鞋帶纖維的紅外光譜與顯微形態分析

熊甜麗，孫杰燕，周娟，史曉凡

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

鑒定科學Research Paper

鞋帶纖維的紅外光譜與顯微形態分析

熊甜麗1，孫杰燕2，周娟1，史曉凡1

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

目的利用傅立葉顯微紅外光譜技術對鞋帶纖維的種屬進行分析，并采用生物顯微鏡對纖維形態進行進一步確認，以達到分析纖維種屬的目的。方法收集了34個不同品牌、型號鞋子的鞋帶纖維，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。結果紅外光譜表明，34個鞋帶樣品中28個樣品為聚酯纖維，5個樣品為纖維素纖維，1個樣品為聚酯與纖維素混紡而成。顯微形態表明，5個纖維素纖維樣品及1個混紡纖維中的纖維素均呈現出扁平、帶狀、扭曲的特征，與棉纖維的顯微形態一致。結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幾率較高的微量物證，常用于紡織纖維檢驗的方法有顯微鏡法、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，操作簡便，不破壞檢材等優勢而廣泛用于紡織纖維的檢驗。

在部分刑事案件中，繩索、鞋帶等帶式紡織品是常見物證，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白色、黑色兩個色系的34種不同品牌、不同款式鞋的鞋帶纖維的成分進行了分析，在此基礎上采用生物顯微鏡法對纖維素纖維的形態特征進行了鑒定，由此對各種鞋帶樣品纖維的種屬進行了鑒別。

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Thermo公司）。

MoticBA210生物顯微鏡，Motic體視顯微鏡（麥克奧迪實業集團有限公司）。

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，再用手術刀片切取合適長度，于金剛石池上制樣后，使用紅外顯微鏡進行紅外光譜分析。測定參數：掃描次數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，于生物顯微鏡下進行形態特征分析。

2　結果與討論

2．1鞋帶纖維的紅外光譜分析

10個白色鞋帶纖維樣品均具有聚酯纖維的紅外光譜特征。24個黑色鞋帶中的28號樣品比較特殊，分離成單根狀態分別測定時，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個樣品中18個具有聚酯的紅外光譜特征，5個具有纖維素纖維的光譜特征，見圖1～2及表2。

圖1　5號和1 2號鞋帶纖維樣品的紅外光譜圖

圖2　2 8號鞋帶纖維樣品的紅外光譜圖

表2　鞋帶種類表

聚酯纖維是由有機二元酸和二元醇縮聚而成的聚酯經紡絲所得的合成纖維，工業化大量生產的聚酯纖維是用聚對苯二甲酸乙二醇酯

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

具有纖維素結構特征的纖維包括棉、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，每個葡萄糖殘基上的三個羥基和一個苷鍵是其特征官能團。圖1中12號樣品的紅外光譜圖上3 345 cm-1處寬而強的特征吸收峰是O-H的伸縮振動吸收峰；譜圖中的最強吸收峰是位于1 060 cm-1處，其兩側有一些弱的肩峰，是O-H的伸縮振動和C-O-C伸縮振動的組合峰。具有此類紅外光譜特征的鞋帶纖維為纖維素纖維。

28號樣品的單絲纖維分別表現出聚酯纖維和纖維素纖維的紅外光譜特征，由此可知，28號鞋帶由聚酯纖維和纖維素二種纖維混紡構成。

2．2鞋帶纖維的形態特征分析

生物顯微鏡下觀察樣品的縱表面形態特征，第Ⅱ類纖維樣品均呈現出扁平、帶狀、扭曲的形態特征，與棉纖維的縱表面形態特征相同；28號樣品中有的纖維的縱表面形態特征為平直、光滑，有的表現出扁平、帶狀、扭曲的形態特征。通過形態特征的檢驗，進一步確認，28號鞋帶是聚酯和棉的混紡纖維，如下圖3。

圖3　二個鞋帶纖維的形態特征

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廠家不同，其生產工藝、原料等會有所不同，由此導致鞋帶纖維的結構會有一些差異，而這些差異會導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，部分樣品的兩個特征峰峰高比存在差異。圖4為白色鞋帶1號、8號的紅外光譜圖，1號樣品H727：H1724≈1，而8號樣品H727：H1724≈0．67。圖5中10號、16號和21號三個黑色樣品紅外光譜圖中727 cm-1和1 724 cm-1的相對峰高比同樣存在明顯差異。

圖4　兩個白色鞋帶纖維樣品的紅外光譜圖

造成727 cm-1和1 724 cm-1這兩個特征峰峰高比差異的原因有待進一步實驗探索。

圖5　三個黑色鞋帶纖維樣品的紅外光譜圖

3　結論

傅立葉變換顯微紅外光譜法快速無損分析纖維成分的一種方法。34個白色、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。

將紅外光譜結果與纖維的顯微形態相結合，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］周學之．中國刑事科學技術大全：理化物證檢驗學［M］．北京：中國人民大學出版社，2002：248-296．

［2］馮計民．紅外光譜在微量物證分析中的應用［M］．北京：化學工業出版社，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．

［4］Causin V，Marega C，Sehiavone S，etal．Forensic Analysis of Acrysic Fibers by Pyrolysis-Gas Chromatography/Mass Spectrometry［J］．Journalof Analyticaland Applied Pyrolysis，2006，75（1）：43-48．

［5］邢聲遠．紡織纖維鑒別方法［M］．北京：中國紡織出版社，2004：270-339．

［6］何林濤，張振宇．公共安全中的化學問題研究進展［C］．北京：中國人民公安大學出版社，2013（8）：571-583．

［7］翁詩甫．傅立葉變換紅外光譜儀［M］．北京：化學工業出版社，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。