顯微—紅外光譜法對纖維物證的檢驗分析

白軍軍+王明智+金衛國

摘 要：刑事案件現場經常發現纖維，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構不同，采用金鋼石壓池制樣方法，結合顯微—????????????????????紅外透射技術對單根纖維進行分析，可以準確檢驗纖維的分子結構、種類。通過比對分析可以判斷案發現場的纖維與涉案人的關系，為案件的偵查提供直接證據。

關鍵詞：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，出現在刑事案件現場的一些工具、足跡、指紋等常見證據會被犯罪分子消滅、破壞，對案件證據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，也很難在現場完全清理干凈。微量物證的發現、提取逐步成為現場勘查的重點，犯罪分子的毛發、所穿戴衣物的纖維很容易遺留在案發現場，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。在纖維檢驗方面，根據文獻報道[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合可以實現在顯微鏡下直接觀察樣品，調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的基本原理

紅外光譜最廣泛的應用是對物質的化學結構進行分析，譜圖的吸收峰分別對應于分子結構中某個或某些基團，紅外光譜主要提供化學基團的信息，根據譜帶位置、強度、形狀特征，可以判斷分子結構信息。纖維種類繁多、范圍廣，出現在微量物證中的大多數檢材，包括：毛發、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%甘氨酸和丙氨酸結構組成。化學纖維是將低分子化合物經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）、經熔體紡絲制得，其分子結構中含有酯基、苯環結構，屬于聚酯纖維。錦綸是聚酰胺類合成纖維，分子結構中含有酰胺鍵（-CONH-），酰胺基之間又有一定數量的亞甲基-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。

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

光源：紅外 波長范圍：650-4000cm-1 方式：透射，低溫檢測器

掃描次數：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-1三個連續的吸收峰是苯環骨架振動吸收峰，1458 cm-1是左右式-CH2面內彎曲振動峰，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是對位取代苯環上相鄰兩個氫原子的面內彎曲振動。

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，構成特征的“M”形狀，是1546 cm-1的倍頻，這也是區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—紅外光譜技術對纖維檢驗，能夠準確判斷和區分纖維種類。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定的出現在某一個范圍內，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，結合顯微紅外技術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。顯微紅外光譜技術綜合顯微鏡與紅外光譜儀的技術優勢，使纖維檢驗更加微區化、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，嫌疑車輛左前側保險杠上發現少量紅色纖維，經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，事故現場的死者張某身上穿有一件紅色外衣，衣服的面料經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] 化學工業出版社 2010.6