于检材2, 所以在1 554 cm-1的峰强度更大。
 | 图5 检材3和检材2的红外光谱比对Fig.5 The infrared spectrums of evidential material 3 and 2 |
检材3和检材2两者的刮擦形态、提取、制样方式都不一致, 却得到相似的红外谱图。同理可对检材3的谱图进行差减处理, 得到蓝色油漆的谱图, 与样本1进行比对, 得出一致的结论。因检材3中被差减的组分（罩光漆）含量相对于检材2中的高, 所以在差减的时候, 比例因子k也随之升高。
4 讨论
在日常工作中, 大多数情况遇到的刮擦交通事故, 能提取到完整的单一油漆检材, 可以明确得出比对结论。但是在刮擦轻微、刮擦痕迹被人为擦拭或缺乏有效保护的情况下, 检材表面仅附着少量的漆痕, 无法有效提取单一油漆组分, 可将混合油漆的漆片切割下来, 在不破坏检材的基础上, 用ATR附件进行检测, 再通过红外差谱技术将本底油漆组分进行差减, 得到单一组分油漆的红外光谱图, 然后与样本谱图进行比对分析。当事故车辆漆面受到摩擦、挤压, 漆片的罩光漆层和色漆层被刮破, 混合了对方车辆油漆组分, 无法切割得到完整的混合漆片的情况下, 可用手术刀将混合油漆刮下来, 尽可能多刮取所需要的检材组分, 少刮取需要差减的组分, 制取混合油漆碎屑, 通过红外差谱技术将混合物谱图中的本底油漆组分差减掉, 也能取得较好的效果。差减因子k值的选取, 分以下两种情况：1）根据公式“ 差减光谱=（混合）– （组分）× k” , 理想的差减情况是“ 差减光谱” 没有“ 组分” 的某一特征峰吸收, 可指定这一特征峰吸收值差减为0, 自动计算得到k值, 得到最终的“ 差减光谱” 。2）“ 差减光谱（样本1蓝色漆）” 在第三峰区（1 900~1 500 cm-1）和第四峰区（1 500~600 cm-1）范围有广谱的吸收峰, 指定“ 组分（检材4的罩光漆）” 的特征峰1 554 cm-1或815 cm-1吸收值变为0作为差减的判断依据是不准确的。这种情况宜以逐一估值的方式输入k值, 直到差减谱图与样本谱图最吻合的时候, 所取得的k值才是最佳选择。对混合检材的谱图进行差减, 最终目的是为了得到与样本谱图最吻合的谱图, k值的大小与“ 混合” 中的 “ 组分” 的比例有关, 组分比例越大, k值越大。
本文中的混合漆片、混合油漆碎屑这两种检材的谱图经过差减处理, 与样本漆片的谱图进行比对, 可得出比对一致的结论, 为交通事故物证比对提供参考。根据红外光谱产生的原理, 只要混合物各组分没有发生化学反应, 就可用红外差谱技术进行谱图处理, 但在实际司法鉴定工作中, 尚需要从法律层面上进行可行性和科学性论证, 制定相关技术标准。
参考文献
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