利用显微分光光度计鉴别黑色中性笔墨水

叶卓龙，王长亮，崔 岚

（1.中国刑事警察学院，辽宁 沈阳 110000；2.上海市刑事科学技术研究院，上海 200000）

中性笔，又称签字笔，因其墨水的粘度介于水性和油性之间而得称。中性笔书写流畅顺滑，手感舒适，因而在其问世后即得到了很高的使用率和市场占有率。随着社会经济的发展，人们越来越多地利用中性笔签署各种文件合同。另一方面，不法分子为了谋取利益也会使用该类书写工具对文件内容进行篡改变造，如对某份文件中的书写内容进行一些笔画、字迹上的添改。此时，对怀疑添加的笔画与原有笔画进行墨水种类鉴别则成了关键的检验手段。

不同中性笔由于其配方中的溶剂、着色剂、增稠剂、树脂等物质不同，对光的吸收、反射能力和荧光特性也不同，这就为鉴别不同黑色中性笔墨迹提供了理论基础。目前，对中性笔种类鉴别的研究多用色谱法[1-3]和光谱法[4-5]进行检验。

显微分光光度法具有无损、快速、微区的检验特点，可以通过检测物质所获得的反射、透射、荧光光谱图，对物质进行定性和定量分析[6]。吴国萍等[7]根据色度学理论中色差的概念，以色差ΔΕ表示不同样品颜色的差异，将样品间的色差ΔΕ大于1作为区分不同种黑色中性笔的标准，用显微分光光度计对56种黑色中性笔样品进行检验。申思等[8]运用显微分光光度计的透射模式，根据谱图在660～800 nm范围内的形态，将197种黑色签字笔分成三类。

为了消除纸张的致密度和透光度的影响，本研究使用显微分光光度计的反射模式，对72种黑色中性笔进行检测，根据光谱图的形态、特征峰的峰位与峰高，对黑色中性笔进行定性分类，并进一步对反射光谱图的实验数据进行量化分析，为鉴别黑色中性笔提供数据支撑。同时，采用文检仪检测黑色中性笔墨迹的荧光特征，为不同种黑色中性笔反射光谱图的差异提供结果解释。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

收集市面上不同品牌或同品牌不同型号的黑色中性笔共72种（表1）。纸张为Double A复印纸（80g）。

QDI 2010紫外-可见-近红外显微分光光度计（美国CRAIC公司）配套光谱数据采集软件CRAIC MSP和图像采集软件CRAIC Imaging v66。VSC6000型文检工作站（英国Foster+Freeman公司）。

表1 72种黑色中性笔的品牌及型号

1.2方法

1.2.1 制样方法

将中性笔样品在A4复印纸上划线，并裁剪出约5cm的笔道粘贴在载玻片上待测。

1.2.2 检测参数

显微分光光度计：将粘贴在载玻片上的样品笔道置于显微分光光度计的样品台上，选用反射模式，采用 15倍物镜，旋转到 4号采样孔[9]，选择波长范围为380～780 nm的可见光区域，设置采集时间为1000ms，扫描次数30次。

检测时，先采集笔道附近的空白纸张作为背景数据，再对样品笔道进行检测，每个样品笔道均进行6次平行检测。

文检仪：将样品置于VSC6000型文检工作站的样品台上，打开强光源模式，选择780 nm滤色片，放大倍率3，自动曝光。

1.2.3 定量参数

选反射光谱图中的最大吸收峰波段为λ（435～442 nm 范围内），λ 反射率为I1；780 nm 波段反射率为I2，比值I2/I1为相对反射强度。

2 结果与讨论

2.1 实验的重现性

为考察显微分光光度法的重现性，随机选择4号样品，进行6次平行检测，考察谱图和定量参数的重现性。检测结果见图1和表2。从图1可以看出，6次平行检测的反射光谱曲线可能受纸张纤维不均匀的影响，整体上下移动，但基本走势一致，特征峰的位置和形态相近。从表2可见，同种黑色中性笔多次检测，λ峰位和I2/I1两项数据的相对标准偏差均在3%之内，说明λ和I2/I1比较稳定，可以利用上述两项参数进行反射光谱图的定量比对。

表2 4号中性笔6次检测数据

图1 4号样品6次平行检测结果

2.2 样品反射光谱图的大类区分

根据样品中性笔的反射光谱图曲线的形态和特征峰的波段，将72个样品初步分成四大类。具体分类结果如表3所示，四大类反射光谱图曲线如图2。

表3 72个黑色中性笔样品反射光谱图分类结果

图2 72个黑色中性笔样品的四大类反射光谱图

由图2可知，第四类反射光谱曲线对应的黑色中性笔墨迹对可见光有强吸收能力，所以在各个检测波长中对光的反射强度都比较稳定，谱图形态类似“L”型，这类样品占所有样品的66.67%。第二大类和第三大类谱图都表现出逐渐上升的反射能力，在780 nm达到最大值，但第二大类谱图的反射强度从700 nm左右开始明显增加，第三大类谱图的反射强度从450 nm左右即开始逐渐增加，两者有所差异。第一类光谱图在600 nm之前的波段表现出对光的强吸收能力，并且在500～650nm波段范围有一到两个特征峰，在600 nm之后的波段反射率逐渐增强，与其余三类反射光谱图有明显差别。

根据第一类反射光谱曲线在500～650nm出现的特征峰的数量，可以将第一类反射光谱图进一步分成三小类，分类结果见表4和图3。

表4 第一大类光谱图分类结果

图3 三小类反射光谱曲线

2.3 样品的荧光特性检验

为了进一步解释四大类反射光谱图在700～780nm波段范围的差异，使用文检仪在强光源-780 nm滤色片的条件下，对样品进行检验。以60号（第一大类）和1号（第二大类）样品为例，如图4，在相同波长的激发光照射下，第一大类的黑色中性笔被激发荧光，而其余三大类均无荧光。这说明第一大类反射光谱图与其余三大类反射光谱图的差异主要是第一大类的黑色中性笔在700～780nm波段范围被激发荧光，因此反射光增强。分析是由于该类样品中含有染料等能被激发荧光的物质，而其余三大类的黑色中性笔墨水可能以颜料为着色剂，能被激发荧光的物质含量较少从而导致上述差异。

图4 780 nm激发光下荧光现象

2.4 样品的定量比对

由图2可以看到，所有样品中性笔的反射光谱图均在435～442 nm之间有一个最大吸收峰，同一样品多次检测峰位相近，在440 nm左右后光谱曲线整体有上升趋势且幅度不一致。因此，可以采用对最大吸收峰波段λ、相对反射强度I2/I1两个参数进行定量比对。四大类样品光谱图对应实验数据见表5。

从表5可以看出，各样品两项实验数据均比较稳定，不同大类反射光谱图其实验数据有较大差别。其中，第一大类谱图最大吸收峰波段覆盖范围比较广（左右偏移7nm）。另外，第一大类谱图相对反射强度数值较高，反映其谱图在700 nm后反射强度上升较快，而其余大类反射光谱图在I2/I1数值上明显低于第一大类反射光谱图。四大类反射光谱图在两项实验数据范围上的明显分段说明在前文分类的方法有一定的合理性。

表5 四大类样品光谱图的实验数据范围

2.5 区分率

根据上述谱图和定量比对分类结果，可以计算出样品的区分率，即72种样品两两配对可区分的对数与总对数的比值-见式1：

4结论

本研究利用显微分光光度计反射光谱模式检验黑色中性笔，所有反射光谱曲线比较平滑，噪声少，特征峰的位置和形态比较稳定。根据样品光谱差异，可将72种不同品牌或同品牌不同型号的中性笔分成四大类，并根据第一类反射光谱曲线在500～650nm出现的特征峰的数量，可以将第一类反射光谱图再分成三小类。不同类反射光谱图有明显区别。不同大类的黑色中性笔因添加物中荧光物质的有无而导致光谱图的差异。72种黑色中性笔的区分率为52.90%。

黑色中性笔是常用的书写工具，也是鉴定实践中常见的检材。本研究所建的显微分光光度法具有无损、快速、微区的特点，检测结果稳定可靠，可在一定程度上对检验黑色中性笔墨迹进行有效区分。