顯微—紅外光譜法對纖維物證的檢驗分析

白軍軍+王明智+金衛(wèi)國

摘 要：刑事案件現(xiàn)場經(jīng)常發(fā)現(xiàn)纖維，對纖維進行檢驗、鑒別可以為案件的偵查提供有效線索。不同纖維由于化學結(jié)構(gòu)不同，采用金鋼石壓池制樣方法，結(jié)合顯微—????????????????????紅外透射技術(shù)對單根纖維進行分析，可以準確檢驗纖維的分子結(jié)構(gòu)、種類。通過比對分析可以判斷案發(fā)現(xiàn)場的纖維與涉案人的關(guān)系，為案件的偵查提供直接證據(jù)。

關(guān)鍵詞：纖維；顯微紅外光譜；微量物證；金剛石壓池

隨著犯罪分子反偵察意識的提高，出現(xiàn)在刑事案件現(xiàn)場的一些工具、足跡、指紋等常見證據(jù)會被犯罪分子消滅、破壞，對案件證據(jù)的提取造成較大困難。但是一些量少體微的物證不容易被毀滅、消失，也很難在現(xiàn)場完全清理干凈。微量物證的發(fā)現(xiàn)、提取逐步成為現(xiàn)場勘查的重點，犯罪分子的毛發(fā)、所穿戴衣物的纖維很容易遺留在案發(fā)現(xiàn)場，提取并檢驗這類物證對案件的偵查能提供重要線索，是法庭訴訟中的重要證據(jù)。在纖維檢驗方面，根據(jù)文獻報道[1-3]常用的檢驗方法主要有外觀檢驗法、偏振光顯微鏡檢驗法、紅外光譜法等，其中紅外光譜法是鑒別高聚物種類常用的檢驗方法，目前樣品的制備大多都是用溴化鉀壓片法，制樣方法是將一定量的纖維混入溴化鉀粉末中，進行研磨，研磨至直徑為10um左右的顆粒，用壓片工具壓制成透明的窗片再進行分析。而顯微鏡與紅外光譜儀的結(jié)合可以實現(xiàn)在顯微鏡下直接觀察樣品，調(diào)整光闌大小同步進行測定，這種制樣方法相對的簡單易操作。本實驗采用金剛石壓池制備纖維樣品，樣品制備更加簡單、快速，能夠達到每兩分鐘測定一張紅外譜圖。

1 傅里葉變換紅外光譜法分析纖維及其表面物質(zhì)的基本原理

紅外光譜最廣泛的應用是對物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)進行分析，譜圖的吸收峰分別對應于分子結(jié)構(gòu)中某個或某些基團，紅外光譜主要提供化學基團的信息，根據(jù)譜帶位置、強度、形狀特征，可以判斷分子結(jié)構(gòu)信息。纖維種類繁多、范圍廣，出現(xiàn)在微量物證中的大多數(shù)檢材，包括：毛發(fā)、衣物或織物纖維紗、線、繩等。纖維分為天然纖維、人造纖維和化學合成纖維三大類[4]，天然纖維有植物和動物纖維，植物纖維主要成分是纖維素，纖維素含有醚鍵和羥基。動物纖維指動物的皮毛或蠶絲，如：羊毛主要由羊毛角朊組成，含有8種不同的氨基酸，含有3%～4%的硫；蠶絲由角朊和絲纖朊組成主要含60%甘氨酸和丙氨酸結(jié)構(gòu)組成。化學纖維是將低分子化合物經(jīng)過化學合成為高分子化合物再加工成纖維，常見的有滌綸、錦綸、腈綸、氨綸、維綸等。滌綸是聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、經(jīng)熔體紡絲制得，其分子結(jié)構(gòu)中含有酯基、苯環(huán)結(jié)構(gòu)，屬于聚酯纖維。錦綸是聚酰胺類合成纖維，分子結(jié)構(gòu)中含有酰胺鍵（-CONH-），酰胺基之間又有一定數(shù)量的亞甲基-CH2-，大分分子的端基為氨基-NH2和羧基-COOH，其紅外光譜中主要特征帶均和這些基團有關(guān)。

2 材料與方法

2.1 實驗儀器

顯微紅外光譜儀（賽默飛IN10）、體式顯微鏡、金剛石壓池附件

2.2 儀器參數(shù)

光源：紅外 波長范圍：650-4000cm-1 方式：透射，低溫檢測器

掃描次數(shù)：16 分辨率：8cm-1 模式：透過率

2.3 實驗樣品

天然纖維：羊毛、棉 化學纖維：滌綸、錦綸

2.4 實驗方法

在體式顯微鏡下分別取：羊毛、棉、滌綸、錦綸纖維一根，放入金剛石壓池旋緊、擠壓，成扁平狀，取下金剛石壓池蓋放入顯微紅外儀載物臺，操縱載物臺在顯微鏡下找到纖維，調(diào)整光闌大小，采集背景、進行紅外掃描，分別得到四種纖維紅外光譜圖，見圖1～圖4。

3 結(jié)果與分析

羊毛的紅外光譜圖（見下圖1），圖中3301cm-1是-OH和NH的組合吸收峰，峰形具有寬而且強的特征；1653 cm-1、1532 cm-1、1239 cm-1分別是酰胺I、酰胺II和酰胺III的吸收峰。1653 cm-1至1071 cm-1之間的吸收形成明顯的特征。

棉纖維的紅外光譜圖（見下圖2），3354 cm-1左右的寬強吸收為羥基-OH的伸縮振動峰；譜帶在1061 cm-1左右有最強吸收帶，并且在主峰兩側(cè)有1040 cm-1、1107 cm-1兩個較弱的肩峰，這是纖維分子中醚鍵和羥基的吸收峰，1434 cm-1為CH-O中CH的彎曲振動吸收峰，2895 cm-1是CH的伸縮振動峰。

滌綸的紅外光譜圖（見下圖3）， 圖中，3436 cm-1為羥基-OH的伸縮振動峰，3051 cm-1是苯環(huán)上的-CH伸縮振動峰，2969 cm-1、2908 cm-1分別是CH2的不對稱伸縮振動和對稱伸縮振動，1721 cm-1最強的吸收峰是C=O的伸縮振動，1617 cm-1、1579 cm-1、1509 cm-1三個連續(xù)的吸收峰是苯環(huán)骨架振動吸收峰，1458 cm-1是左右式-CH2面內(nèi)彎曲振動峰，1409 cm-1是O-CH2彎曲振動，1246 cm-1較強的吸收峰是C-O反對稱伸縮振動，1104 cm-1是左右式C-O對稱伸縮振動，1018 cm-1是對位取代苯環(huán)上相鄰兩個氫原子的面內(nèi)彎曲振動。

錦綸的紅外光譜圖（見下圖4）， 圖中有酰胺基團非常明顯的三條特征譜帶：1640 cm-1是酰胺基中C=O伸縮振動，稱之為酰胺I譜帶、1541 cm-1是酰胺基中N-H彎曲和C-N伸縮振動的組合吸收峰，稱作酰胺II譜帶、1270cm-1主要是C-N伸縮振動和N-H彎曲振動的組合吸收峰，稱為酰胺III譜帶，3080 cm-1位于3300 cm-1和2932 cm-1兩個強吸收帶中間，構(gòu)成特征的“M”形狀，是1546 cm-1的倍頻，這也是區(qū)別毛纖維中一個重要的特征，2932 cm-1是CH2伸縮振動峰，3300 cm-1是成氫鍵的N-H伸縮振動吸收峰。

4 討論

實驗表明，采用顯微—紅外光譜技術(shù)對纖維檢驗，能夠準確判斷和區(qū)分纖維種類。紅外光譜圖中每種纖維的吸收光譜具有典型特征，不同化合物中相同化學基團的紅外吸收譜帶總是相對穩(wěn)定的出現(xiàn)在某一個范圍內(nèi)，因此利用紅外光譜法檢驗纖維種類具有可靠性。采用金鋼石壓池附件特殊制樣手段，結(jié)合顯微紅外技術(shù)特點可以有效避免污染物對紅外譜圖的影響，保證檢驗精度、準確性、重現(xiàn)性，可以消除一些表面附著物對纖維檢驗的影響。顯微紅外光譜技術(shù)綜合顯微鏡與紅外光譜儀的技術(shù)優(yōu)勢，使纖維檢驗更加微區(qū)化、可視化、高精度和高靈敏度。

案例剖析：在甘肅省XX市的一起交通案件中，嫌疑車輛左前側(cè)保險杠上發(fā)現(xiàn)少量紅色纖維，經(jīng)過金剛石壓池的方法檢驗出此類纖維屬于滌綸和棉的混合纖維，事故現(xiàn)場的死者張某身上穿有一件紅色外衣，衣服的面料經(jīng)檢驗為滌綸和棉的混紡織物，通過比對分析嫌疑車上的纖維和死者身上的衣服纖維屬同種類，由此，為案件的偵破提供了重要的線索。

參考文獻

[1]胡惠強 偏振光顯微鏡定性分析PET和PTT纖維[J] 中國纖維 2013.8

[2]廖幗英 兔毛、 狐貍毛、 貉子毛和水貂毛鑒別的研究[J]，中國纖維 2015.9

[3]余靜 李文君 揭冬梅 應用紅外光譜技術(shù)檢驗交通肇事案件物證的研究[J] 公共安全化學研究論叢

[4]馮計明 紅外光譜在微量物證分析中的應用 第六章紡織纖維的紅外光譜[J] 化學工業(yè)出版社 2010.6