nuus

Ons gebruik koekies om jou ervaring te verbeter. Deur voort te gaan om hierdie webwerf te besoek, stem jy in tot ons gebruik van koekies. Meer inligting.
Wanneer 'n verkeersongeluk aangemeld word en een van die voertuie die toneel verlaat, word forensiese laboratoriums dikwels getaak om die bewyse te herwin.
Oorblywende bewyse sluit in gebreekte glas, gebreekte kopligte, agterligte of buffers, sowel as glymerke en verfresidu. Wanneer 'n voertuig met 'n voorwerp of persoon bots, is dit waarskynlik dat die verf in die vorm van kolle of skyfies sal oordra.
Motorverf is gewoonlik 'n komplekse mengsel van verskillende bestanddele wat in verskeie lae aangewend word. Alhoewel hierdie kompleksiteit analise bemoeilik, bied dit ook 'n rykdom aan potensieel belangrike inligting vir voertuigidentifikasie.
Raman-mikroskopie en Fourier-transform infrarooi (FTIR) is van die hooftegnieke wat gebruik kan word om sulke probleme op te los en nie-vernietigende analise van spesifieke lae in die algehele laagstruktuur te vergemaklik.
Verfskyfie-analise begin met spektrale data wat direk vergelyk kan word met kontrolemonsters of saam met 'n databasis gebruik kan word om die maak, model en jaar van die voertuig te bepaal.
Die Royal Canadian Mounted Police (RCMP) onderhou so 'n databasis, die Paint Data Query (PDQ) databasis. Toegang tot deelnemende forensiese laboratoriums kan te eniger tyd verkry word om te help met die instandhouding en uitbreiding van die databasis.
Hierdie artikel fokus op die eerste stap in die analiseproses: die versameling van spektrale data van verfskyfies met behulp van FTIR- en Raman-mikroskopie.
FTIR-data is versamel met behulp van 'n Thermo Scientific™ Nicolet™ RaptIR™ FTIR-mikroskoop; volledige Raman-data is versamel met behulp van 'n Thermo Scientific™ DXR3xi Raman-mikroskoop. Verfskyfies is geneem van beskadigde dele van die motor: een het van die deurpaneel afgesny, die ander van die buffer.
Die standaardmetode om dwarssnitmonsters aan te heg, is om hulle met epoksie te giet, maar as die hars die monster binnedring, kan die resultate van die analise beïnvloed word. Om dit te voorkom, is die verfstukke tussen twee velle poli(tetrafluoroëtileen) (PTFE) by 'n dwarssnit geplaas.
Voor analise is die dwarssnit van die verfskyfie handmatig van die PTFE geskei en die skyfie is op 'n bariumfluoried (BaF2) venster geplaas. FTIR-kartering is in transmissiemodus uitgevoer met behulp van 'n 10 x 10 µm2 diafragma, 'n geoptimaliseerde 15x objektief en kondensor, en 'n 5 µm steek.
Dieselfde monsters is vir Raman-analise gebruik vir konsekwentheid, hoewel 'n dun BaF2-vensterdeursnit nie nodig is nie. Dit is opmerklik dat BaF2 'n Raman-piek van 242 cm-1 het, wat in sommige spektra as 'n swak piek gesien kan word. Die sein moet nie met verfvlokkies geassosieer word nie.
Verkry Raman-beelde met behulp van beeldpixelgroottes van 2 µm en 3 µm. Spektrale analise is uitgevoer op die hoofkomponentpieke en die identifikasieproses is gehelp deur die gebruik van tegnieke soos multikomponentsoektogte in vergelyking met kommersieel beskikbare biblioteke.
Rys. 1. Diagram van 'n tipiese vierlaag-motorverfmonster (links). Dwarssnit-videomosaïek van verfskyfies geneem van 'n motordeur (regs). Beeldkrediet: Thermo Fisher Scientific – Materiaal- en Strukturele Analise
Alhoewel die aantal lae verfvlokkies in 'n monster kan wissel, bestaan monsters tipies uit ongeveer vier lae (Figuur 1). Die laag wat direk op die metaalsubstraat aangebring word, is 'n laag elektroforetiese onderlaag (ongeveer 17-25 µm dik) wat dien om die metaal teen die omgewing te beskerm en dien as 'n monteeroppervlak vir daaropvolgende lae verf.
Die volgende laag is 'n bykomende onderlaag, stopverf (ongeveer 30-35 mikron dik) om 'n gladde oppervlak vir die volgende reeks verflae te bied. Dan kom die basislaag of basislaag (ongeveer 10-20 µm dik) wat uit die basisverfpigment bestaan. Die laaste laag is 'n deursigtige beskermende laag (ongeveer 30-50 mikron dik) wat ook 'n glansende afwerking bied.
Een van die hoofprobleme met verfspooranalise is dat nie alle lae verf op die oorspronklike voertuig noodwendig as verfskyfies en vlekke teenwoordig is nie. Boonop kan monsters uit verskillende streke verskillende samestellings hê. Verfskyfies op 'n buffer kan byvoorbeeld uit buffermateriaal en verf bestaan.
Die sigbare dwarssnitbeeld van 'n verfskyfie word in Figuur 1 getoon. Vier lae is sigbaar in die sigbare beeld, wat ooreenstem met die vier lae wat deur infrarooi-analise geïdentifiseer is.
Nadat die hele dwarssnit gekarteer is, is individuele lae geïdentifiseer met behulp van FTIR-beelde van verskeie piekareas. Verteenwoordigende spektra en geassosieerde FTIR-beelde van die vier lae word in Fig. 2 getoon. Die eerste laag het ooreengestem met 'n deursigtige akriellaag bestaande uit poliuretaan, melamien (piek by 815 cm-1) en stireen.
Die tweede laag, die basislaag (kleurlaag) en die deursigtige laag is chemies soortgelyk en bestaan uit akriel, melamien en stireen.
Alhoewel hulle soortgelyk is en geen spesifieke pigmentpieke geïdentifiseer is nie, toon die spektra steeds verskille, hoofsaaklik in terme van piekintensiteit. Laag 1-spektrum toon sterker pieke by 1700 cm-1 (poliuretaan), 1490 cm-1, 1095 cm-1 (CO) en 762 cm-1.
Piekintensiteite in die spektrum van laag 2 neem toe by 2959 cm-1 (metiel), 1303 cm-1, 1241 cm-1 (eter), 1077 cm-1 (eter) en 731 cm-1. Die spektrum van die oppervlaklaag het ooreengestem met die biblioteekspektrum van alkiedhars gebaseer op isoftaalsuur.
Die finale laag e-laag-onderlaag is epoksie en moontlik poliuretaan. Uiteindelik was die resultate in ooreenstemming met dié wat algemeen in motorverf voorkom.
Analise van die verskillende komponente in elke laag is uitgevoer met behulp van kommersieel beskikbare FTIR-biblioteke, nie motorverfdatabasisse nie, dus hoewel die ooreenkomste verteenwoordigend is, is hulle moontlik nie absoluut nie.
Deur 'n databasis te gebruik wat vir hierdie tipe analise ontwerp is, sal die sigbaarheid van selfs die maak, model en jaar van die voertuig verhoog word.
Figuur 2. Verteenwoordigende FTIR-spektra van vier geïdentifiseerde lae in 'n dwarssnit van afgebreekte motordeurverf. Infrarooi beelde word gegenereer vanaf piekstreke wat met individuele lae geassosieer word en bo-op die videobeeld geplaas. Die rooi areas toon die ligging van die individuele lae. Deur 'n diafragma van 10 x 10 µm2 en 'n stapgrootte van 5 µm te gebruik, dek die infrarooi beeld 'n area van 370 x 140 µm2. Beeldkrediet: Thermo Fisher Scientific – Materiaal- en Strukturele Analise
Op fig. 3 word 'n videobeeld van 'n dwarssnit van bufferverfskyfies getoon, ten minste drie lae is duidelik sigbaar.
Infrarooi dwarssnitbeelde bevestig die teenwoordigheid van drie afsonderlike lae (Fig. 4). Die buitenste laag is 'n deursigtige laag, heel waarskynlik poliuretaan en akriel, wat konsekwent was in vergelyking met deursigtige laagspektra in kommersiële forensiese biblioteke.
Alhoewel die spektrum van die basislaag (kleurlaag) baie soortgelyk is aan dié van die deursigtige laag, is dit steeds duidelik genoeg om van die buitenste laag onderskei te word. Daar is beduidende verskille in die relatiewe intensiteit van die pieke.
Die derde laag kan die buffermateriaal self wees, bestaande uit polipropileen en talk. Talk kan as 'n versterkende vulstof vir polipropileen gebruik word om die strukturele eienskappe van die materiaal te verbeter.
Beide buitenste lae was ooreenstemmend met dié wat in motorverf gebruik word, maar geen spesifieke pigmentpieke is in die onderlaag geïdentifiseer nie.
Rys. 3. Videomosaïek van 'n dwarssnit van verfskyfies geneem van 'n motorbuffer. Beeldkrediet: Thermo Fisher Scientific – Materiaal- en Strukturele Analise
Rice. 4. Verteenwoordigende FTIR-spektra van drie geïdentifiseerde lae in 'n dwarssnit van verfskyfies op 'n buffer. Infrarooi beelde word gegenereer vanaf piekstreke wat met individuele lae geassosieer word en bo-op die videobeeld geplaas. Die rooi areas toon die ligging van die individuele lae. Deur 'n diafragma van 10 x 10 µm2 en 'n stapgrootte van 5 µm te gebruik, dek die infrarooi beeld 'n area van 535 x 360 µm2. Beeldkrediet: Thermo Fisher Scientific – Materiaal- en Strukturele Analise
Raman-beeldmikroskopie word gebruik om 'n reeks dwarssnitte te analiseer om addisionele inligting oor die monster te verkry. Die Raman-analise word egter bemoeilik deur die fluoresensie wat deur die monster uitgestraal word. Verskeie verskillende laserbronne (455 nm, 532 nm en 785 nm) is getoets om die balans tussen fluoresensie-intensiteit en Raman-seinintensiteit te evalueer.
Vir die analise van verfskyfies op deure word die beste resultate verkry deur 'n laser met 'n golflengte van 455 nm; hoewel fluoresensie steeds teenwoordig is, kan 'n basiskorreksie gebruik word om dit teen te werk. Hierdie benadering was egter nie suksesvol op epoksielae nie, omdat die fluoresensie te beperk was en die materiaal vatbaar was vir laserskade.
Alhoewel sommige lasers beter as ander is, is geen laser geskik vir epoksie-analise nie. Raman-dwarssnitanalise van verfskyfies op 'n buffer met behulp van 'n 532 nm-laser. Die fluoresensie-bydrae is steeds teenwoordig, maar word verwyder deur basislynkorreksie.
Rys. 5. Verteenwoordigende Raman-spektra van die eerste drie lae van 'n motordeur-skyfiemonster (regs). Die vierde laag (epoksie) het tydens die vervaardiging van die monster verlore gegaan. Die spektra is basislyn-gekorrigeer om die effek van fluoressensie te verwyder en versamel met behulp van 'n 455 nm-laser. 'n Gebied van 116 x 100 µm2 is vertoon met 'n pixelgrootte van 2 µm. Dwarssnit-videomosaïek (links bo). Multidimensionele Raman-kurwe-resolusie (MCR) dwarssnitbeeld (links onder). Beeldkrediet: Thermo Fisher Scientific – Materiaal- en Strukturele Analise
Raman-analise van 'n dwarssnit van 'n stuk motordeurverf word in Figuur 5 getoon; hierdie monster toon nie die epoksielaag nie, want dit het tydens voorbereiding verlore gegaan. Aangesien Raman-analise van die epoksielaag egter problematies gevind is, is dit nie as 'n probleem beskou nie.
Die teenwoordigheid van stireen oorheers in die Raman-spektrum van laag 1, terwyl die karbonielpiek baie minder intens is as in die IR-spektrum. In vergelyking met FTIR toon die Raman-analise beduidende verskille in die spektra van die eerste en tweede lae.
Die naaste Raman-ooreenstemming met die basislaag is perileen; hoewel dit nie 'n presiese ooreenstemming is nie, is perileenderivate bekend daarvoor dat hulle in pigmente in motorverf gebruik word, dus kan dit 'n pigment in die kleurlaag verteenwoordig.
Die oppervlakspektra was in ooreenstemming met isoftaalalkiedharse, maar hulle het ook die teenwoordigheid van titaandioksied (TiO2, rutiel) in die monsters opgespoor, wat soms moeilik was om met FTIR op te spoor, afhangende van die spektrale afsnypunt.
Rys. 6. Verteenwoordigende Raman-spektrum van 'n monster verfskyfies op 'n buffer (regs). Die spektra is basislyn-gekorrigeer om die effek van fluoresensie te verwyder en versamel met behulp van 'n 532 nm-laser. 'n Gebied van 195 x 420 µm2 is vertoon met 'n pixelgrootte van 3 µm. Dwarssnit-videomosaïek (links bo). Raman MCR-beeld van 'n gedeeltelike dwarssnit (links onder). Beeldkrediet: Thermo Fisher Scientific – Materiale en Strukturele Analise
Fig. 6 toon die resultate van Raman-verstrooiing van 'n dwarssnit van verfskyfies op 'n buffer. 'n Bykomende laag (laag 3) is ontdek wat nie voorheen deur FTIR opgespoor is nie.
Naaste aan die buitenste laag is 'n kopolimeer van stireen, etileen en butadieen, maar daar is ook bewyse van die teenwoordigheid van 'n bykomende onbekende komponent, soos blyk uit 'n klein onverklaarbare karbonielpiek.
Die spektrum van die basislaag kan die samestelling van die pigment weerspieël, aangesien die spektrum tot 'n mate ooreenstem met die ftalosianienverbinding wat as die pigment gebruik word.
Die voorheen onbekende laag is baie dun (5 µm) en bestaan gedeeltelik uit koolstof en rutiel. As gevolg van die dikte van hierdie laag en die feit dat TiO2 en koolstof moeilik is om met FTIR op te spoor, is dit nie verbasend dat hulle nie deur IR-analise opgespoor is nie.
Volgens die FT-IR-resultate is die vierde laag (die buffermateriaal) as polipropileen geïdentifiseer, maar die Raman-analise het ook die teenwoordigheid van koolstof getoon. Alhoewel die teenwoordigheid van talk wat in FITR waargeneem is, nie uitgesluit kan word nie, kan 'n akkurate identifikasie nie gemaak word nie, omdat die ooreenstemmende Raman-piek te klein is.
Motorverf is komplekse mengsels van bestanddele, en hoewel dit baie identifiserende inligting kan verskaf, maak dit analise ook 'n groot uitdaging. Verfskyfies kan effektief opgespoor word met behulp van die Nicolet RaptIR FTIR-mikroskoop.
FTIR is 'n nie-vernietigende analisetegniek wat nuttige inligting verskaf oor die verskillende lae en komponente van motorverf.
Hierdie artikel bespreek die spektroskopiese analise van verflae, maar 'n meer deeglike analise van die resultate, hetsy deur direkte vergelyking met verdagte voertuie of deur toegewyde spektrale databasisse, kan meer akkurate inligting verskaf om die bewyse met die bron daarvan te pas.