SEM/EDS法和XRF法在電工膠帶檢驗中的應用

孫振文，權養科，陶克明

（1.中國人民公安大學，北京100038；2.公安部物證鑒定中心，北京100038）

電工膠帶是爆炸、搶劫、兇殺、綁架等案件現場最常遇到的物證之一，如爆炸案中用于包裝、固定爆炸裝置，綁架案中用來封閉被害人的嘴、手腳等。通過對現場遺留膠帶的檢驗，可以為案件偵破提供方向和線索；通過與嫌疑樣本的比對，可以為案件偵破和證實犯罪提供證據[1]。

目前檢驗電工膠帶的常用方法是掃描電鏡/能譜法（SEM/EDS）和紅外光譜法[2-5]。國內主要利用紅外光譜法檢驗帶基中的有機成分[6]，并對其進行種類上的區分。由于電工膠帶帶基的主要成分為聚氯乙烯（PVC）樹脂，利用紅外光譜法通常只能檢出PVC樹脂，因此該方法對電工膠帶的區分率并不高。SEM/EDS法在國內主要應用于電工膠帶帶基元素成分的定性分析，由于帶基中所含的元素種類有限，其中某些微量元素通常達不到SEM/EDS法的最低檢測限，因此對電工膠帶的區分率低，至今國內尚未見利用SEM/EDS法定量分析電工膠帶帶基元素成分的文獻報道。國外已經開展了SEM/EDS的定量分析方法[2-3]，但僅分析電工膠帶帶基中的主體元素，當主體元素相同、相對含量相近時，定量分析方法則不能完全滿足不同品牌電工膠帶樣品之間的區分要求。本文在利用SEM/EDS定量分析方法的基礎上，結合X射線熒光光譜法（XRF）對同種顏色電工膠帶帶基中主體和微量元素進行定性檢驗，XRF法可檢驗帶基中的微量元素，具有分析速度快、靈敏度高、重復性好等優點，兩種方法的結合進一步提高了同種顏色不同品牌電工膠帶的區分率。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本實驗收集了27個廠家生產的34個品牌的紅色電工膠帶，樣品信息見表1。

表1 34個品牌紅色電工膠帶樣品

1.2 儀器

FEI Quanta FEG 650場發射環境掃描電鏡（ESEM），低真空模式（樣品室壓力60Pa），加速電壓20KV，工作距離10mm；

EDAX Apollo XL能譜儀，時間常數6.4μS，譜采集時間30s；

日本理學電機株式會社ZSX100e型波長色散X射線熒光光譜儀，Rh靶，4KW。

1.3 方法

1.3.1 SEM/EDS法

用手術刀切取約5mm×5mm的樣品，將其平整地置于掃描電鏡的樣品臺上，放入樣品倉中。在掃描電鏡放大倍數為400倍的低真空條件下，用能譜儀的面掃描模式對樣品逐一進行檢驗，得到樣品所含的元素成分，然后用能譜儀EDAX Genesis軟件的Quant功能得出元素的相對百分含量。為減小測量誤差，每個樣品在不同位置測量3次。

1.3.2 XRF法

將樣品剪成直徑為10mm大小的圓片，采用Al盒、Ti盒透空檢驗，利用日本理學ZSX應用軟件提供的定性分析功能，設纖維素（C5H10O5）為平衡組分，分析測試條件見表2。

2 實驗結果

2.1 SEM/EDS法

經SEM/EDS法檢驗，34個樣品均檢出Cl、Ca元素，Cl、Ca元素相對百分含量之比的3次測量結果的相對標準偏差均<3%，表明樣品成分均勻。結果見表3。

表2 X射線熒光光譜分析測試條件

以Cl、Ca元素相對百分含量之比作為不同品牌電工膠帶樣品的比對參數。方差分析結果顯示，34個樣品Cl、Ca元素的相對百分含量不全相同（F=69.70，P<0.05），進一步用最小顯著差LSD-t檢驗對34個樣品進行兩兩比對（顯著性水平α=0.05），561（）組樣品對中有539組可以區分 （P<0.05），22組不能區分（P>0.05），區分率為96.1%。不能區分的樣品對見表4。

表3 34個品牌紅色電工膠帶中Cl、Ca元素的相對百分含量之比

表4 SEM/EDS法不能區分的樣品對統計表（LSD-t檢驗）

2.2 XRF法

通過XRF法對34個樣品中所含元素進行定性分析，結果顯示所有樣品均檢出Cl、Ca、Mg、Si、S五種元素。首先，根據是否檢出Al元素將34個樣品分成無Al元素組（20號樣品）和含Al元素組（20號樣品外的33個樣品）。其次，根據是否檢出Sb和Pb元素將含Al元素組再分成4組。最后，根據是否檢出Ti、Ba元素進而將含Al元素組分成10組。分組情況詳見圖1。

對于SEM/EDS法不能區分的22對樣品，通過XRF法可以將其中的13對進一步區分，只有9對樣品不能區分。結合SEM/EDS法和XRF法，34個品牌的紅色電工膠帶的區分率可達98.4%。

圖1 34種電工膠帶樣品分組示意圖（XRF定性分析法）

3 討論

電工膠帶帶基的主要成分為聚氯乙烯 （PVC）樹脂，另外加入碳酸鈣等填料來調節PVC樹脂的物理和化學特性[7]，因此在帶基中通常檢出的主體元素為C、O、Cl、Ca。其中C、O多為帶基中有機物的組成元素，并且帶基中含有多種有機物，這兩種元素不適于作為樣品比對的參數。本文選擇Cl、Ca元素作為樣品比對的參數，通過SEM/EDS法的定量分析對不同品牌電工膠帶的區分率可達96.1%，與國外文獻報道SEM/EDS法對電工膠帶的區分率86%～94%[2-3]相近，本研究證實了SEM/EDS定量分析法對國內市場上常見電工膠帶區分的可行性，也為國內法庭科學領域電工膠帶物證的檢驗提供了新的思路。

帶基中的填料除碳酸鈣以外，還包括二氧化鈦、滑石粉、高嶺土、硫酸鋇等，這可通過XRF的結果得到驗證。此外，電工膠帶帶基中還會添加穩定劑（如碳酸鉛、硫酸鉛）、阻燃劑（如氧化銻、氫氧化鋁）等[2]，在本文所收集的大部分樣品中也檢出了Pb、Sb元素。微量元素也是區分樣品的重要參數，由于微量元素往往達不到SEM/EDS法的最低檢測限，而XRF法靈敏度可達10-6，能夠檢驗帶基中的微量元素，兩種分析方法結合可使樣品的區分率達到98.4%。

4 結論

通過SEM/EDS定量分析法能夠區分不同品牌的電工膠帶，SEM/EDS法與XRF法相結合通過分析電工膠帶帶基中的主體和微量元素，可以實現對同種顏色、不同品牌電工膠帶的高效區分。

[1]孫振文，權養科，陶克明，等.膠帶物證的檢驗[G].第六屆全國微量物證檢驗學術交流會論文匯編，2010：460-464.

[2]Goodpaster JV，Sturdevant AB，Andrews KL，et al.Identification and Comparison of Electrical Tapes Using Instrumental and Statistical Techniques：I.Microscopic surface texture and elemental composition[J].J Forensic Sci.，2007，52（3）：610-629.

[3]Goodpaster JV，Sturdevant AB，Andrews KL，et al.Identification and Comparison of Electrical Tapes Using Instrumental and Statistical Techniques：II.Organic Composition of the Tape Backing and Adhesive[J].J Forensic Sci.，2009，54（2）：328-338.

[4]Mehltretter AH，Bradley MJ，Wright DM.Analysis and Discrimination of Electrical Tapes：Part I.Adhesives[J].J Forensic Sci.，2011，56（1）：82-94.

[5]Merrill RA，Bartick EG.Analysis of Pressure Sensitive Adhesive Tape：I.Evaluation of Infrared ATR Accessory Advances[J].J Forensic Sci.，2000，45（1）：93-98.

[6]鄭一平，樓壽松，崔艷華，等.膠帶的紅外光譜檢驗[J].刑事技術，2006，（5）：19-22.

[7]李瓊瑤.司法物證鑒定技術[M].北京：中國民主法治出版社，2005：1155-1157.