衰減全反射紅外光譜（ATR）在橡膠物證分析中的應用研究

趙蘇艷

（吉林警察學院實驗技術中心，吉林 長春 130117）

橡膠同塑料、纖維并稱三大合成材料，是一類高彈性有機高分子化合物，是構成輪胎的主要原料。當今社會交通事故頻發，事故現場常會留有汽車輪胎由于摩擦而脫落的汽車輪胎橡膠顆粒。從案件分析角度看，這些橡膠顆粒是關鍵的現場物證和案件線索；從鑒定分析角度看，輪胎橡膠顆粒中存在有機官能團，具有特征紅外吸收，通過比對紅外吸收光譜圖，可以確定現場遺留汽車輪胎與肇事逃逸車輛輪胎否為同一輪胎橡膠，為案件偵查和審理提供重要依據。

目前，橡膠的檢驗方法有外觀檢驗法、燃燒實驗法、紅外光譜法[1-2]，裂解氣相色譜-質譜法[3-5]（Py-GC/MS）、工業檢驗法、掃描掃描電鏡-X射線/能譜法[6]（SEM-EDX法）、熱重法[7]等。其中紅外光譜法是分析聚合物材料的最佳選擇的技術[8]，本文采用衰減全反射ATR紅外光譜分析法測試輪胎橡膠，具有操作簡單、無需特殊處理、不損耗樣品、靈敏度高、分析速度快等優點，適應了實際辦案的需要。本文通過優化測試條件，用衰減全反射法對不同類型輪胎橡膠物證進行了比對檢驗，研究分析了成分差異，為區分和檢驗橡膠輪胎提供了參考依據。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

紅外光譜衰減全反射原理：紅外衰減全反射光譜是利用紅外光穿過高折射率晶體表面時生的衰減反射波得到的，當衰減反射波被樣品吸收，即可得到樣品的吸收光譜。晶體材料如果是水平放置的被稱為水平衰減全反射，其反射次數都多于10次，我們使用的ATR即為水平衰減全反射。衰減全反射技術在測試過程中只需微量樣品，不需要對樣品進行損壞，適合測試深顏色樣品、前期制樣復雜的樣品，或者對多層復合材料的表面進行紅外光譜測試。見圖1。

圖1 水平多次衰減全反射

1.2 實驗操作

1.2.1 實驗儀器設備

傅立葉紅外光譜儀（德國布魯克公司）；衰減全反射附件（ATR）。

1.2.2 實驗樣品

本文共收集了不同廠家不同品牌的黑色輪胎橡膠樣品7種，見樣品表。

表1 輪胎橡膠樣品Table 1 Samples of vehicle tire rubber

1.3 測試參數

分辨率：4cm-1

掃描次數：32次儀器掃描范圍：4000～6000cm-1，扣除H2O、CO2。

1.4 樣品處理

用手術刀片將輪胎胎面橡膠切出薄厚均勻的3個薄片，用干凈的棉棒沾取無水乙醇輕輕擦拭切好的薄片的兩面，而后將其浸泡在丙酮中5min，待溶劑蒸發、樣品干燥后備用。

1.5 實驗步驟

1.5.1 樣品預處理及紅外光譜圖測定

1） 將紅外光譜儀（ATR） 按照儀器要求進行調試，確保儀器穩定。檢查信號，校準光路，采集背景光譜；

2）將輪胎橡膠薄片放在水平ATR儀的鍺金屬表面上并壓平；

3）采集樣品的紅外光譜；

4）紅外光譜圖處理：對采集到的FTIR光譜圖進行基線較準和氣氛補償處理。

2 結果與討論

從紅外光譜看（圖1～圖7），圖1-7在2840cm-1、2919cm-1處均有兩個較強吸收峰，是橡膠中飽和烷基C-H的伸縮振動吸收峰；1360～1470cm-1處的吸收峰為飽和烷基碳氫鍵的彎曲振動吸收峰。3000～3100 cm-1處的吸收峰為苯環上C-H伸縮振動，1592cm-1，1600cm-1的苯環骨架振動，700-760cm-1的苯環上C-H面外變形振動。結合資料調研，初步判斷各輪胎的主要化學成分為丁苯橡膠。除此之外，圖1～圖6各機動車輪胎紅外光譜中均在1639cm-1和 1540cm-1處出現類似“羊角狀”特征峰，為酰胺譜帶特征峰，表明有少量蛋白質存在，這是橡膠輪胎中混合有天然橡膠的體現。與圖1～圖6機動車輪胎相比，非機動車圖7則在1000～1600cm-1形成部分無規律的疊峰。在1000cm-1以下指紋區， 圖1～圖6紅外吸收峰極仍較為相似，圖7雖有部分吸收但并不明顯。

綜上，機動車輪胎圖1～圖6的紅外吸收峰特征吸收峰位置較為接近，非機動車輪胎圖7吸收峰較機動車輪胎弱，與機動車吸收有明顯差異。另外，同為機動車輪胎，不同品牌的紅外吸收峰的強度和位置略有差別，這是因為雖然主要成分一致，但各品牌由于制造工藝、有機助劑或填料不同，會使紅外光譜圖中特征峰的峰數、峰位、峰強產生位移或偏差，形成紅外譜圖的細微差別，因此，本文檢測的七種譜圖可作為對應型號輪胎的參考比對譜圖。對未知樣品進行紅外光譜圖測試時，可以通過比較標準譜圖，予以區分鑒別。

4 結語

本文利用傅立葉紅外衰減全反射（ATR）法對市面上不同廠家和品種輪胎橡膠樣品進行了檢測，無需復雜樣品前處理過程，操作簡便，在微量物證上屬于無損檢驗，適用于輪胎橡膠擦劃痕跡和微小顆粒的檢測，具有較好的實用價值。同時，本文對不同類型輪胎橡膠物證進行了比對檢驗，研究分析了成分差異，為區分和檢驗橡膠輪胎提供了參考。在具體實踐中，該方法可以幫助提高工作效率，排除嫌疑車輛。但在具體案件中，仍必須結合調查走訪、監控影像等其他證據予以綜合判斷。

圖1 固特異輪胎

圖2 錦湖輪胎

圖3 鄧祿普輪胎

圖4 萬力輪胎

圖5 佳通輪胎

圖6 馬牌輪胎

圖7 自行車輪胎