紙張微量檢材的儀器分析方法
發布時間：2024-07-07 點擊：84
在涉及字跡材料的各種犯罪活動中，都與紙張有密切的關系。在偵查這類犯罪活動中，對紙張進行檢驗，有著重要的作用。
法庭科學中對紙張的檢驗或鑒定，與造紙工業部門對成品紙的檢驗，二者有相同之處也有不同之處，其原因在于最終的著眼點不同。由于案件是形形色色的，不同案件的性質要求不同層次的檢驗或鑒定。法庭科學中檢驗紙張的目的是為了縮小偵查范圍，為偵破案件提供線索，指明方向，為證實犯罪提供科學的依據。由于案件所提供的紙張檢材是有限的，因而在檢驗方法上要求非常規的微量分析法。目前已發展了許多適合法庭科學技術要求的儀器分析方法，如薄層色譜法、高效液相色譜法、等離子發射光譜法、x射線衍射法等等。
薄層色譜法
紙張的主要成分是紙漿，還有少量的膠料、色料和填料等。對于紙張中的膠料、色料和填料等成分，由于各廠家使用的原料來源不同，配方和生產工藝上也存在差異，因此不同廠家生產的同種紙，其有機成分必然存在一定的差異。這就是我們利用薄層色譜法檢驗紙張物證的理論依據。
用薄層色譜法檢驗紙張時，一般用硅膠gf254熒光薄層板，選擇適當的提取劑提取(通常用乙醇)，提取液濃縮后進行薄層色譜分析。常用的展開劑為：
v苯：v甲醇=95：51或v苯：v甲醇=90：5
如果兩個紙樣的薄層色譜不同，在樣品無污染的情況下，可確定兩個紙樣是不同種類的紙或不同廠家生產的同種紙。若兩個紙樣的薄層色譜相同，一般是同種紙，是否是同一廠家生產的紙，還需要利用薄層掃描儀。測定紙樣各成分的相對含量，或用其它方法作進一步分析。
高效液相色譜法
一部分不同產地、不同廠家生產的同種紙，不僅外觀、物理性能和纖維成分相同，而且其它有機成分也基本相同，用一般的薄層色譜法難以區分鑒定。但這些紙的有機成分的相對含量有一定差別。利用高效液相色譜法是分析紙張中色料、膠料等有機成分的有效方法，測定主要色譜峰的相對強度，能進一步鑒別同種紙張的不同生產廠家和批號。
利用高效液相色譜法檢驗紙張，不僅不需要對樣品進行裂解處理，而且流動相的選擇范圍也較廣。分析時采用c18反相柱，流動相選用甲醇／水或乙腈／水，檢測器為紫外檢測器，檢測波長為254nm。具體方法如下：剪取5cm2紙樣，再剪成小塊，加1ml無水乙醇，浸泡10h，取上清液進行色譜分析。實驗結果表明：不同廠家、不同批號的同種紙，其有機成分的相對含量，都存在著不同程度的差異。
原子發射光譜法
原子發射光譜法一般用來分析紙張的元素組成，特別是對紙張中金屬元素的種類及相對含量進行分析。進而可以區分紙張的種類和生產廠家。若使用普通的原子發射光譜法需將紙樣灰化與碳粉混勻后放入電極槽內，然后激發樣品測定發射出的譜線波長和強度。
國內常用q24中型攝譜儀和交流電弧電壓。
具體的操作方法有兩種：第一種方法是將紙切成細條，用自制的光譜純石墨鑷子夾住紙條的一端。在電極間形成電弧的情況下，將另一端緩慢地送至石墨電極的間隙中進行攝譜。第二種方法是將紙樣剪碎后放于石英坩堝內，在馬福爐500℃下灰化，然后用2ml6mhcl加熱溶解。將溶液濃縮后滴加到平頭電極上，該電極用2％聚苯乙烯苯溶液預處理，以防止樣品溶液在電極內滲透。待樣品溶液在電極上揮發干后，再進行攝譜。第二種方法具有較高的分析重現性。
顯影和定影：用天津感光膠片廠生產的紅特硬型或紫外ⅱ型干板，使用顯影液d-11，顯影5min（20℃），定影液f5，定影20min（室溫），然后水洗。
分析：干板上的譜線按鐵譜比較定性確定元素的存在與否，根據譜線的黑度半定量測定各元素間的相對含量。發射光譜法可以測出紙張中的十幾種元素，但常量元素為鈣、鎂、鋁、鐵和硅，它反映了紙張常用填料的特點，當用氧化鋅（zno）、硫酸鋇（baso4）和二氧化鈦（tio2）作填料時，鋅、鋇、鈦則含量較高。
近年來，電感耦合等離子體發射光譜法已用于紙張的分析。實驗表明應用等離子體發射光譜法能對紙張中常見的20多種元素進行定性和定量分析，達到區分同類紙的目的。
具體操作方法如下：取50cm2的紙樣，稱重并剪成小塊，置于磨口錐形瓶中用10％的hcl溶液1ml浸泡2h，再加入4ml去離子水，放置約20h，過濾后在測試前稀釋至10ml。每個樣品測試三次，取平均值。
元素含量計算與數據分析：儀器經過標準樣品的測定后，可得到定量曲線，紙張檢材和比對樣品經過測定后，得到以ppm表示的濃度值，再換算成百分含量。
鈣、鎂、鋁、鐵、硅、鉀、鈉是紙張中常見的元素，其百分含量均達0.5％以上，而其它元素則為紙張中的少量或痕量元素。
x射線衍射分析法
單色的x射線入射到樣品的晶面上能產生衍射圖。衍射線的位置和強度與樣品的性質、組成以及物相密切相關，而強度與其含量成正比。紙張中含有的無機填料，如滑石粉、白土、二氧化鈦和硫酸鎂等，它們都能形成各自的衍射線。由于不同廠家的制造工藝不同，使用的無機填料的來源不同，且使用的品種和數量也不完全相同，其所含成分的晶體結構和相對含量也存在差別。因此，利用x射線衍射分析法，根據衍射線的位置和彼此之間的相對強度，可以用來區分不同廠家生產的同種紙，能進一步鑒別用其它方法難以區分的紙樣。在條件成熟的情況下，還可以區分生產時間和生產批號。
x射線衍射分析法屬于無損檢驗，可以直接在紙上進行。該法檢驗紙張的條件是利用自動衍射儀，選用銅靶管，波長15418×10—14m，靶電壓40kv，靶電流40ma，連續掃描區間3°～60°，掃描速度為每分鐘4°。將紙樣剪成4cm2，直接放在試樣架上，檢測填料量可低至千分之一。當分析未知物時，可以使用標準譜圖進行檢索。
在紙張檢材允許的情況下，要盡可能采用多種方法，對紙張物證進行系統的分析檢驗。這樣可以使各種檢驗結果相互補充，相互印證，從而提高鑒定結論的準確性和可靠性。紙張的各種檢驗方法均有一定的適用范圍，各有優點和不足。在實際工作中，要根據檢材的具體情況和檢驗要求，以及現有的儀器設備和實驗條件制定合理的檢驗程序。通常情況是先做無損檢驗，后做有損檢驗。由于紙張的種類繁多，紙廠遍布世界各地，且使用范圍較大，因此現有的紙張檢驗方法一般不能作出同一認定的結論，只能鑒定紙張的種類。在有比對樣品的情況下，能確定產地、牌號和批號；在特定范圍內，能作出同一認定。
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法庭科學中對紙張的檢驗或鑒定，與造紙工業部門對成品紙的檢驗，二者有相同之處也有不同之處，其原因在于最終的著眼點不同。由于案件是形形色色的，不同案件的性質要求不同層次的檢驗或鑒定。法庭科學中檢驗紙張的目的是為了縮小偵查范圍，為偵破案件提供線索，指明方向，為證實犯罪提供科學的依據。由于案件所提供的紙張檢材是有限的，因而在檢驗方法上要求非常規的微量分析法。目前已發展了許多適合法庭科學技術要求的儀器分析方法，如薄層色譜法、高效液相色譜法、等離子發射光譜法、x射線衍射法等等。
薄層色譜法
紙張的主要成分是紙漿，還有少量的膠料、色料和填料等。對于紙張中的膠料、色料和填料等成分，由于各廠家使用的原料來源不同，配方和生產工藝上也存在差異，因此不同廠家生產的同種紙，其有機成分必然存在一定的差異。這就是我們利用薄層色譜法檢驗紙張物證的理論依據。
用薄層色譜法檢驗紙張時，一般用硅膠gf254熒光薄層板，選擇適當的提取劑提取(通常用乙醇)，提取液濃縮后進行薄層色譜分析。常用的展開劑為：
v苯：v甲醇=95：51或v苯：v甲醇=90：5
如果兩個紙樣的薄層色譜不同，在樣品無污染的情況下，可確定兩個紙樣是不同種類的紙或不同廠家生產的同種紙。若兩個紙樣的薄層色譜相同，一般是同種紙，是否是同一廠家生產的紙，還需要利用薄層掃描儀。測定紙樣各成分的相對含量，或用其它方法作進一步分析。
高效液相色譜法
一部分不同產地、不同廠家生產的同種紙，不僅外觀、物理性能和纖維成分相同，而且其它有機成分也基本相同，用一般的薄層色譜法難以區分鑒定。但這些紙的有機成分的相對含量有一定差別。利用高效液相色譜法是分析紙張中色料、膠料等有機成分的有效方法，測定主要色譜峰的相對強度，能進一步鑒別同種紙張的不同生產廠家和批號。
利用高效液相色譜法檢驗紙張，不僅不需要對樣品進行裂解處理，而且流動相的選擇范圍也較廣。分析時采用c18反相柱，流動相選用甲醇／水或乙腈／水，檢測器為紫外檢測器，檢測波長為254nm。具體方法如下：剪取5cm2紙樣，再剪成小塊，加1ml無水乙醇，浸泡10h，取上清液進行色譜分析。實驗結果表明：不同廠家、不同批號的同種紙，其有機成分的相對含量，都存在著不同程度的差異。
原子發射光譜法
原子發射光譜法一般用來分析紙張的元素組成，特別是對紙張中金屬元素的種類及相對含量進行分析。進而可以區分紙張的種類和生產廠家。若使用普通的原子發射光譜法需將紙樣灰化與碳粉混勻后放入電極槽內，然后激發樣品測定發射出的譜線波長和強度。
國內常用q24中型攝譜儀和交流電弧電壓。
具體的操作方法有兩種：第一種方法是將紙切成細條，用自制的光譜純石墨鑷子夾住紙條的一端。在電極間形成電弧的情況下，將另一端緩慢地送至石墨電極的間隙中進行攝譜。第二種方法是將紙樣剪碎后放于石英坩堝內，在馬福爐500℃下灰化，然后用2ml6mhcl加熱溶解。將溶液濃縮后滴加到平頭電極上，該電極用2％聚苯乙烯苯溶液預處理，以防止樣品溶液在電極內滲透。待樣品溶液在電極上揮發干后，再進行攝譜。第二種方法具有較高的分析重現性。
顯影和定影：用天津感光膠片廠生產的紅特硬型或紫外ⅱ型干板，使用顯影液d-11，顯影5min（20℃），定影液f5，定影20min（室溫），然后水洗。
分析：干板上的譜線按鐵譜比較定性確定元素的存在與否，根據譜線的黑度半定量測定各元素間的相對含量。發射光譜法可以測出紙張中的十幾種元素，但常量元素為鈣、鎂、鋁、鐵和硅，它反映了紙張常用填料的特點，當用氧化鋅（zno）、硫酸鋇（baso4）和二氧化鈦（tio2）作填料時，鋅、鋇、鈦則含量較高。
近年來，電感耦合等離子體發射光譜法已用于紙張的分析。實驗表明應用等離子體發射光譜法能對紙張中常見的20多種元素進行定性和定量分析，達到區分同類紙的目的。
具體操作方法如下：取50cm2的紙樣，稱重并剪成小塊，置于磨口錐形瓶中用10％的hcl溶液1ml浸泡2h，再加入4ml去離子水，放置約20h，過濾后在測試前稀釋至10ml。每個樣品測試三次，取平均值。
元素含量計算與數據分析：儀器經過標準樣品的測定后，可得到定量曲線，紙張檢材和比對樣品經過測定后，得到以ppm表示的濃度值，再換算成百分含量。
鈣、鎂、鋁、鐵、硅、鉀、鈉是紙張中常見的元素，其百分含量均達0.5％以上，而其它元素則為紙張中的少量或痕量元素。
x射線衍射分析法
單色的x射線入射到樣品的晶面上能產生衍射圖。衍射線的位置和強度與樣品的性質、組成以及物相密切相關，而強度與其含量成正比。紙張中含有的無機填料，如滑石粉、白土、二氧化鈦和硫酸鎂等，它們都能形成各自的衍射線。由于不同廠家的制造工藝不同，使用的無機填料的來源不同，且使用的品種和數量也不完全相同，其所含成分的晶體結構和相對含量也存在差別。因此，利用x射線衍射分析法，根據衍射線的位置和彼此之間的相對強度，可以用來區分不同廠家生產的同種紙，能進一步鑒別用其它方法難以區分的紙樣。在條件成熟的情況下，還可以區分生產時間和生產批號。
x射線衍射分析法屬于無損檢驗，可以直接在紙上進行。該法檢驗紙張的條件是利用自動衍射儀，選用銅靶管，波長15418×10—14m，靶電壓40kv，靶電流40ma，連續掃描區間3°～60°，掃描速度為每分鐘4°。將紙樣剪成4cm2，直接放在試樣架上，檢測填料量可低至千分之一。當分析未知物時，可以使用標準譜圖進行檢索。
在紙張檢材允許的情況下，要盡可能采用多種方法，對紙張物證進行系統的分析檢驗。這樣可以使各種檢驗結果相互補充，相互印證，從而提高鑒定結論的準確性和可靠性。紙張的各種檢驗方法均有一定的適用范圍，各有優點和不足。在實際工作中，要根據檢材的具體情況和檢驗要求，以及現有的儀器設備和實驗條件制定合理的檢驗程序。通常情況是先做無損檢驗，后做有損檢驗。由于紙張的種類繁多，紙廠遍布世界各地，且使用范圍較大，因此現有的紙張檢驗方法一般不能作出同一認定的結論，只能鑒定紙張的種類。在有比對樣品的情況下，能確定產地、牌號和批號；在特定范圍內，能作出同一認定。
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