J200在刑侦事故中油漆样品鉴别分析的应用

撰稿人: 日期:2016-5-27 点击次数:1379

J200在刑侦事故中油漆样品鉴别分析的应用
 
(本研究由美国萨克拉门托犯罪实验室科学家 Edward Chip Pollock与ASI公司研究人员同完成)
 
前言
 
犯罪现场可以提供有价值的信息,以调查可能发生的情况。尽管基因分析的普遍性,微量物证可以为破案建立一个坚实的基础。微量物证包括玻璃、头发、纤维、油漆和聚合物。微量物证可以帮助建立人、物和现场之间的联系。油漆样品可以通过光学显微镜、扫描电镜和X射线能谱仪(SEM/EDS)、XRF或XRD进行比较。光学显微镜用于视觉比较但不明确。扫描电镜/能谱仪可以区分油漆样品,但油漆是非导电物质,需要额外样品制备。XRF或XRD可以区分单漆层,然而,元素的范围是有限的,多层油漆样本有局限。J200 LIBS系统提供快速、微区样品多元素分析。LIBS光谱数据丰富而独特,提供独特的指纹数据,提供良好的样品识别能力。此外,LIBS相比XRF的优势在于具有分析给定油漆样本的多层次分析能力。深度分析很重要,因为许多汽车OEM涂料(如巴斯夫)通常有4层,包括电镀层,底漆、色漆和清漆。据报道LIBS深层分析能对色漆和白漆的鉴别能力分别达99.6%和85.6%。本案例将介绍J200 LIBS系统在鉴别嫌疑人车辆油漆样品和犯罪现场回收的油漆样品的能力。本案例中使用的蓝色油漆样品来自于犯罪嫌疑人的车辆,护栏和交通标志。
 
实验方法
 
仪器:采用美国应用光谱公司的J200 LIBS 系统——266 nm Nd:YAG 激光 (ns) 和 CCD (EC) 检测器 ,
 
J200系统自带数据分析软件
 
测量环境:缓冲气体环境下测量
 
三种蓝漆样品:
 
Item 1 - 可疑车辆
Item 2 - 防护栏
Item 3 - 交通标识 
数据分析采用J200自带软件系统分析完成
 
分析结果 
 
本案例中,油漆样品来自犯罪嫌疑人的车辆,并收集了来自犯罪现场的防护栏和交通标志的与犯罪嫌疑人车辆油漆样品颜色匹配的油漆样本。采用J200 LIBS系统对这些标本进行分析,已确定护栏和交通标志上的油漆是否来自嫌疑人的汽车,从而关联车辆的犯罪现场。
 
 
 

 
图1显示了3个蓝色油漆样本前后侧的图像。所有3个样品在视觉上看起来一样。图2和图3为光
 
学显微镜看到各油漆样本的正面和侧面图(5X, 10X, and 20X放大倍率)。从放大的图像无法看出样本
 
的明显差异。样本2和3的放大(10倍和20倍)图像看起来是相似的。
 
 
3种油漆样本(样本1、2、3)分别应用J200 LIBS系统进行深层分析,图4为每个油漆样本的重叠光谱。Al和Ti作为油漆样品的主要分析元素,还检测出了Mg, Sr, Si, Ba, Na, H, K, 和O。
 
 
从涂料样品中收集的每一个光谱都是独一无二的,可以看做该样品的指纹。采用主成分分析(PCA)比较这些光谱,结果表明,样本 1 和 2 是同一来源的(图 5)。
 
除了主成分分析(PCA),将油漆样品的元素深度分布进行了比较,用以进一步区分。Ba、Ti,Al,H是区分油漆样本最决定性的要素。这些油漆样本由清漆、底漆、中涂层组成。深度分布表明这些样品的清漆层没有明显的差异,但底漆和中涂层不同。Ba的深层分析显示清漆和底漆相似,但与样本3相比,样本1和2有明显差异。
 
对于 Al 元素,样本 3 在底漆和中涂层中的含量高于样本 1 和 2。对于 Ti 元素,样本 3 在底漆和中涂层中的含量高于样本 1 和 2。对于 H 元素,样本 1 和 2 在底漆中含量明显不同于样本 3,但在清漆和中涂层中的含量类似。


 
LIBS光谱、PCA 分析和深层面分布提供的证据表明,样本 1 和 2 来自同一来源,但样本 3 是不同来源的。对于样本 1 和 3,创建三维元素分布图以显示油漆样品的元素差异(图 7)。从样本 1的 Ti 三维元素分布图中,很明显看到 3 层(清面漆,底漆,和中涂层)。
 

 
总结
 
J200 LIBS系统是微量物证对比分析的可靠技术。通过以上分析得到:样本2(质疑油漆样品)被确定为来自嫌疑人的车辆。分析中还可结合油漆色彩、层厚、层序列以及各层的光学性能(粘合剂、颜料和添加剂)做出最终判定。J200 LIBS系统对轻元素(如H,Li,Be,C,N,O,F,)分析性能好,从而鉴别能力比XRF更强。LIBS也可进行高空间分辨率的深层分析,从而可以进行多漆层检测。
 
 
说明:美国萨克拉门托犯罪实验室拥有超过20年的法医经验。Edward Chip Pollock的专业领域包括微量物证(分析纤维、涂料、聚合物、玻璃、火碎片,和射击残留物),法医显微镜,犯罪现场处理,与犯罪现场重建。他目前是化学/仪器分析科学委员会(SAC)–材料(微量)在委员会成员。
 
 
参考文献
 
1. McIntee, E., et. Al., Comparative analysis of automotive paints by laser induced breakdown spectroscopy and nonparametric permutation tests, Spectrochimica Acta Part B, 2010, 65, 542-548
2. Giakoumaki, A., Melessanaki, K., and Anglos, D., Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) in archaeological sciences – applications and prospects, Anal Bioanal Chem, 2007, 387, 749-760.

上一篇:利用 J200Tandem LA-LIBS 分析被污染的植物叶片

下一篇:激光光谱元素分析仪在医药领域的应用前景