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纸张微量检材的仪器分析
2010/2/23 9:45:23
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在涉及字迹材料的各种犯罪活动中，都与纸张有密切的关系。在侦查这类犯罪活动中，对纸张进行检验，有着重要的作用。
法庭科学中对纸张的检验或鉴定，与造纸工业部门对成品纸的检验，二者有相同之处也有不同之处，其原因在于最终的着眼点不同。由于案件是形形色色的，不同案件的性质要求不同层次的检验或鉴定。法庭科学中检验纸张的目的是为了缩小侦查范围，为侦破案件提供线索，指明方向，为证实犯罪提供科学的依据。由于案件所提供的纸张检材是有限的，因而在检验方法上要求非常规的微量分析法。目前已发展了许多适合法庭科学技术要求的仪器分析方法，如薄层色谱法、高效液相色谱法、等离子发射光谱法、X射线衍射法等等。
1 薄层色谱法
纸张的主要成分是纸浆，还有少量的胶料、色料和填料等。对于纸张中的胶料、色料和填料等成分，由于各厂家使用的原料来源不同，配方和生产工艺上也存在差异，因此不同厂家生产的同种纸，其有机成分必然存在一定的差异。这就是我们利用薄层色谱法检验纸张物证的理论依据。
用薄层色谱法检验纸张时，一般用硅胶GF254荧光薄层板，选择适当的提取剂提取（通常用乙醇），提取液浓缩后进行薄层色谱分析。常用的展开剂为：
V苯：V甲醇=95：51或V苯：V甲醇=90：5。
如果两个纸样的薄层色谱不同，在样品无污染的情况下，可确定两个纸样是不同种类的纸或不同厂家生产的同种纸。若两个纸样的薄层色谱相同，一般是同种纸，是否是同一厂家生产的纸，还需要利用薄层扫描仪。测定纸样各成分的相对含量，或用其它方法作进一步分析。
2 高效液相色谱法
一部分不同产地、不同厂家生产的同种纸，不仅外观、物理性能和纤维成分相同，而且其它有机成分也基本相同，用一般的薄层色谱法难以区分鉴定。但这些纸的有机成分的相对含量有一定差别。利用高效液相色谱法是分析纸张中色料、胶料等有机成分的有效方法，测定主要色谱峰的相对强度，能进一步鉴别同种纸张的不同生产厂家和批号。
利用高效液相色谱法检验纸张，不仅不需要对样品进行裂解处理，而且流动相的选择范围也较广。分析时采用C18反相柱，流动相选用甲醇／水或乙腈／水，检测器为紫外检测器，检测波长为254nm。具体方法如下：剪取5cm2纸样，再剪成小块，加1ml无水乙醇，浸泡10h，取上清液进行色谱分析。实验结果表明：不同厂家、不同批号的同种纸，其有机成分的相对含量，都存在着不同程度的差异。
3 原子发射光谱法
原子发射光谱法一般用来分析纸张的元素组成，特别是对纸张中金属元素的种类及相对含量进行分析。进而可以区分纸张的种类和生产厂家。若使用普通的原子发射光谱法需将纸样灰化与碳粉混匀后放入电极槽内，然后激发样品测定发射出的谱线波长和强度。
国内常用Q24中型摄谱仪和交流电弧电压。
具体的操作方法有两种：第一种方法是将纸切成细条，用自制的光谱纯石墨镊子夹住纸条的一端。在电极间形成电弧的情况下，将另一端缓慢地送至石墨电极的间隙中进行摄谱。第二种方法是将纸样剪碎后放于石英坩埚内，在马福炉500℃下灰化，然后用2mL6MHCl加热溶解。将溶液浓缩后滴加到平头电极上，该电极用2％聚苯乙烯苯溶液预处理，以防止样品溶液在电极内渗透。待样品溶液在电极上挥发干后，再进行摄谱。
第二种方法具有较高的分析重现性。
显影和定影：用天津感光胶片厂生产的红特硬型或紫外Ⅱ型干板，使用显影液D-11，显影5min（20℃），定影液F5，定影20min（室温），然后水洗。
分析：干板上的谱线按铁谱比较定性确定元素的存在与否，根据谱线的黑度半定量测定各元素间的相对含量。发射光谱法可以测出纸张中的十几种元素，但常量元素为钙、镁、铝、铁和硅，它反映了纸张常用填料的特点，当用氧化锌（ZnO）、硫酸钡（BaSO4）和二氧化钛（TiO2）作填料时，锌、钡、钛则含量较高。
近年来，电感耦合等离子体发射光谱法已用于纸张的分析。实验表明应用等离子体发射光谱法能对纸张中常见的20多种元素进行定性和定量分析，达到区分同类纸的目的。
具体操作方法如下：取50cm2的纸样，称重并剪成小块，置于磨口锥形瓶中用10％的HCl溶液1ml浸泡2h，再加入4ml去离子水，放置约20h，过滤后在测试前稀释至10ml。每个样品测试三次，取平均值。
元素含量计算与数据分析：仪器经过标准样品的测定后，可得到定量曲线，纸张检材和比对样品经过测定后，得到以ppm表示的浓度值，再换算成百分含量。
钙、镁、铝、铁、硅、钾、钠是纸张中常见的元素，其百分含量均达0．5％以上，而其它元素则为纸张中的少量或痕量元素。
4 X射线衍射分析法
单色的X射线入射到样品的晶面上能产生衍射图。衍射线的位置和强度与样品的性质、组成以及物相密切相关，而强度与其含量成正比。纸张中含有的无机填料，如滑石粉、白土、二氧化钛和硫酸镁等，它们都能形成各自的衍射线。由于不同厂家的制造工艺不同，使用的无机填料的来源不同，且使用的品种和数量也不完全相同，其所含成分的晶体结构和相对含量也存在差别。因此，利用X射线衍射分析法，根据衍射线的位置和彼此之间的相对强度，可以用来区分不同厂家生产的同种纸，能进一步鉴别用其它方法难以区分的纸样。在条件成熟的情况下，还可以区分生产时间和生产批号。
X射线衍射分析法属于无损检验，可以直接在纸上进行。该法检验纸张的条件是利用自动衍射仪，选用铜靶管，波长15418×10—14m，靶电压40kV，靶电流40mA，连续扫描区间3°~60°，扫描速度为每分钟4°。将纸样剪成4cm2，直接放在试样架上，检测填料量可低至千分之一。当分析未知物时，可以使用标准谱图进行检索。
在纸张检材允许的情况下，要尽可能采用多种方法，对纸张物证进行系统的分析检验。这样可以使各种检验结果相互补充，相互印证，从而提高鉴定结论的准确性和可靠性。纸张的各种检验方法均有一定的适用范围，各有优点和不足。在实际工作中，要根据检材的具体情况和检验要求，以及现有的仪器设备和实验条件制定合理的检验程序。通常情况是先做无损检验，后做有损检验。由于纸张的种类繁多，纸厂遍布世界各地，且使用范围较大，因此现有的纸张检验方法一般不能作出同一认定的结论，只能鉴定纸张的种类。在有比对样品的情况下，能确定产地、牌号和批号；在特定范围内，能作出同一认定。