王劍俠，姜 紅，張曉璐

(中國(guó)人民公安大學(xué) 刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100038)

傅里葉變換紅外光譜法檢驗(yàn)EPS泡沫塑料的研究

王劍俠，姜 紅，張曉璐

(中國(guó)人民公安大學(xué) 刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100038)

此次實(shí)驗(yàn)是為犯罪案件偵查等公安工作提供一種對(duì)EPS泡沫塑料快速、無損的檢驗(yàn)方法。利用傅里葉紅外光譜儀，采用Smart Performer采樣器，對(duì)30個(gè)不同廠家以及同一廠家不同用途的EPS泡沫塑料樣本進(jìn)行分析檢驗(yàn)。依據(jù)紅外光譜圖中吸收峰的不同，可以將EPS泡沫塑料樣本加以區(qū)分。該檢驗(yàn)方法操作簡(jiǎn)便快捷，結(jié)果準(zhǔn)確可靠且無損檢材，可用于公安基層實(shí)際辦案。

傅里葉變換紅外光譜法； EPS泡沫塑料； Smart Performer采樣器； 比較； 分析

Abstract：The experiment is to provide a quick and nondestructive testing method about expandable polystyrene foamed plastics EPS for the public security work in criminal investigation.Fourier transform infrared spectroscopy and Smart Performance sampling were used to examine and analyze the 30 kinds of EPS made from different manufacturers and from the same factory.According to different absorption peaks of infrared spectra,EPS foamed plastics samples can be distinguished.This method is simple,rapid,accurate and reliable,which can be used in the actual investigation of the police.

Keywords：Fourier transform infrared spectrometer； expandable polystyrene foamed plastics； Smart Performer sampler； comparative； analysis

0 前言

EPS泡沫塑料即可發(fā)性聚苯乙烯泡沫塑料，是以聚苯乙烯為主要成分并加入發(fā)泡劑等填料，采用發(fā)泡工藝制成的一種高分子材料。其內(nèi)部有無數(shù)閉孔型氣體微孔，緩沖性能優(yōu)異，易于模塑成型，溫度適應(yīng)性強(qiáng)，是目前使用最多的一種緩沖、保溫材料?？砂l(fā)性聚苯乙烯泡沫塑料大量用于建筑業(yè)[1]，也常用于包裝各種家用電器、精密儀器、玻璃、陶瓷制品和美術(shù)工藝等產(chǎn)品，制成的泡沫箱還可配合冰袋用于長(zhǎng)距離冷藏運(yùn)輸。這種白色的塑料泡沫在日常生活中常見，多見于各種電器銷售廠家、廢品回收站和新裝修的房屋等場(chǎng)所。但由于EPS泡沫塑料耐老化、抗腐蝕[2]，大量廢料會(huì)造成環(huán)境污染，所以目前生產(chǎn)和使用該材料的主要是已注冊(cè)登記的企業(yè)(部分是一些小工廠)。因此，可以對(duì)犯罪現(xiàn)場(chǎng)、拋尸現(xiàn)場(chǎng)遺留的可疑EPS泡沫塑料進(jìn)行檢驗(yàn)鑒定并進(jìn)行分析比較，推斷生產(chǎn)和使用的廠家，進(jìn)而利用購買、銷售的記錄，為犯罪偵查提供線索,指明方向。

目前，檢驗(yàn)塑料的方法有很多，如：熱分析法、紅外光譜法、裂解氣相色譜法、薄層色譜法、X射線熒光光譜法等。本文利用傅里葉變換紅外光譜法對(duì)30個(gè)EPS泡沫塑料樣品進(jìn)行分析檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，重現(xiàn)性好，且不破壞檢材[3]。

1 實(shí)驗(yàn)儀器和樣本

1.1實(shí)驗(yàn)儀器和測(cè)定參數(shù)

傅立葉變換紅外光譜(FTIR)儀：Nicolet 6700，美國(guó)賽默飛世爾公司；

Smart Performer采樣器：美國(guó)賽默飛世公司。

測(cè)定參數(shù)：掃描次數(shù)為32次；波數(shù)范圍為4 000～600 cm-1；分辨率為4 cm-1。

1.2實(shí)驗(yàn)試劑

無水乙醇：分析純，北京化工廠。

1.3實(shí)驗(yàn)樣本

不同廠家以及同一廠家不同用途的EPS泡沫塑料樣本30個(gè)，見表1。

表1 EPS泡沫塑料樣本

2 實(shí)驗(yàn)過程

2.1實(shí)驗(yàn)方法

利用反射法進(jìn)行檢驗(yàn)。在EPS泡沫塑料樣本的內(nèi)部無污染區(qū)域用裁紙刀裁取面積為0.5 cm×0.5 cm的樣品，置于Smart Performer采樣器上，擰緊探頭至刻度4，采集樣本譜圖。

2.2 EPS泡沫塑料樣本的紅外光譜檢驗(yàn)分析

根據(jù)不同樣本的紅外光譜圖中譜帶的數(shù)目、位置、形狀和強(qiáng)度等因素的不同對(duì)其加以區(qū)分。

(1) 對(duì)所有樣本進(jìn)行紅外光譜分析。

(2) 對(duì)不同廠家使用的EPS泡沫塑料樣本進(jìn)行紅外光譜分析和比較。

(3) 對(duì)同一廠家不同用途的EPS泡沫塑料樣本進(jìn)行紅外光譜分析和比較。

2.3最小檢出量實(shí)驗(yàn)

選擇21#樣本(佰味魔)，用手術(shù)刀分別裁取面積為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塊不同大小的樣品檢材，并分別對(duì)其進(jìn)行紅外光譜檢測(cè)。

2.4重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)

選擇23#樣本(冠雅)，剪取一塊面積為0.5 cm×0.5 cm的樣品，利用反射法，在相同檢測(cè)條件下重復(fù)測(cè)定5次。

3 結(jié)果與討論

3.1傅里葉變換紅外光譜法檢驗(yàn)EPS泡沫塑料的理論依據(jù)

實(shí)驗(yàn)中收集的樣本均為日常生活中常用的EPS泡沫塑料，其原料的基本成分均為聚苯乙烯樹脂，各自加入不同組成和配比的發(fā)泡劑，制成可發(fā)性聚苯乙烯珠粒(或先制成聚苯乙烯顆粒再加入發(fā)泡劑發(fā)泡成型)再模塑成型[4]?？砂l(fā)性聚苯乙烯因生產(chǎn)廠家不同,所用的發(fā)泡劑種類可能不同，并且各廠家使用的生產(chǎn)設(shè)備和發(fā)泡助劑等因素也會(huì)導(dǎo)致成品存在諸多差異。而同一廠家生產(chǎn)的用于不同商品包裝的EPS泡沫塑料，其原料種類可能相同但因配比不同，其密度、含水量[5]也可能存在一定的差異。

3.2所有樣本的紅外譜圖分析

本次實(shí)驗(yàn)所收集的樣本均為EPS泡沫塑料，所以經(jīng)傅里葉變換紅外光譜儀檢測(cè)所得的譜圖大致相同，一些主要峰位和峰形在所有樣本譜圖中均有體現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)中選擇22#(藝美)樣本的紅外光譜圖作為代表(見圖1)。所有譜圖經(jīng)過譜圖檢索后得出的匹配結(jié)果相同，均為Polystyrene(聚苯乙烯)，匹配度范圍為60%～90%。通過對(duì)所有樣本的紅外光譜圖進(jìn)行分析比較后，發(fā)現(xiàn)這些EPS泡沫塑料樣品檢出結(jié)果還是存在一定的差別的?？梢栽跇颖咀V圖的800～1 000 cm-1、1 500～1 800 cm-1、2 800～3 100 cm-1和3 500～3 950 cm-1這4個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)其加以區(qū)分，并判斷樣本中添加的不同發(fā)泡劑、助劑等。

3.3不同廠家樣本的紅外光譜分析

圖1 22#樣本(藝美)的紅外光譜圖

圖2 21#樣本(佰味魔)的紅外光譜圖

以3#樣本(櫻花帝王)為例的這一類樣本在800～1 000 cm-1的頻率范圍內(nèi)吸收峰差異性表現(xiàn)明顯(見圖3)。在圖3中，976 cm-1和951 cm-1兩處是分別由SO42-對(duì)稱伸縮和PO43-對(duì)稱伸縮形成的弱吸收峰，說明該樣本中添加了含有硫酸的表面活性劑以及含有磷酸的樹脂硬化劑[4]。937 cm-1處吸收峰是羧酸中COH面外彎曲振動(dòng)形成的吸收峰，推測(cè)該樣本中加有聚丙烯酸PAA有機(jī)助劑或者是含有羧酸的表面活性劑。878 cm-1是由碳酸根CO32-面外彎曲振動(dòng)形成的吸收峰，應(yīng)該是該泡沫塑料生產(chǎn)過程中加有CaCO3[7]。850 cm-1以及827 cm-1兩處是有機(jī)硅Si—C伸縮振動(dòng)形成的吸收峰，這說明該樣本生產(chǎn)過程中加入了滑石粉[6]。810 cm-1處是磺酸酯R1—SO2—OR2中C—S—O反對(duì)稱伸縮振動(dòng)形成的吸收峰，表明加入了二丁基萘磺酸鈉表面活化劑[4]。所以，此類樣本的生產(chǎn)廠家在制造過程中相比其他廠家還添加了滑石粉、表面活性劑和樹脂硬化劑。

圖3 3#樣本(櫻花帝王)的紅外光譜圖

前兩類EPS泡沫塑料樣本在1 580～1 700 cm-1和3 500～3 950 cm-1兩個(gè)區(qū)域內(nèi)大多存在一系列低強(qiáng)度、多位置的弱吸收峰，分別是泡沫塑料樣本中的結(jié)晶水H2O變角振動(dòng)和氣態(tài)H2O振-轉(zhuǎn)所形成的特征吸收峰。而第三類樣本的紅外譜圖在1 580～1 700 cm-1和3 500～3 950 cm-1內(nèi)幾乎沒有吸收峰或者僅有少數(shù)弱吸收峰存在，典型代表為17#樣本(蘇泊爾)，如圖4所示。這說明所有實(shí)驗(yàn)樣本中有一部分EPS泡沫塑料中含水量很少，這些泡沫塑料樣本在其生產(chǎn)過程中水的添料配比較小，或制造工藝令水大量蒸發(fā)。因此根據(jù)檢材中H2O特征吸收峰的檢出結(jié)果也可對(duì)部分不同廠家的樣本進(jìn)行區(qū)分。

圖4 17#樣本(蘇泊爾)紅外光譜圖

3.4同一廠家的不同型號(hào)商品樣本的紅外光譜分析

圖5 櫻花帝王不同型號(hào)電器所用EPS泡沫塑料紅外譜圖比較

3.5最小檢出量實(shí)驗(yàn)

對(duì)21#樣本(佰味魔)中不同面積的5個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)檢測(cè)樣品的面積為0.2 cm×0.2 cm時(shí)，譜圖吸收峰開始發(fā)生較大變化。因此該實(shí)驗(yàn)中樣品最小檢出量為0.3 cm×0.3 cm。

3.6重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)23#樣本(冠雅)在相同條件下重復(fù)測(cè)定5次。5次測(cè)定的紅外光譜吸收峰的峰數(shù)、峰位和峰形基本一致(見圖6)，峰值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均不超過1%，表明使用傅里葉變換紅外光譜儀檢驗(yàn)EPS泡沫塑料的方法重現(xiàn)性很好。

圖6 23#(冠雅)樣本的重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)紅外光譜圖

4 結(jié)論

本文利用傅里葉變換紅外光譜法對(duì)30個(gè)不同廠家以及同一廠家不同用途的EPS泡沫塑料樣本進(jìn)行分析檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，可從譜圖的800～1 000 cm-1、1 500～1 800 cm-1、2 800～3 100 cm-1和3 500～3 950 cm-1這4個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行分析比較而加以區(qū)分。不同廠家的EPS泡沫塑料添加的發(fā)泡劑、助劑有所不同，而同一廠家生產(chǎn)的不同用途的EPS泡沫塑料的添料配比可能不同。在刑事案件中發(fā)現(xiàn)可疑EPS泡沫塑料時(shí)，可利用傅里葉變換紅外光譜法進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)檢材無損，檢驗(yàn)快捷，結(jié)果可靠。

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ResearchofExpandablePolystyreneFoamedPlasticsbyFTIR

WANGJian-xia，JIANGHong，ZHANGXiao-lu

(School of Forensic Science,People’s Public Security University of China,Beijing 100038，China)

TQ 325.2

A

1009-5993(2017)03-0027-06

姜 紅(1963—)，女，碩士，教授，主要從事大學(xué)化學(xué)與微量物證分析的教學(xué)和研究工作。

2017-05-09)

王劍俠(1995—)，男，主要從事刑事技術(shù)研究。