紅外光譜檢驗快遞塑料包裹袋的研究

韓 瑞，姜 紅，陳煜太

(中國人民公安大學 刑事科學技術學院，北京 100038)

0 前言

在各類案件現場中經常能提取到快遞塑料包裹袋物證，常見快遞塑料包裹袋主要為聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯(PVC)等[1]。為了降低成本，提高性能，通常會在生產加工過程中添加一些填料，比如碳酸鈣、硫酸鋇、滑石粉等。通過對這些快遞塑料包裹袋物證進行檢驗，達到區分不同快遞塑料包裹袋的目的，可以為偵查破案提供線索，指明方向，為證實犯罪提供科學的依據。目前，檢驗塑料的方法很多，主要有紅外光譜法、裂解氣相色譜法、熱分析法、掃描電鏡/能譜法、X射線熒光光譜法等[2-5]。實驗中利用傅里葉變換紅外光譜法對塑料快遞包裹袋進行檢驗分析，實驗結果準確可靠，重現性好，且不破壞檢材[6]。

1 實驗儀器和樣品

1.1 實驗儀器和測定參數

傅立葉變換紅外光譜(FTIR)儀：Nicolet iN10 MX,美國賽默飛世爾。

Smart Performer采樣器：美國賽默飛世爾。

測定參數：掃描次數為32次，波數范圍為4 000～500 cm-1，分辨率為4 cm-1。

1.2 實驗試劑

無水乙醇(分析純)。

1.3 實驗樣品

收集各地圓通、韻達、中通、順豐等快遞公司快遞塑料包裹袋樣品55個(見表1)。

表1 快遞塑料包裹袋樣品

續表1

2 實驗過程

2.1 實驗方法

將樣品用乙醇棉簽擦拭干凈，置于Smart Performer采樣器上，擰緊探頭，按照上述實驗條件，利用反射法進行檢驗。

2.2 重現性實驗

選擇1#樣品韻達公司快遞包裹袋，剪取面積為0.5 cm×0.5 cm，利用反射法，在相同檢測條件下重復測定5次。

2.3 最小檢出量實驗

選擇9#樣品圓通快遞公司包裹袋，分別剪取面積約為1.0 cm×1.0 cm，0.8 cm×0.8 cm，0.5 cm×0.5 cm，0.3 cm×0.3 cm，0.2 cm×0.2 cm的5塊樣品，分別對其進行檢測。

2.4 快遞塑料包裹袋的紅外光譜分析

根據不同樣品的紅外光譜圖中特征吸收峰的峰數、峰位、峰形及峰強的不同對其加以區分。

3 結果與討論

3.1 重現性實驗結果

對1#韻達快遞塑料包裹袋樣品在相同條件下重復測定5次。測定的紅外光譜吸收峰的峰數、峰位和峰形基本一致(見圖1)，表明利用傅里葉變換紅外光譜儀檢驗快遞塑料包裹袋的方法準確可靠。

圖1 1#樣品的紅外光譜圖

3.2 最小檢出量實驗結果

對9#圓通樣品不同面積的5個樣品進行測定，實驗結果顯示，當檢測樣品的面積為0.2 cm×0.2 cm時，譜圖吸收峰發生較大變化。因此，該實驗的樣品最小檢出量應為0.3 cm×0.3 cm。

3.3 快遞塑料包裹袋樣品的紅外譜圖分析

按照物質成分分析，快遞封裝袋屬于聚合物類材料，其主要包括聚合物基體和填料兩部分。根據分析聚合物基體成分分析，實驗研究中收集的絕大多數快遞塑料包裹袋的紅外光譜圖基本相似，主要分為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)三類，其中6#樣品和21#分別是PET基和PP基，其余樣品均為PE基。實驗中利用50#快遞塑料包裹袋樣品的紅外光譜圖作為代表。聚乙烯的鏈接結構式均為—CH2—CH2—，因此它們的紅外光譜圖很相似，均在2 914 cm-1左右有CH2的不對稱伸縮振動吸收、2 847 cm-1左右有CH2的對稱伸縮振動吸收、1 472 cm-1附近有CH2的彎曲振動吸收、718 cm-1附近有CH2的搖擺振動吸收。聚乙烯有一定的結晶度，一個晶胞中的兩個大分子有時會產生偶合振動，引起CH2彎曲振動和搖擺振動譜帶分裂，在1 472 cm-1和1 462 cm-1、730 cm-1和718 cm-1處分別產生一對雙峰(見圖2)。

圖2 50#樣品的紅外光譜圖

通過對所有紅外譜圖分析比較后。發現這些快遞塑料包裹袋樣品檢出結果是有差異的。可以在樣品譜圖的800～1 000 cm-1、1 000～1 300 cm-1、1 300～1 800 cm-1、2 700～3 000 cm-1這4個區域內進行分析，判斷樣品中添加的不同添加劑。在不同廠家的實驗樣本中，有一部分樣本的紅外譜圖在800～1 000 cm-1的振動頻率范圍內特征吸收峰的數目較多。874.11 cm-1、847.85 m-1以及1 500～1 300 cm-1間的寬強吸收為碳酸鈣的吸收[7-9](見圖3)。

圖3 8#樣品的紅外光譜圖

6#樣品顏色為白色，鏡面狀，表面光滑，外觀較為特殊，經紅外光譜檢測，該種塑料快遞包裹袋表面存在聚對苯二甲酸乙二醇酯成分，如圖4所示。

圖4 6#樣品的紅外光譜圖

3.4 聚乙烯快遞袋的區分研究

經紅外光譜分析表明，實驗收集的大多數快遞袋材質均為聚乙烯基體，這些樣品的區分只能通過對于特征峰的相對峰強度進行研究，研究發現波數位于1 021 cm-1和1 240 cm-1處的吸收峰具有一定特征性，能夠用于判斷類別，依據是否存在吸收峰，將樣品區別為4大類，區分結果見表2。

表2 樣品的分類結果

注：峰值前面的“+”號代表存在吸收峰，峰值前面的“-”號代表不存在吸收峰。

在Ⅰ類樣品選取47#樣品為例，在1 021 cm-1和1 240 cm-1處附近存在吸收峰(見圖5)。在Ⅱ類樣品選取5#樣品為例，在1 021 cm-1處附近存在吸收峰，而在1 240 cm-1處附近不存在吸收峰(見圖6)。在Ⅲ類樣品選取11#樣品為例，在1 021 cm-1處附近無吸收峰，而在1 240 cm-1附近存在吸收峰(見圖7)。在Ⅳ類樣品選取1#樣品為例，在1 021 cm-1和1 240 cm-1處附近都不存在吸收峰(見圖8)。

圖5 第Ⅰ類47#樣品的紅外光譜圖

圖6 第Ⅱ類5#樣品的紅外光譜圖

圖7 第Ⅲ類11#樣品的紅外光譜圖

圖8 第Ⅳ類1#樣品的紅外光譜圖

從表2中可以看出，研究收集的樣品成分相似度較高，并且集中在第Ⅱ類和第Ⅳ類中。可以根據樣品相對峰高比的不同，將樣品進一步加以區分。選取波數位于1 461 cm-1和1 425 cm-1處聚乙烯與碳酸鈣重疊區域吸收峰的相對強弱作為區分標準，標記為H(1 461/1 425)，進一步細化第Ⅱ類和第Ⅳ類中樣品的差異，以第Ⅱ類和第Ⅳ類樣品為例，分組結果見表3和表4。

表3 第Ⅱ類樣品分組結果

表4 第Ⅳ類樣品分組結果

對于每一組的樣品可以再根據外/內顏色的不同進行區分，以Ⅱ-3組的4個樣品為例，24#(黑/黑)、39#(黑灰/黑)、42#(黑/黑)、45#(白/黑)，可以將39#和45#區分開，24#和42#又可以根據譜圖中相對峰高比H(874/718)的不同加以區分，H(874/718)24>H(874/718)42(見圖9和圖10)。其他組的樣品也可以根據吸收峰的細微差別加以區分。

圖9 24#樣品的紅外光譜圖

3.5 同一快遞公司不同快遞塑料包裹袋樣品的紅外譜圖分析

顏色相同、成分相同的10#樣品、20#樣品紅外譜圖見圖11。在1 428 cm-1，873 cm-1附近和3 625.06 cm-1、1 015 cm-1，667 cm-1附近兩個譜圖吸收峰頻率相同但強度不同，經分析比較可知，兩樣品因在生產過程中所加的碳酸鈣量不同，導致這兩樣品紅外譜圖吸收峰的強度不同。所以，同一快遞公司的快遞塑料，其添加的某些添加劑可能會有所不同，據此也可對同一公司不同快遞塑料包裹袋樣品進行區分。

圖10 42#樣品的紅外光譜圖

圖11 10#樣品和20#樣品的紅外光譜圖

4 結論

本文利用傅里葉變換紅外光譜法對不同快遞公司快遞塑料袋樣品進行了分析檢驗，實驗結果表明，可以根據樣品特征吸收峰的不同對快遞塑料包裹袋樣品進行區分。在刑事案件中發現快遞塑料包裹袋時，可以利用傅里葉變換紅外光譜法進行檢驗，進而達到對樣品快遞塑料包裹袋區分的目的，可以為偵查破案提供線索，指明方向，為證實犯罪提供科學的依據。該方法對檢材無損，檢驗快捷方便，結果可靠。