扫描电镜-X射线能谱法检验汽车轮胎橡胶*

刘冬娴，徐连生，贺江南

(1 湖南警察学院刑事科学技术系，湖南长沙 410138；

2 湖南省公安科学技术研究所，湖南长沙 410001)



扫描电镜-X射线能谱法检验汽车轮胎橡胶*

刘冬娴1，徐连生2，贺江南1

(1 湖南警察学院刑事科学技术系，湖南长沙 410138；

2 湖南省公安科学技术研究所，湖南长沙 410001)

摘要：目的用扫描电子显微镜-X射线能谱法检验汽车轮胎橡胶样品中无机成分并进行比对分析。方法将汽车轮胎橡胶样品置于体视显微镜下，用无水乙醇清洗，用手术刀分离，将分离后的样品置样品台上，用扫描电子显微镜-X射线能谱法分析。结果同一汽车轮胎不同层次橡胶元素种类及含量有差异，不同种类汽车轮胎橡胶元素种类及含量有差异。结论扫描电子显微镜-X射线能谱法检验汽车轮胎橡胶具有快速、准确、所需样品量少等特点，可应用于司法实践交通肇事逃逸案中汽车轮胎橡胶物证中无机成分的比对分析。

关键词：汽车轮胎橡胶，扫描电子显微镜-X射线能谱法，无机成分，比对分析

随着我国经济的迅速发展，我国汽车拥有量逐年猛增，至2014年底已达1.54亿辆，全国汽车驾驶人数达1.72亿。但由于部分驾驶员交通安全观念、交通文明意识相对滞后，而导致我国交通事故逐年猛增，2012年我国发生各类交通事故4.6万起、造成1.1万人死亡、5万人受伤，分别比2011年上升17.7%、16.5%、12.3%。特别是近几年交通肇事逃逸案件逐年增多，严重危害了人民群众的生命财产安全。而在交通事故或交通肇事逃逸案件的处理过程中，往往由于肇事现场缺乏可靠的证据而导致交通事故、交通肇事逃逸案件无法得到处理、处罚，许多案件成了无头案，危害后果严重，社会影响大。

然而，几乎在所有交通事故现场的地面上都留有汽车轮胎的刹车印痕，或者在受害者身上留有汽车轮胎的痕迹，这些痕迹中均含有由于摩擦而脱落的汽车轮胎橡胶颗粒。但交通事故现场留有的这些汽车轮胎橡胶颗粒量小体微、成分复杂，不同于普通橡胶，无法用常规的红处光谱法等技术进行分析，因而使得这一至关重要的物证无法得到应用。如果能对现场留有的这些汽车轮胎橡胶颗粒(物证)与肇事嫌疑车辆轮胎的橡胶进行比对分析，即可认定车辆。因此，开展汽车轮胎橡胶检验方法研究迫在眉睫。

目前检验橡胶的方法主要有X射线衍射法[1]、热分析法[2]、红外光谱法[3]、薄层色谱法[4]，这些方法所需样品量较大，不适用于微量橡胶物证的检验；裂解气相色谱法[5-9]、裂解气相色谱-质谱法[10-11]，这些检验方法主要检测橡胶制品中有机成分；未见扫描电子显微镜-X射线能谱法(SEM-EDX)检验汽车轮胎橡胶物证的研究报道。本文就汽车轮胎橡胶物证的扫描电子显微镜-X射线能谱法进行研究，并利用所建立的方法对同一汽车轮胎不同层次橡胶及不同种类汽车轮胎橡胶中元素种类及含量进行比对分析，以探讨司法实践交通肇事逃逸案件中汽车轮胎橡胶物证比对分析的可行性，为认定交通肇事逃逸车辆提供依据。

1实验部分

1.1　仪器与试剂

FEI Quanta 650型扫描电子显微镜，配ETD(SE)检测器；Oxord X-MAX 80型能谱仪，具有Aztec 2.2 分析软件；麦克奥迪公司SMZ-168体视显微镜。

无水乙醇(分析纯)，天津市大茂化学试剂厂生产。

1.2　样品

从长沙市各4S店收集20种汽车轮胎橡胶样品，基本信息见表1。

表1　汽车轮胎橡胶样品

1.3　方法

1.3.1样品处理

取样品1轮胎橡胶，置体视显微镜下观察，样品由表及里共六层，用棉签沾无水乙醇清洁，在体视显微镜下用手术刀分离提取各层样品，依次编号为1-1层、1-2层、1-3层、1-4层、1-5层、1-6层，将样品置扫描电子显微镜样品台上，待检。

分别取样品2～20轮胎橡胶，置体视显微镜下，用棉签沾无水乙醇清洁，用手术刀分离提取表面样品，将样品置扫描电子显微镜样品台上，待检。

1.3.2样品检测

将放置有轮胎橡胶样品的样品台置扫描电子显微镜的样品室，对样品进行扫描电子显微镜-X射线能谱法检验，每个样品检测三个区域。

SEM-EDX条件：

FEI Quanta 650型扫描电子显微镜：加速电压25kV，WD=10mm，束斑4.0，灯电流105μA，ETD(SE)检测器；Oxord X-MAX 80型能谱仪：能量分辨率127eV；工作距离：10mm；信号：背散射电子像；放大倍数：100、160倍。

1.2.3数据分析

样品按“1.3.1”方法处理、按“1.3.2”方法进行检测，得到样品表面形貌图和能谱图，经Aztec 2.2 分析软件分析得出样品中所含元素种类及其相对含量。

2结果与讨论

2.1　同一轮胎不同层次橡胶元素分析结果

样品1汽车轮胎橡胶样品，按“1.3.1”方法处理、按“1.3.2”方法检测，样品按“1.3.3”方法分析，各层元素种类及相对含量见表2。

表2　样品1汽车轮胎橡胶元素检测结果

由表2可知，同一轮胎不同层次橡胶元素种类及相对含量有差异。

2.2　不同种类轮胎橡胶元素分析结果

样品2～20汽车轮胎橡胶样品，按“1.3.1”方法处理、按“1.3.2”方法检测，样品按“1.3.3”方法分析，元素种类及相对含量见表3。

表3　样品2～20汽车轮胎橡胶元素检测结果

由表3可知，不同种类汽车轮胎橡胶元素种类及相对含量有差异。

2.3　汽车轮胎橡胶中无机填料混合不均匀对检测结果的影响

汽车轮胎橡胶中使用无机填料，在于改善汽车轮胎性能和降低汽车轮胎成本，不同厂家生产的汽车轮胎，所用的生胶可能相同，但无机填料由于产地和条件不同而呈现其差异性。汽车轮胎橡胶所用的无机填料可能在轮胎橡胶中混合的并不均匀，这些不均匀体现在扫描电镜上就是一个个小白点或其他特征点。通过对同一个轮胎橡胶无机填料不同混合均匀程度区域的扫描电镜-X射线能谱分析，可以发现在混合均匀的区域所检测出的元素种类及含量是正常的，检测结果反映出轮胎橡胶所包含的主要物质及其含有的一些主要元素，而在无机填料混合不均匀的区域检测出的元素种类及含量是异常的，检测出的主要是填料所含的元素成分，轮胎橡胶的一些主要物质及元素却没有检测出来，导致检测结果的不可靠。所以在进行定点分析的时候，需要注意扫描电镜上出现的白点及其他混合不均匀的特征点，不要将它们纳入分析检测的范围，尽量选择光滑、均匀的区域进行分析。

2.4　汽车轮胎橡胶中杂质对检测结果的影响

汽车轮胎在行驶过程中不可避免的会沾染上杂质，在用扫描电子显微镜-X射线能谱仪对汽车轮胎橡胶进行分析，任何细小的尘埃或颗粒都会对检测结果产生极大影响，而导致检测结果的不准确性。因此在采取汽车轮胎橡胶检材的过程中要避免污染检材、分离提取检材时要注意对检材的清洗。

3结论

经扫描电子显微镜-X射线能谱法检验，同一汽车轮胎不同层次橡胶元素种类及含量有差异，不同种类汽车轮胎橡胶元素种类及含量有差异，由此可区分不同种类汽车轮胎橡胶。扫描电子显微镜-X射线能谱法检验汽车轮胎橡胶具有快速、准确、所需样品量少等特点，可应用于司法实践交通肇事逃逸案中汽车轮胎橡胶物证中无机成分的比对分析。

参考文献

[1] 徐燧伟.用射线衍射法测定硫化橡胶中无机物含量[J].橡胶工业，1994，41(10)：617-622.

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[10] Hiltz John A.Pyrolysis gas chromatography/mass spectrometry identification of poly(butadiene-acrarylonitrile)rubbers[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2000，55(2)：135-150.

[11] Fuh Ming-Ren S，Wang Gim-Yu.Quantitativeanalysis of nitrile rubber/chloroprene by pyrolysis/gas chromatography/mass spectrometry[J]. Analytica Chimica Acta，1998，371(1)：89-96.

*基金项目： 湖南省科学技术厅科技计划项目(项目编号：2013GK3089)

Analysis of Vehicle Tire Rubber by Scanning Electronic Microscope and

X-Ray Photoemission Spectroscopy

LIU Dong-xian1，XU Lian-sheng2，HE Jiang-nan1

(1 Department of Criminal Technology，Hunan Police Academy，Changsha 410138，Hunan，China；

2 Institute of Forensic Science，Public Security Department of Hunan Province，Changsha 410001，Hunan，China)

Abstract：Objective：To test and comparison analyze the inorganic constituents of vehicle tire rubber by scanning electronic microscope and X-ray photoemission spectroscopy. Methods：The tire rubber samples were cleaned with alcohol，and separated out thin layers using scalpel under stereomicroscope，and then tested for inorganic constituents using scanning electronic microscope and X-ray photoemission spectroscopy. Results：The elements qualitative research and quantitative research results showed obvious difference between different types of tire rubber samples and that difference also exist between different layers of the same tire rubber sample. Conclusion：The method can be used to comparison analyze of the inorganic constituents of material evidence such as vehicle tire rubber in judicatory practice after traffic accident，quickly and accurately，with tiny amounts of material.

Key words：tire rubber，scanning electronic microscope，X-ray photoemission spectroscopy，inorganic constituents，comparison analysis

中图分类号：O 657.62

通讯作者：刘冬娴，教授，研究方向：微量物证与毒物毒品分析；E-mail：liudongxian@yahoo.com.cn；Tel：0731-82791671