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        基于實(shí)時(shí)直接分析串聯(lián)高分辨質(zhì)譜的紅色印泥油種類(lèi)鑒別

        2017-12-06 07:59:01張清華朱仲良
        中國(guó)司法鑒定 2017年6期
        關(guān)鍵詞:分析檢測(cè)

        王 悅,張清華,朱仲良,楊 旭

        (1.同濟(jì)大學(xué),上海200092;2.司法鑒定科學(xué)研究院上海市司法鑒定專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái),上海200063)

        基于實(shí)時(shí)直接分析串聯(lián)高分辨質(zhì)譜的紅色印泥油種類(lèi)鑒別

        王 悅1,2,張清華2,朱仲良1,楊 旭2

        (1.同濟(jì)大學(xué),上海200092;2.司法鑒定科學(xué)研究院上海市司法鑒定專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái),上海200063)

        目的 建立紅色印泥印油的快速無(wú)損分析方法,實(shí)現(xiàn)不同種類(lèi)印泥印油的快速鑒別。方法 應(yīng)用實(shí)時(shí)直接分析-高分辨質(zhì)譜(DART-HRMS)技術(shù),對(duì)67個(gè)不同品牌不同種類(lèi)的紅色印泥印油進(jìn)行直接無(wú)損分析,獲取質(zhì)譜信息。 結(jié)果 采用偏最小二乘判別分析法(PLS-DA)及系統(tǒng)聚類(lèi)法(HCA)對(duì)紅色印油印泥進(jìn)行了分類(lèi),依據(jù)高分辨質(zhì)譜信息及標(biāo)準(zhǔn)物對(duì)照實(shí)現(xiàn)印泥印油中顏料紅21、羅丹明B、聚丙烯醇和聚乙二醇類(lèi)物質(zhì)的快速定性分析,進(jìn)一步完成了不同種類(lèi)印泥印油的區(qū)分。結(jié)論 本研究建立的區(qū)分方法快速、無(wú)損、準(zhǔn)確、無(wú)需樣品前處理,為物證鑒定工作中印泥印油種類(lèi)的鑒別提供了依據(jù)。

        紅色印油印泥;無(wú)損檢測(cè);實(shí)時(shí)直接分析-高分辨質(zhì)譜;偏最小二乘判別分析

        印章印文的使用在中國(guó)具有悠久的歷史,廣泛應(yīng)用于各類(lèi)契約、合同、借據(jù)等法律文書(shū)的簽訂,具有廣泛的認(rèn)可度和較高的法律效力[1-2]。近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)犯罪率的不斷升高,印章印文真?zhèn)渭靶纬蓵r(shí)間鑒定成為文書(shū)司法鑒定的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的印文鑒定通常采用宏觀或顯微分析法進(jìn)行形態(tài)檢驗(yàn),對(duì)印文材料的關(guān)注相對(duì)較少。隨著現(xiàn)代儀器分析技術(shù)的發(fā)展,儀器分析在印章印文材料分析中越來(lái)越受到重視。

        印油印泥等蓋印材料主要是由色料、溶劑及助劑組成的復(fù)雜混合物。高效液相色譜-質(zhì)譜(HPLCMS)[3-5]、氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)[6]及薄層色譜法[7-8]是印文材料分析中常用的方法,但這些方法對(duì)文件材料具有一定的破壞性,難以保證可能具有法律效應(yīng)的文件的完整性。拉曼光譜[9]等光譜分析方法雖然能夠進(jìn)行無(wú)損檢測(cè),但獲取的物質(zhì)組成信息相對(duì)較少化學(xué)特異性不夠,對(duì)于印文材料的區(qū)分與識(shí)別,有相當(dāng)?shù)木窒扌浴?/p>

        實(shí)時(shí)直接分析(DirectAnalysisinRealTime,DART)技術(shù)是由Cody Rober等[10]研究發(fā)明的一種大氣壓環(huán)境下的離子化技術(shù),通過(guò)惰性氣體的激發(fā),實(shí)現(xiàn)待測(cè)樣品表面分子的瞬間離子化。該技術(shù)離子化效率高,無(wú)需溶劑輔助,操作簡(jiǎn)便,可以直接對(duì)固、液、氣等多種形態(tài)的樣品進(jìn)行分析,目前已被應(yīng)用于食品檢測(cè)[11-12]、藥品控制[13-15]、毒品分析[16]等多個(gè)研究領(lǐng)域。鑒于該技術(shù)具有微區(qū)、無(wú)損的特點(diǎn),在印文材料分析中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

        偏最小二乘判別分析法(PLS-DA)是一種有監(jiān)督的建模數(shù)據(jù)分析方法,常用于聚類(lèi)分析;系統(tǒng)聚類(lèi)法(HCA)是一種經(jīng)典的多元統(tǒng)計(jì)分析方法。利用這兩種方法對(duì)印泥印油樣品的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析,可以更加清晰的看出樣品的分類(lèi)情況,以此進(jìn)行模式識(shí)別分類(lèi)。

        本文擬建立實(shí)時(shí)直接分析-高分辨質(zhì)譜(DART-HRMS)方法對(duì)不同品牌、不同種類(lèi)的紅色印油印泥材料的分析方法,采用標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)照,結(jié)合偏最小二乘判別分析法及系統(tǒng)聚類(lèi)法,實(shí)現(xiàn)印章印文材料的快速無(wú)損分析與鑒別,為印章印文的鑒定提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 儀器

        實(shí)時(shí)直接分析離子源(Ion Sense公司),Q-Exactive Obitrap高分辨質(zhì)譜儀(Thermo Scientific公司)。DART參數(shù)為:45°角吹掃模塊,離子源解離氣體為氦氣、溫度為250℃。質(zhì)譜分析參數(shù)為:正離子模式,全掃描(Full Scan),掃描范圍為m/z 70~1 000,分辨率為35 000。

        1.2 印油印泥樣品與標(biāo)準(zhǔn)品

        67種紅色印油印泥樣品分別購(gòu)買(mǎi)于上海市場(chǎng)和京東商城(表1);紙張為80 g的A4復(fù)印紙(億王紙業(yè)有限公司);羅丹明B標(biāo)準(zhǔn)品和顏料紅21標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)。

        表1 印油印泥樣品

        續(xù)表1

        1.3 方法

        1.3.1 樣品制備

        采用潔凈棉簽蘸取適量印油印泥樣品均勻涂抹于6 cm×2 cm規(guī)格的紙張上,靜置2 h待測(cè)。

        1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)品制備

        分別取少量羅丹明B標(biāo)準(zhǔn)品、顏料紅21標(biāo)準(zhǔn)品溶解于甲醇中,配制成1 mg/mL溶液備用。

        1.3.3 檢測(cè)

        (1)樣品檢測(cè):檢測(cè)時(shí)將制備好的樣品固定在金屬樣品架上,置于DART離子源氣流出口和質(zhì)譜進(jìn)樣口之間,采集6 s質(zhì)譜信號(hào),取平均質(zhì)譜圖。

        (2)標(biāo)準(zhǔn)品檢測(cè):用玻璃棒蘸取稀釋后的標(biāo)準(zhǔn)品溶液,將玻璃棒固定于金屬樣品架上,采集6s質(zhì)譜信號(hào),取平均質(zhì)譜圖。

        1.3.4 重現(xiàn)性考察

        隨機(jī)抽取S42樣品,按照1.3.1項(xiàng)下平行制樣6份進(jìn)行檢測(cè),考察結(jié)果重現(xiàn)性。

        1.3.5 數(shù)據(jù)處理

        數(shù)據(jù)分析使用Xcalibur 3.0和Matlab軟件。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 重現(xiàn)性

        6份S42樣品的檢測(cè)圖譜見(jiàn)圖1。6份樣品質(zhì)譜圖中m/z 149.02與279.16峰高比值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為3.4%,說(shuō)明此方法重現(xiàn)性較好。

        圖1 6份S42樣品的高分辨質(zhì)譜圖

        2.1 PLS-DA及HCA分析

        將采集獲得的67份質(zhì)譜數(shù)據(jù)經(jīng)整合處理后,采用PLS-DA及HCA進(jìn)行聚類(lèi)分析,圖2為主成分三維投影圖,圖3為其系統(tǒng)聚類(lèi)圖。

        圖2 印油印泥樣品三維投影圖

        在主成分三維投影圖及系統(tǒng)聚類(lèi)圖中,光敏印油(多為進(jìn)口印油)與原子印油、印臺(tái)在第二主成分方向上能夠獲得良好區(qū)分,說(shuō)明兩者的化學(xué)成分有明顯差異。S54的印油為Artline牌金屬印章專(zhuān)用印油,其產(chǎn)品標(biāo)簽并未注明印油種類(lèi),根據(jù)聚類(lèi)結(jié)果結(jié)合質(zhì)譜圖可將其劃為光敏印油一類(lèi)。

        印臺(tái)與原子印油在投影結(jié)果中雖然具有一定的區(qū)分率,但根據(jù)系統(tǒng)聚類(lèi)結(jié)果,兩者的分布距離較近,說(shuō)明印臺(tái)與原子印油的化學(xué)成分具有一定的相似性,同時(shí)亦存在不同之處。

        在印臺(tái)樣品中,S4、S20、S21、S22、S26 與其他印臺(tái)樣品在距離分布相對(duì)較遠(yuǎn),說(shuō)明兩者在化學(xué)成分上具有一定的差異。印臺(tái)的生產(chǎn)工藝一般是將印油涂抹于印臺(tái)載體上,不同廠家在生產(chǎn)不同印臺(tái)時(shí)具體灌注的印油種類(lèi)不一,對(duì)于其進(jìn)一步的區(qū)分與識(shí)別難度相對(duì)較大。

        另外,傳統(tǒng)工藝的印泥成分較為復(fù)雜,通過(guò)聚類(lèi)分析方法難以將其與印臺(tái)、印油進(jìn)行區(qū)分。

        2.3 質(zhì)譜定性鑒別分析

        顏料紅 21(C23H16ClN3O2)的分子量為 401.85,離子化過(guò)程中脫去Cl-加H+得到m/z 368.14,脫去氯苯基偶氮基團(tuán)加H+得到m/z 264.10的碎片離子;羅丹明 B(C28H31ClN2O3)的分子量為 478.01,離子化過(guò)程中脫去 Cl-得到 m/z 443.23(圖4)。

        投影聚類(lèi)及系統(tǒng)聚分析法能夠?qū)τ∧唷⒂∮图坝∨_(tái)樣品進(jìn)行初步分類(lèi)識(shí)別,但很難獲得進(jìn)一步的細(xì)化分類(lèi)結(jié)果,采用高分辨質(zhì)譜信息結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)品可對(duì)這67種紅色印油印泥成分進(jìn)行定性分析,進(jìn)而細(xì)化分類(lèi)。根據(jù)樣品的全掃描質(zhì)譜圖,可將67個(gè)樣品細(xì)分為12類(lèi)(見(jiàn)表2)。

        第一類(lèi)檢測(cè)到m/z 264.10、368.14、391.28、433.21和450.23等主要離子峰,均含顏料紅21;第二類(lèi)中檢測(cè)出m/z 443.23的離子峰,含羅丹明B(圖5)。

        第三類(lèi)檢測(cè)出m/z 251.18、309.23、367.27、425.31、483.35和541.39等主要離子峰(圖5),相鄰兩離子之間的質(zhì)量差是58,為聚丙烯醇(結(jié)構(gòu)單元為C3H6O)類(lèi)化合物;第五類(lèi)檢測(cè)出 m/z151.10、195.12、239.15、283.17和327.20等主要離子峰(圖6),相鄰兩離子之間的質(zhì)量差為44,為聚乙二醇(結(jié)構(gòu)單元為C2H4O);第十二類(lèi)也檢測(cè)出聚丙烯醇類(lèi)化合物,但與第三類(lèi)相比,只有m/z 251.18、309.23、367.27三種主要離子峰(圖7)。

        表2 67種印油印泥樣品分類(lèi)

        圖3 印油印泥樣品系統(tǒng)聚類(lèi)圖

        圖4 顏料紅21、羅丹明B的高分辨質(zhì)譜圖

        圖5 第一類(lèi)至第四類(lèi)印油印泥的高分辨質(zhì)譜圖

        圖6 第五類(lèi)至第八類(lèi)印油印泥的高分辨質(zhì)譜圖

        圖7 第九類(lèi)至第十二類(lèi)印油印泥的高分辨質(zhì)譜圖

        3 結(jié)論

        本研究采用DART-HRMS對(duì)67個(gè)不同品牌不同種類(lèi)的紅色印油印泥樣品進(jìn)行分析檢驗(yàn),對(duì)得到的質(zhì)譜數(shù)據(jù)應(yīng)用偏最小二乘判別分析法及系統(tǒng)聚類(lèi)法進(jìn)行分析,對(duì)印油印泥,樣品進(jìn)行初步分類(lèi),通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)照及質(zhì)譜圖分析,發(fā)現(xiàn)顏料紅21和羅丹明B染料成分,及聚丙烯醇類(lèi)和聚乙二醇類(lèi)物質(zhì)是部分紅色印泥印油的特有成分。不同類(lèi)別的印油印泥測(cè)得的質(zhì)譜圖不同,可根據(jù)質(zhì)譜圖將其區(qū)分開(kāi)。

        本研究所建方法無(wú)需樣品前提取、無(wú)損快速,區(qū)分率較高,豐富了印油印泥的檢測(cè)手段,為文書(shū)鑒定探索了新的方法。

        [1]楊旭,施少培,徐徹,等.印章印文蓋印時(shí)間鑒定的實(shí)踐研究[J].中國(guó)司法鑒定,2011,(4):26-31.

        [2]施少培,楊旭,錢(qián)煌貴,等.印文鑒定相關(guān)問(wèn)題探討——高仿真印文鑒定[J].中國(guó)司法鑒定,2008,(3):20-23.

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        Discrimination of Red Seal Inks by DART-MS

        WANG Yue1,2, ZHANG Qing-hua2, ZHU Zhong-liang1, YANG Xu2
        (1.Tongji University, Shanghai 200092, China;2.Academy of Forence Science, Shanghai 200063, China)

        ObjectveTo establish a fast and non-destructive method for the analysis of red seal ink.Method 67 different brands and types of red seal ink were analyzed by direct analysis in real time and Q-Exactive high resolution mass spectrometry(DART-QE).Results A preliminary classification of red seal ink can be carried out acroding to the method of partial least squares discrimination analysis (PLS-DA) and hierarchical Cluster Analysis (HCA), and pigment red 21,rhodamine B,polypropylene glycol and polyethylene glycol can be detected by DART-QE which helps to further distinguish seal ink samples.Conclusion The established method is fast, non-destructive,accurate, and reguries no pre-sample processing.It can be applied in forensic practice for the discrimination of red seal ink.

        red seal ink;non-destructive testing;DART-QE;PLS-DA

        DF794.2

        A

        10.3969/j.issn.1671-2072.2017.06.012

        1671-2072-(2017)06-0075-06

        2017-02-23

        國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFC0800705);上海市司法鑒定專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)資助項(xiàng)目(16DZ2290900);科研院所公益項(xiàng)目(GY2015G-5)

        王悅(1992—),女,碩士研究生,主要從事分析化學(xué)研究。 E-mail:wangy503@126.com。

        張清華(1984—),男,高級(jí)工程師,主要從事微量物證及文檢司法鑒定研究工作。E-mail:zhangqh@ssfjd.cn。

        (本文編輯:孫其然)

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