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拉曼光谱法检验香烟盒外包装薄膜的研究
拉曼光谱法检验香烟盒外包装薄膜的研究
陆一帆`1 姜红1 马腾1 苏航1 张丽文2  
(1.中国人民公安大学,北京100038;2.北京卓立汉光仪器有限公司,北京101102)
1 引言
随着吸烟人口的不断增长,与香烟有关的各类物证出现在刑事案件现场的比例逐步提高,进行香烟品牌和来源的分析,对锁定侦查范围、有效打击犯罪变得尤为重要,现阶段已经对香烟烟蒂、烟灰、烟丝、香烟盒外包装薄膜、烟用内衬纸等进行了多项研究并取得了一定的成果。香烟盒外包装薄膜即卷烟小盒及条盒外包裹的一层薄膜,全世界有85%以上的烟盒采用透明包装材料进行包装。因其具有阻隔性、透明性、热封性、机械加工性、透氧透湿率小等特性,能有效防止香烟吸潮霉变,阻止烟草香气外逸,具有良好的阻隔性和保香性。[1] 
目前法庭科学中,对香烟盒外包装薄膜的检验方法主要有红外光谱法、小角X射线散射法、差示扫描量热法、X射线荧光光谱法[4-9]等。拉曼光谱法具有无损、快速、准确、样品不需要前处理等优势,在农业、医药、化学等领域得到了广泛的应用。本实验利用拉曼光谱法,对香烟盒外包装薄膜样品进行检验区分,取得了较好的实验结果。

2 实验
2.1实验仪器及样品


    实验仪器:Finder Vista显微共聚焦激光拉曼光谱仪(北京卓立汉光仪器有限公司)。
    实验条件:532nm激光器,激光强度10mw,光谱扫描范围3123cm-1—439cm-1,采集时间3s,累计次数5次。

2.2实验样品
不同品牌、不同系列的香烟盒外包装薄膜样品48个,包括华贵泰山烤烟、牡丹香烟、红塔山烤烟、中南海烤烟过滤嘴香烟等外包装薄膜样品。

2.3实验方法
将样品放在显微镜载物台上,以反面(与烟盒接触的一面)为检测面,在周围环境无光的条件下进行检验。实验中对每一个样品测定三次,取平均值。

3 实验结果分析
3.1根据拉曼光谱图谱对样品进行分类

    首先将样品的拉曼光谱图与聚丙烯拉曼光谱标准图谱(见图3)[10]进行比对。
 
图3 聚丙烯的拉曼光谱标准图谱
聚丙烯有2954cm-1、2923cm-1、2903cm-1、2885cm-1、2841cm-1、2723cm-1、1459cm-1、1438cm-1、1360cm-1、1330cm-1、1167cm-1、1167cm-1、1147cm-1、973cm-1、842cm-1、810cm-1、529cm-1、456cm-1、399cm-1的特征振动峰。3000-2600cm-1的谱峰多为CH3和CH2中C-H键的伸缩振动峰;1500-800cm-1的谱峰多为C-C键的伸缩振动和C-H的弯曲振动峰,550-300cm-1的谱峰多为聚丙烯碳链骨架的摇摆振动峰[11]
    经比对分析,48个样品均以聚丙烯为主要成分,样品的差异主要在于2600-1500cm-1区域的谱峰。根据2600-1500cm-1区域谱峰的不同,可将样品分为4类。第Ⅰ类为含有碳碳双键顺反异构的样品,第Ⅱ类为含有炔烃类(CC)的样品,第Ⅲ类为混合类样品,第Ⅳ类为纯净类样品。
3.1.1第Ⅰ类含有碳碳双键顺反异构的样品
顺反异构体是立体异构的一种,是由于双键相连的两个碳原子不能绕σ键轴作相对的自由旋转引起的。在双轴拉伸聚丙烯薄膜生产中,拉伸是关键步骤。在平拉伸进行过程中或者拉伸完成后,高分子聚丙烯的泡管结构容易发生松弛,如果松弛对分子形变影响远低于拉伸对分子形变的影响,高分子就极易在拉伸过程中断裂。原本因聚合作用断裂的碳碳双键形成的碳碳单键,重新生成碳碳双键,但由于碳碳双键处在双向拉伸过程中,两个碳原子不能绕σ键轴作相对的自由旋转,形成C=C顺反异构的结构,在2250-2150cm-1处出现高强度波峰(图4),此类样品共有5个,在样品中所占比例较小,生产厂家包括“红云红河烟草(集团)有限责任公司”、“天津卷烟厂制造”、“中烟工业有限责任公司(山东、河南分公司)”。
 
图4 Ⅰ类23样品的拉曼光谱图
3.1.2 第Ⅱ类含有炔烃类(CC)的样品
样品在2350-2250cm-1区域出现高强度特征波峰(见图5)。在聚丙烯液体结晶的过程中,分子也会自动趋向较稳定的结构,有晶体分子间的排列规律化形成或进而降低晶体物化程度,提高薄膜的光学和力学能力[11]。在最后的加热阶段,分子在高温下不稳定,聚丙烯结晶生成CC结构。此类共有7个样品,除9样品的生产厂家是“红塔烟草有限责任公司”外,其他6个样品皆出自于“中烟工业有限责任公司”。
 
图5 Ⅱ类1样品的拉曼光谱图
3.1.3第Ⅲ类混合类样品
样品中同时具有2350-2250cm-1和2250-2150cm-1两个区域的特征峰(见图6),此类样品不仅因双向拉伸时温度和速度的差异,形成了碳碳双键,并且由于最后加热工序的不同,导致出现碳碳三键结构。
 
图6  Ⅲ类28样品的拉曼光谱图
3.1.4第Ⅳ类纯净类样品
样品的拉曼光谱图中除了聚丙烯结构外,几乎不含有多余的碳碳键结构,其波峰与聚丙烯标准峰相似度高(见图7)。此类样品中聚丙烯含量高,符合此分类条件的香烟样品数量较多、香烟产地范围广,对该类样品进行区分不太容易。
 
图7  Ⅳ类2样品的拉曼光谱图
4结论
利用拉曼光谱法可以对香烟盒外包装薄膜样品进行检验,该方法简便快速,结果准确可靠,且无损样品。根据拉曼光谱检验结果可以对香烟盒外包装薄膜样品进行分类,为公安机关实际办案提供帮助。
参考文献:
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