X射线荧光光谱法检验轿车车灯灯罩的研究

王凌云，姜 红

(中国人民公安大学 刑事科学技术学院，北京 100038)

0 前言

近年来，随着我国交通行业的发展，汽车数量迅猛增加，交通事故也逐渐增多。车灯灯罩位于汽车前部，面积较大，易受撞击而破碎，在交通肇事现场出现概率较高。通过对交通逃逸案件现场提取到的微量车灯灯罩碎片残渣，可以推断车辆的品牌及系列，为侦破案件指明方向，加快案件侦破速度。

目前，汽车车灯灯罩的材料主要分为三大类：聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)[1]。PC是一种强韧的热塑性树脂，以双酚A和氧氯化碳(COCl2)为原料合成。PC是一种良好的车灯灯罩材料，其硬度高，能承受大强度的撞击，适用于生产各种类型车辆的零部件[2]。PS结构特殊，侧基有体积较大的苯环无规则排列，提高了PS的透明度和刚度，是良好的绝缘材料，可以制作各种外壳、灯罩。PMMA光学性能优良，比一般的玻璃材料透光率高，且质量轻、耐腐蚀、耐老化、耐高温、绝缘性良好，在汽车车灯灯罩的制造上应用广泛。

目前，对车灯灯罩的检验方法，主要有红外光谱法[2]、拉曼光谱法[3]等。这些方法都旨在研究车灯灯罩的有机材料，并未对车灯灯罩内的填料成分进行研究。笔者采用X射线荧光光谱法(XRF)对收集到的轿车车灯灯罩样品的元素成分进行检验，从而达到区分目的。XRF应用广泛，如测定土壤中的重金属含量[4]，测定污水中的重金属含量[5]，检验橡胶鞋底、黑色塑料袋和塑料饮料瓶[6-8]等，X射线荧光光谱仪不仅可以准确地筛选大量样品，不需要繁琐的预处理，无论被测样品是固体、液体还是粉末，都可以直接测量，而且检验时间短，可以现场实时获得元素信息，便于及时决策[9]。

1 实验仪器及样品

1.1 实验仪器及实验条件

X-MET7000手持式X射线荧光光谱仪,英国牛津公司生产。Rh阳极靶,电压40 kV,电流60 mA。

1.2 实验样品

轿车车灯灯罩样品30个(样品表略)。

2 实验方法

2.1 最佳测试时间的优选

随机选取1号样品(宝马X7车灯灯罩)，用X射线荧光光谱仪进行最佳测试时间的优选，测定时间依次为30 s、60 s、90 s、120 s。

2.2 重现性实验

随机选取30号样品(丰田皇冠轿车车灯灯罩)，在上述实验条件下，用X射线荧光光谱仪进行8次重复性实验，每次测定时间为优选出的最佳时间。

2.3 XRF检验

取车灯灯罩样本尺寸约为15 mm×15 mm，冲洗表面尘土后用酒精棉擦拭干净，放置于仪器特殊的置物板上，将手持式X射线荧光光谱仪的检验口置于样品上进行检验，每个样本需测定3次，取其平均值防止实验误差。

3 结果与讨论

3.1 优选最佳时间

在上述实验条件下，取1号样品，依次调整X射线荧光光谱仪的测试时间为30 s、60 s、90 s、120 s，测定结果见表1。

表1 轿车车灯灯罩不同检验时间的XRF结果

由表1可以看出：如果测试时间较短，实验数据较不稳定，部分元素含量未达到峰值；而当测试时间较长时，因为取样点增多，数据大量累加，部分元素含量出现波动。所以在实验中既需要等待长时间的取样，也要确保数据的稳定，有利于提高实验结果的准确度。综合各项因素，优选出的最佳时间为60 s。

3.2 重现性实验

在上述实验条件下，取30号样品重复测定8次(见表2)。根据测定结果分别计算不同元素的相对标准偏差(见表3)。由表2、表3可以看出:同一元素含量的8次测定结果间差距很小，其相对标准偏差均小于10%。采用该方法对轿车车灯灯罩样品进行检验，选取样品均匀,误差较小，实验结果准确可靠。

表2 轿车车灯灯罩重现性实验的XRF结果

表3 重现性实验结果的偏差计算

3.3 XRF检验

通过分析XRF测定结果，发现30个轿车车灯灯罩样品所含常量元素最多有5种，最少有2种(见表4)。

表4 轿车车灯灯罩的XRF结果

根据所含元素种类和含量的不同，先将30个轿车车灯灯罩样品进行分组,再根据同组样品中元素含量的相对比值的不同，进行比较区分。

首先，以样品中是否含有Cl元素将30个样品分成两大组。其次，根据样品中是否含有Ca元素，再将其分为四组。最后，根据Fe和Sn两种元素的含量多少，将样品分为八组，分组结果见图1(其中“+”表示含有该元素，“-”代表不含该元素；方框中数字代表样品编号)。

图1 轿车车灯灯罩的分组结果

不同的生产厂家根据不同系列轿车的生产要求，在车灯灯罩加工过程中会添加不同的填料。汽车灯具的常用填料主要有着色剂、热稳定剂、抗氧剂、光稳定剂、阻燃剂等。车灯灯罩样品中Ca元素主要来源于碳酸钙，碳酸钙可以提高其硬度、刚性和耐热性。Cl元素可能来源于光气法合成的车灯灯罩材料PC，也可能来源于灯罩填料中的卤系阻燃剂。Fe、Sn元素主要来源于铁盐和有机锡等稳定剂，稳定剂对提高车灯灯罩的稳定性、耐降解性有很大作用。9号样品较为特殊，含有Cd元素。Cd元素来源于一种稳定性能好、价格便宜、有效的镉盐热稳定剂。

对同一组中的样品，可以根据元素含量的比值的不同做进一步的区分。以既含Cl又含Ca,且w(Fe)>w(Sn)的这一组为例，包括1号、3号、5号、30号四个样品(结果见表5)。

表5 元素质量分数的比值

由表5可以看出：1号、3号、5号、30号样品中，w(Sn)/w(Ca)及w(Fe)/w(Ca)区别都较大，可以将其区分开来。其他各组的样品也可以依据此方法进行区分。既不含Cl又不含Ca,且w(Fe)>w(Sn)的这一组由于样品数量较多，仅通过XRF检验可能并不能完全区分，还需要结合其他方法，进行进一步的实验。

4 结语

实验结果表明，利用XRF分析样品中所含元素的种类及含量，能够将不同品牌、同一品牌不同系列的轿车车灯灯罩区分开来。不同品牌、不同系列的轿车车灯灯罩所含元素可能相同，但元素配比不一定相同,可以通过各元素含量的比值进行区分。在交通逃逸案件现场提取到可疑车灯灯罩碎片后，通过检验分析,可以推断车辆品牌及系列，为侦破案件提供线索。