趙鵬程

（中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110035）

紅外光譜法檢驗(yàn)汽車油漆成膜物質(zhì)的研究

趙鵬程

（中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110035）

通過(guò)對(duì)歐米采樣器和紅外顯微鏡兩種分析方式進(jìn)行比較，確定了紅外顯微鏡為本文的研究方法。通過(guò)對(duì)相同顏色的汽車油漆樣品進(jìn)行紅外光譜分析，并根據(jù)主要成膜物質(zhì)的樹(shù)脂成分進(jìn)行了分類研究。同時(shí)還對(duì)含有同類樹(shù)脂成分的汽車油漆樣品的譜圖特征的個(gè)體區(qū)分進(jìn)行了研究。

傅立葉變換紅外光譜 汽車油漆 檢驗(yàn)

隨著汽車的普及，我國(guó)的交通安全形勢(shì)日益嚴(yán)峻，交通事故頻繁發(fā)生，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，交通事故已經(jīng)成為公共安全的最大危害之一。公安機(jī)關(guān)在加強(qiáng)道路交通管理的同時(shí)，還必須完成對(duì)各種交通事故的勘驗(yàn)及責(zé)任認(rèn)定工作。現(xiàn)代車輛大量使用油漆作保護(hù)和裝飾之用，油漆是各類交通事故中出現(xiàn)頻率最高的物證。在交通事故發(fā)生的瞬間，事故相關(guān)車輛之間通常會(huì)發(fā)生較大的相互作用力，車輛表面在外力作用下發(fā)生變形、破損，油漆涂膜受到外力作用會(huì)發(fā)生碎裂或脫落，從而遺留在事故現(xiàn)場(chǎng)或附著在其他客體表面，成為證實(shí)事故發(fā)生的物證。油漆物證的檢驗(yàn)結(jié)論在確定交通事故各方相互接觸的事實(shí)、認(rèn)定肇事車輛等方面起著極其重要的作用。本文利用顯微傅立葉變換紅外光譜技術(shù)分析了90多種事故汽車的油漆樣品，根據(jù)紅外光譜數(shù)據(jù)對(duì)不同類型、不同顏色的汽車油漆進(jìn)行了分類研究，為交通事故中汽車油漆物證的檢驗(yàn)提供了科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及條件

NICOLET 5700 傅立葉變換紅外光譜儀；

金剛石壓片：分辨率4，掃描次數(shù)16，檢測(cè)器DTGS KBr分束器KBr，掃描范圍4000cm-1-400cm-1；歐米采樣器：分辨率8，掃描次數(shù)16檢測(cè)器：MCT/B，分束器KBr，掃描范圍：4000cm-1-675cm-1。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品

本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)90種不同車型、不同顏色的汽車油漆樣品進(jìn)行了紅外光譜分析及種類鑒別。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

將樣品表面用無(wú)水乙醇清洗干凈后，放在歐米采樣器的探頭下，壓緊探頭進(jìn)行檢測(cè)。

用刀片將各層樣品從漆片上刮下小塊樣本用金剛石壓片，利用傅立葉紅外顯微鏡檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)不種顏色，不同車型，不同種類油漆進(jìn)行有效地區(qū)分，本文主要考查了傅立葉變換紅外光譜儀的歐米采樣器和金剛石壓片-紅外顯微鏡兩種采樣方式在分析油漆樣品中的實(shí)際效果。

2.1 歐米采樣器和金剛石壓片采樣結(jié)果比較

圖1 金剛石壓片和歐米采樣器采集的紅外光譜圖

圖2 6號(hào)樣品三次采集的紅外光譜圖

利用歐米采樣器附件進(jìn)行光譜測(cè)定時(shí)，在制樣和光譜掃描過(guò)程中簡(jiǎn)便、省時(shí)，但是所得到紅外光譜圖信息量小，譜圖檢索后的匹配度太低，平均都在50%以下，與利用紅外顯微鏡所測(cè)的譜圖差距較大（見(jiàn)圖1），不利于進(jìn)行比對(duì)檢驗(yàn)。通過(guò)比較同一樣品的紅外光譜圖，紅外顯微鏡－金剛石壓片法獲得光譜圖的信息量大，可以作為紅外光譜法比對(duì)檢驗(yàn)油漆的采樣方法。

2.2 金剛石壓片紅外顯微鏡法檢驗(yàn)油漆樣品重現(xiàn)性考查

為了考查金剛石壓片紅外顯微鏡法的重現(xiàn)性，本文對(duì)6號(hào)樣品進(jìn)行3次檢測(cè)，其紅外光譜圖見(jiàn)圖2。利用1721cm-1/1550cm-1的峰高比，計(jì)算出三次平行試驗(yàn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.1%，證明該方法的重現(xiàn)性較好，所以確定金剛石壓片紅外顯微鏡法作為本研究的實(shí)驗(yàn)方法。

2.3 汽車油漆樹(shù)脂成分的紅外光譜分析

2.3.1 不同種類油漆樹(shù)脂成分分類

各汽車油漆樣品的紅外光譜數(shù)據(jù)表明，本實(shí)驗(yàn)中所分析的油漆樣品的成膜樹(shù)脂成分主要由醇酸樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂等組成，另外在部分轎車的油漆表面噴涂聚乙烯類的清漆見(jiàn)表1。

表1 不同汽車油漆樹(shù)脂成分的檢測(cè)結(jié)果表

醇酸樹(shù)脂漆是以多元醇、多元酸與脂肪酸經(jīng)縮聚反應(yīng)得到的高分子作為主要成膜物質(zhì)的油漆，其樹(shù)脂成分的紅外光譜特征譜區(qū)吸收峰主要包括：3460cm-1-3260cm-1、2965cm-1-2930cm-1、1610cm-1-1500cm-1、1750cm-1-1720cm-1。醇酸樹(shù)脂清漆用于建筑、車輛等木質(zhì)部分的透明涂裝。加入顏料和填料制成醇酸樹(shù)脂磁漆用于裝飾金屬和木板表面，加入防銹顏料及填料還可制成醇酸底漆和防銹漆。

以甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯共聚物為主要成膜物質(zhì)的熱塑性丙烯酸磁漆和以酯化的環(huán)氧樹(shù)脂為主要成膜物質(zhì)的環(huán)氧樹(shù)脂底漆也常用于金屬的表面涂飾。其紅外光譜的特征吸收峰主要包括：3440cm-1、2962cm-1、1726cm-1。

由聚氯乙烯樹(shù)脂經(jīng)氯化而制成的過(guò)氯乙烯樹(shù)脂和乙烯樹(shù)脂作為主要成膜物質(zhì)的油漆叫做過(guò)氯乙烯漆和乙烯樹(shù)脂漆。其紅外光譜的特征官能團(tuán)吸收峰主要包括：2926cm-1-2853cm-1、1468cm-1。鐵紅過(guò)氯乙烯底漆由過(guò)氯乙烯樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂、氧化鐵紅等制成，用于車輛、機(jī)床等鋼鐵或木材表面打底。氯乙烯磁漆是由聚氯乙烯樹(shù)脂溶解在酮類溶劑中，與顏料、填料等制成用于聚氯乙烯和其它塑料制品的裝飾。

2.3.2 相同種類油漆樣品的個(gè)體區(qū)分

相同顏色、相同樹(shù)脂成分的汽車油漆在紅外光譜圖上也會(huì)存在差別，例如藍(lán)色醇酸樹(shù)脂類的油漆中的6號(hào)和24號(hào)樣本的1550cm-1和914cm-1，紅色丙烯酸樹(shù)脂類油漆中的52號(hào)和53號(hào)樣本的858cm-1和1072cm-1處的波峰均存在差別（見(jiàn)圖3）。對(duì)于譜圖相似的樣品，可以通過(guò)峰高比例進(jìn)行區(qū)分，不同廠家的油漆樣本盡管種類相同，但仍會(huì)存在微小差別，可以作為種類區(qū)分的依據(jù)。

圖3 樹(shù)脂成分相同的同色油漆紅外光譜差異比較（上：6號(hào)和24號(hào)樣本，下：52號(hào)和53號(hào)樣本）

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)比較紅外顯微鏡和歐米采樣器兩種分析方式，證明紅外顯微鏡的分析效果要好于歐米采樣器。利用顯微傅立葉紅外光譜可以對(duì)油漆種類進(jìn)行區(qū)分，對(duì)于同種類的油漆，可以通過(guò)比較其主要官能團(tuán)的相對(duì)比值進(jìn)行個(gè)體區(qū)分。

本文系遼寧省博士科研啟動(dòng)基于項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20101135）