显微—红外光谱法对纤维物证的检验分析

显微—红外光谱法对纤维物证的检验分析

作者：白军军 王明智 金卫国 来源：《卷宗》2016年第12期

摘 要：刑事案件现场经常发现纤维，对纤维进行检验、鉴别可以为案件的侦查提供有效线索。不同纤维由于化学结构不同，采用金钢石压池制样方法，结合显微—

¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬红外透射技术对单根纤维进行分析，可以准确检验纤维的分子结构、种类。通过比对分析可以判断案发现场的纤维与涉案人的关系，为案件的侦查提供直接证据。

关键词：纤维；显微红外光谱；微量物证；金刚石压池

随着犯罪分子反侦察意识的提高，出现在刑事案件现场的一些工具、足迹、指纹等常见证据会被犯罪分子消灭、破坏，对案件证据的提取造成较大困难。但是一些量少体微的物证不容易被毁灭、消失，也很难在现场完全清理干净。微量物证的发现、提取逐步成为现场勘查的重点，犯罪分子的毛发、所穿戴衣物的纤维很容易遗留在案发现场，提取并检验这类物证对案件的侦查能提供重要线索，是法庭诉讼中的重要证据。在纤维检验方面，根据文献报道[1-3]常用的检验方法主要有外观检验法、偏振光显微镜检验法、红外光谱法等，其中红外光谱法是鉴别高聚物种类常用的检验方法，目前样品的制备大多都是用溴化钾压片法，制样方法是将一定量的纤维混入溴化钾粉末中，进行研磨，研磨至直径为10um左右的颗粒，用压片工具压制成透明的窗片再进行分析。而显微镜与红外光谱仪的结合可以实现在显微镜下直接观察样品，调整光阑大小同步进行测定，这种制样方法相对的简单易操作。本实验采用金刚石压池制备纤维样品，样品制备更加简单、快速，能够达到每两分钟测定一张红外谱图。 1 傅里叶变换红外光谱法分析纤维及其表面物质的基本原理

红外光谱最广泛的应用是对物质的化学结构进行分析，谱图的吸收峰分别对应于分子结构中某个或某些基团，红外光谱主要提供化学基团的信息，根据谱带位置、强度、形状特征，可以判断分子结构信息。纤维种类繁多、范围广，出现在微量物证中的大多数检材，包括：毛发、衣物或织物纤维纱、线、绳等。纤维分为天然纤维、人造纤维和化学合成纤维三大类[4]，天然纤维有植物和动物纤维，植物纤维主要成分是纤维素，纤维素含有醚键和羟基。动物纤维指动物的皮毛或蚕丝，如：羊毛主要由羊毛角朊组成，含有8种不同的氨基酸，含有3%～4%的硫；蚕丝由角朊和丝纤朊组成主要含60%甘氨酸和丙氨酸结构组成。化学纤维是将低分子化合物经过化学合成为高分子化合物再加工成纤维，常见的有涤纶、锦纶、腈纶、氨纶、维纶等。涤纶是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、经熔体纺丝制得，其分子结构中含有酯基、苯环结构，属于聚酯纤维。锦纶是聚酰胺类合成纤维，分子结构中含有酰胺键（-CONH-），酰胺基之间又有一定数量的亚甲基-CH2-，大分分子的端基为氨基-NH2和羧基-COOH，其红外光谱中主要特征带均和这些基团有关。

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2 材料与方法 2.1 实验仪器

显微红外光谱仪（赛默飞IN10）、体式显微镜、金刚石压池附件 2.2 仪器参数

光源：红外 波长范围：650-4000cm-1 方式：透射，低温检测器 扫描次数：16 分辨率：8cm-1 模式：透过率 2.3 实验样品

天然纤维：羊毛、棉 化学纤维：涤纶、锦纶 2.4 实验方法

在体式显微镜下分别取：羊毛、棉、涤纶、锦纶纤维一根，放入金刚石压池旋紧、挤压，成扁平状，取下金刚石压池盖放入显微红外仪载物台，操纵载物台在显微镜下找到纤维，调整光阑大小，采集背景、进行红外扫描，分别得到四种纤维红外光谱图，见图1～图4。 3 结果与分析

羊毛的红外光谱图（见下图1），图中3301cm-1是-OH和NH的组合吸收峰，峰形具有宽而且强的特征；1653 cm-1、1532 cm-1、1239 cm-1分别是酰胺I、酰胺II和酰胺III的吸收峰。1653 cm-1至1071 cm-1之间的吸收形成明显的特征。

棉纤维的红外光谱图（见下图2），3354 cm-1左右的宽强吸收为羟基-OH的伸缩振动峰；谱带在1061 cm-1左右有最强吸收带，并且在主峰两侧有1040 cm-1、1107 cm-1两个较弱的肩峰，这是纤维分子中醚键和羟基的吸收峰，1434 cm-1为CH-O中CH的弯曲振动吸收峰，2895 cm-1是CH的伸缩振动峰。

涤纶的红外光谱图（见下图3）， 图中，3436 cm-1为羟基-OH的伸缩振动峰，3051 cm-1是苯环上的-CH伸缩振动峰，2969 cm-1、2908 cm-1分别是CH2的不对称伸缩振动和对称伸缩振动，1721 cm-1最强的吸收峰是C=O的伸缩振动，1617 cm-1、1579 cm-1、1509 cm-1三个连续的吸收峰是苯环骨架振动吸收峰，1458 cm-1是左右式-CH2面内弯曲振动峰，1409 cm-1是O-CH2弯曲振动，1246 cm-1较强的吸收峰是C-O反对称伸缩振动，1104 cm-1是左右式C-O对称伸缩振动，1018 cm-1是对位取代苯环上相邻两个氢原子的面内弯曲振动。

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锦纶的红外光谱图（见下图4）， 图中有酰胺基团非常明显的三条特征谱带：1640 cm-1是酰胺基中C=O伸缩振动，称之为酰胺I谱带、1541 cm-1是酰胺基中N-H弯曲和C-N伸缩振动的组合吸收峰，称作酰胺II谱带、1270cm-1主要是C-N伸缩振动和N-H弯曲振动的组合吸收峰，称为酰胺III谱带，3080 cm-1位于3300 cm-1和2932 cm-1两个强吸收带中间，构成特征的“M”形状，是1546 cm-1的倍频，这也是区别毛纤维中一个重要的特征，2932 cm-1是CH2伸缩振动峰，3300 cm-1是成氢键的N-H伸缩振动吸收峰。 4 讨论

实验表明，采用显微—红外光谱技术对纤维检验，能够准确判断和区分纤维种类。红外光谱图中每种纤维的吸收光谱具有典型特征，不同化合物中相同化学基团的红外吸收谱带总是相对稳定的出现在某一个范围内，因此利用红外光谱法检验纤维种类具有可靠性。采用金钢石压池附件特殊制样手段，结合显微红外技术特点可以有效避免污染物对红外谱图的影响，保证检验精度、准确性、重现性，可以消除一些表面附着物对纤维检验的影响。显微红外光谱技术综合显微镜与红外光谱仪的技术优势，使纤维检验更加微区化、可视化、高精度和高灵敏度。 案例剖析：在甘肃省XX市的一起交通案件中，嫌疑车辆左前侧保险杠上发现少量红色纤维，经过金刚石压池的方法检验出此类纤维属于涤纶和棉的混合纤维，事故现场的死者张某身上穿有一件红色外衣，衣服的面料经检验为涤纶和棉的混纺织物，通过比对分析嫌疑车上的纤维和死者身上的衣服纤维属同种类，由此，为案件的侦破提供了重要的线索。 参考文献

[1]胡惠强 偏振光显微镜定性分析PET和PTT纤维[J] 中国纤维 2013.8 [2]廖帼英 兔毛、 狐狸毛、 貉子毛和水貂毛鉴别的研究[J]，中国纤维 2015.9

[3]余静 李文君 揭冬梅 应用红外光谱技术检验交通肇事案件物证的研究[J] 公共安全化学研究论丛

[4]冯计明 红外光谱在微量物证分析中的应用 第六章纺织纤维的红外光谱[J] 化学工业出版社 2010.6

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