اخبار

ما از کوکی‌ها برای بهبود تجربه شما استفاده می‌کنیم. با ادامه مرور این سایت، شما با استفاده ما از کوکی‌ها موافقت می‌کنید. اطلاعات بیشتر.
وقتی یک تصادف رانندگی گزارش می‌شود و یکی از وسایل نقلیه صحنه تصادف را ترک می‌کند، آزمایشگاه‌های پزشکی قانونی اغلب وظیفه بازیابی شواهد را بر عهده دارند.
شواهد باقیمانده شامل شیشه شکسته، چراغ‌های جلو، عقب یا سپرهای شکسته و همچنین رد ترمز و بقایای رنگ است. هنگامی که وسیله نقلیه با یک جسم یا شخص برخورد می‌کند، احتمالاً رنگ به صورت لکه یا پریدگی منتقل می‌شود.
رنگ خودرو معمولاً ترکیبی پیچیده از مواد مختلف است که در لایه‌های متعدد اعمال می‌شود. اگرچه این پیچیدگی، تجزیه و تحلیل را پیچیده می‌کند، اما اطلاعات بالقوه مهمی را نیز برای شناسایی خودرو فراهم می‌کند.
میکروسکوپ رامان و طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) از تکنیک‌های اصلی هستند که می‌توانند برای حل چنین مشکلاتی و تسهیل تجزیه و تحلیل غیرمخرب لایه‌های خاص در ساختار کلی پوشش مورد استفاده قرار گیرند.
تجزیه و تحلیل تراشه‌های رنگ با داده‌های طیفی آغاز می‌شود که می‌توانند مستقیماً با نمونه‌های کنترل مقایسه شوند یا در رابطه با یک پایگاه داده برای تعیین ساخت، مدل و سال ساخت خودرو استفاده شوند.
پلیس سواره نظام سلطنتی کانادا (RCMP) یکی از این پایگاه‌های داده، یعنی پایگاه داده Paint Data Query (PDQ) را نگهداری می‌کند. آزمایشگاه‌های پزشکی قانونی شرکت‌کننده در این طرح می‌توانند در هر زمانی برای کمک به حفظ و گسترش پایگاه داده مورد استفاده قرار گیرند.
این مقاله بر اولین مرحله در فرآیند تجزیه و تحلیل تمرکز دارد: جمع‌آوری داده‌های طیفی از تراشه‌های رنگ با استفاده از میکروسکوپ FTIR و رامان.
داده‌های FTIR با استفاده از میکروسکوپ Thermo Scientific™ Nicolet™ RaptIR™ FTIR جمع‌آوری شدند؛ داده‌های کامل رامان با استفاده از میکروسکوپ Thermo Scientific™ DXR3xi Raman جمع‌آوری شدند. تراشه‌های رنگ از قسمت‌های آسیب‌دیده خودرو گرفته شدند: یکی از پنل در و دیگری از سپر.
روش استاندارد اتصال نمونه‌های مقطعی، قالب‌گیری آنها با اپوکسی است، اما اگر رزین به نمونه نفوذ کند، ممکن است نتایج آنالیز تحت تأثیر قرار گیرد. برای جلوگیری از این امر، قطعات رنگ بین دو ورق پلی (تترافلوئورواتیلن) (PTFE) در یک مقطع قرار گرفتند.
قبل از تجزیه و تحلیل، سطح مقطع تراشه رنگ به صورت دستی از PTFE جدا شد و تراشه روی یک پنجره باریم فلوراید (BaF2) قرار داده شد. نقشه‌برداری FTIR در حالت عبوری با استفاده از یک دیافراگم 10 x 10 میکرومتر مربع، یک عدسی شیئی و کندانسور بهینه شده 15x و یک گام 5 میکرومتری انجام شد.
برای اطمینان از صحت نتایج، از همان نمونه‌ها برای آنالیز رامان استفاده شد، اگرچه نیازی به مقطع عرضی پنجره‌ای نازک BaF2 نیست. شایان ذکر است که BaF2 دارای پیک رامان در 242 cm-1 است که در برخی طیف‌ها می‌تواند به عنوان یک پیک ضعیف دیده شود. سیگنال نباید با پوسته‌های رنگ مرتبط باشد.
تصاویر رامان را با استفاده از اندازه پیکسل‌های تصویر ۲ میکرومتر و ۳ میکرومتر به دست آورید. تجزیه و تحلیل طیفی روی پیک‌های مؤلفه اصلی انجام شد و فرآیند شناسایی با استفاده از تکنیک‌هایی مانند جستجوی چند مؤلفه‌ای در مقایسه با کتابخانه‌های موجود در بازار، تسهیل شد.
برنج. ۱. نمودار یک نمونه رنگ خودرو چهار لایه معمولی (چپ). موزاییک ویدیویی مقطعی از تراشه‌های رنگ گرفته شده از درب خودرو (راست). منبع تصویر: Thermo Fisher Scientific – Materials and Structural Analysis
اگرچه تعداد لایه‌های رنگ در یک نمونه ممکن است متفاوت باشد، نمونه‌ها معمولاً تقریباً از چهار لایه تشکیل شده‌اند (شکل 1). لایه‌ای که مستقیماً روی زیرلایه فلزی اعمال می‌شود، لایه‌ای از پرایمر الکتروفورتیک (با ضخامت تقریبی 17 تا 25 میکرومتر) است که برای محافظت از فلز در برابر محیط و به عنوان سطح نصب برای لایه‌های بعدی رنگ عمل می‌کند.
لایه بعدی یک آستر اضافی، بتونه (با ضخامت تقریبی 30 تا 35 میکرون) است تا سطحی صاف برای سری بعدی لایه‌های رنگ فراهم کند. سپس پوشش پایه یا پوشش پایه (با ضخامت حدود 10 تا 20 میکرومتر) متشکل از رنگدانه رنگ پایه می‌آید. آخرین لایه، یک لایه محافظ شفاف (با ضخامت تقریبی 30 تا 50 میکرون) است که ظاهری براق نیز ایجاد می‌کند.
یکی از مشکلات اصلی در تجزیه و تحلیل رد رنگ این است که همه لایه‌های رنگ روی وسیله نقلیه اصلی لزوماً به صورت تراشه‌های رنگ و لکه‌ها وجود ندارند. علاوه بر این، نمونه‌های مناطق مختلف ممکن است ترکیبات متفاوتی داشته باشند. به عنوان مثال، تراشه‌های رنگ روی سپر ممکن است شامل مواد سپر و رنگ باشد.
تصویر مقطع عرضی مرئی یک تراشه رنگ در شکل 1 نشان داده شده است. چهار لایه در تصویر مرئی قابل مشاهده است که با چهار لایه شناسایی شده توسط آنالیز مادون قرمز همبستگی دارد.
پس از نقشه‌برداری از کل سطح مقطع، لایه‌های منفرد با استفاده از تصاویر FTIR از نواحی مختلف پیک شناسایی شدند. طیف‌های نماینده و تصاویر FTIR مرتبط با چهار لایه در شکل‌های 2 نشان داده شده است. لایه اول مربوط به یک پوشش اکریلیک شفاف متشکل از پلی اورتان، ملامین (پیک در 815 cm-1) و استایرن بود.
لایه دوم، لایه پایه (رنگی) و لایه شفاف از نظر شیمیایی مشابه هستند و از اکریلیک، ملامین و استایرن تشکیل شده‌اند.
اگرچه آنها مشابه هستند و هیچ پیک رنگدانه خاصی شناسایی نشده است، طیف‌ها هنوز تفاوت‌هایی را نشان می‌دهند، عمدتاً از نظر شدت پیک. طیف لایه ۱ پیک‌های قوی‌تری را در ۱۷۰۰ cm-۱ (پلی اورتان)، ۱۴۹۰ cm-۱، ۱۰۹۵ cm-۱ (CO) و ۷۶۲ cm-۱ نشان می‌دهد.
شدت پیک‌ها در طیف لایه ۲ در ۲۹۵۹ cm-۱ (متیل)، ۱۳۰۳ cm-۱، ۱۲۴۱ cm-۱ (اتر)، ۱۰۷۷ cm-۱ (اتر) و ۷۳۱ cm-۱ افزایش می‌یابد. طیف لایه سطحی با طیف کتابخانه‌ای رزین آلکید بر پایه ایزوفتالیک اسید مطابقت دارد.
لایه نهایی پرایمر پوشش الکترونیکی، اپوکسی و احتمالاً پلی اورتان است. در نهایت، نتایج با نتایجی که معمولاً در رنگ‌های خودرو یافت می‌شود، مطابقت داشت.
تجزیه و تحلیل اجزای مختلف در هر لایه با استفاده از کتابخانه‌های FTIR موجود در بازار انجام شد، نه پایگاه‌های داده رنگ خودرو، بنابراین اگرچه تطابق‌ها نماینده هستند، اما ممکن است مطلق نباشند.
استفاده از پایگاه داده‌ای که برای این نوع تحلیل طراحی شده است، حتی امکان مشاهده‌ی مدل، سال ساخت و ساز خودرو را نیز افزایش می‌دهد.
شکل ۲. طیف‌های FTIR نماینده چهار لایه شناسایی شده در برش عرضی رنگ درب خودرو که لب‌پر شده‌اند. تصاویر مادون قرمز از نواحی پیک مرتبط با لایه‌های منفرد تولید شده و بر روی تصویر ویدیویی قرار گرفته‌اند. نواحی قرمز محل لایه‌های منفرد را نشان می‌دهند. با استفاده از دیافراگم ۱۰ در ۱۰ میکرومتر مربع و اندازه گام ۵ میکرومتر، تصویر مادون قرمز مساحتی معادل ۳۷۰ در ۱۴۰ میکرومتر مربع را پوشش می‌دهد. منبع تصویر: Thermo Fisher Scientific – Materials and Structural Analysis
در شکل 3 تصویر ویدئویی از مقطع تراشه‌های رنگ سپر نشان داده شده است که حداقل سه لایه به وضوح قابل مشاهده است.
تصاویر مقطعی مادون قرمز وجود سه لایه مجزا را تأیید می‌کنند (شکل ۴). لایه بیرونی یک پوشش شفاف است، به احتمال زیاد پلی اورتان و اکریلیک، که در مقایسه با طیف‌های پوشش شفاف در کتابخانه‌های پزشکی قانونی تجاری، مطابقت داشت.
اگرچه طیف پوشش پایه (رنگی) بسیار شبیه به پوشش شفاف است، اما هنوز به اندازه کافی متمایز است که از لایه بیرونی قابل تشخیص باشد. تفاوت‌های قابل توجهی در شدت نسبی پیک‌ها وجود دارد.
لایه سوم می‌تواند خودِ ماده سپر باشد که از پلی‌پروپیلن و تالک تشکیل شده است. تالک می‌تواند به عنوان پرکننده تقویت‌کننده برای پلی‌پروپیلن استفاده شود تا خواص ساختاری ماده را افزایش دهد.
هر دو لایه بیرونی با لایه‌های مورد استفاده در رنگ خودرو مطابقت داشتند، اما هیچ پیک رنگدانه خاصی در لایه آغازگر شناسایی نشد.
برنج. ۳. ویدیوی موزاییکی از مقطع عرضی تراشه‌های رنگ گرفته شده از سپر خودرو. منبع تصویر: Thermo Fisher Scientific – Materials and Structural Analysis
برنج. ۴. طیف‌های FTIR نماینده از سه لایه شناسایی شده در مقطع عرضی تراشه‌های رنگ روی سپر. تصاویر مادون قرمز از نواحی پیک مرتبط با لایه‌های منفرد تولید شده و بر روی تصویر ویدیویی قرار گرفته‌اند. نواحی قرمز محل لایه‌های منفرد را نشان می‌دهند. با استفاده از دیافراگم ۱۰ در ۱۰ میکرومتر مربع و اندازه گام ۵ میکرومتر، تصویر مادون قرمز مساحتی به ابعاد ۵۳۵ در ۳۶۰ میکرومتر مربع را پوشش می‌دهد. منبع تصویر: Thermo Fisher Scientific – Materials and Structural Analysis
میکروسکوپ تصویربرداری رامان برای تجزیه و تحلیل مجموعه‌ای از مقاطع عرضی به منظور کسب اطلاعات بیشتر در مورد نمونه استفاده می‌شود. با این حال، تجزیه و تحلیل رامان به دلیل فلورسانس ساطع شده از نمونه پیچیده است. چندین منبع لیزر مختلف (۴۵۵ نانومتر، ۵۳۲ نانومتر و ۷۸۵ نانومتر) برای ارزیابی تعادل بین شدت فلورسانس و شدت سیگنال رامان آزمایش شدند.
برای تجزیه و تحلیل تراشه‌های رنگ روی درها، بهترین نتایج توسط لیزری با طول موج ۴۵۵ نانومتر به دست می‌آید؛ اگرچه فلورسانس هنوز وجود دارد، اما می‌توان از یک اصلاح پایه برای خنثی کردن آن استفاده کرد. با این حال، این رویکرد روی لایه‌های اپوکسی موفقیت‌آمیز نبود زیرا فلورسانس بسیار محدود بود و ماده مستعد آسیب لیزر بود.
اگرچه برخی لیزرها از بقیه بهتر هستند، اما هیچ لیزری برای آنالیز اپوکسی مناسب نیست. آنالیز مقطعی رامان از تراشه‌های رنگ روی سپر با استفاده از لیزر ۵۳۲ نانومتر. سهم فلورسانس هنوز وجود دارد، اما با تصحیح خط پایه حذف شده است.
برنج. ۵. طیف‌های رامان نماینده سه لایه اول نمونه تراشه درب خودرو (راست). لایه چهارم (اپوکسی) در طول ساخت نمونه از بین رفت. طیف‌ها برای حذف اثر فلورسانس در حالت پایه اصلاح و با استفاده از لیزر ۴۵۵ نانومتر جمع‌آوری شدند. مساحتی به ابعاد ۱۱۶ در ۱۰۰ میکرومتر مربع با استفاده از اندازه پیکسل ۲ میکرومتر نمایش داده شد. موزاییک ویدیویی مقطعی (بالا سمت چپ). تصویر مقطعی چندبعدی با وضوح منحنی رامان (MCR) (پایین سمت چپ). اعتبار تصویر: Thermo Fisher Scientific – Materials and Structural Analysis
آنالیز رامان از مقطع عرضی یک قطعه رنگ درب خودرو در شکل 5 نشان داده شده است؛ این نمونه لایه اپوکسی را نشان نمی‌دهد زیرا در حین آماده‌سازی از بین رفته است. با این حال، از آنجایی که آنالیز رامان لایه اپوکسی مشکل‌ساز تشخیص داده شد، این موضوع به عنوان یک مشکل در نظر گرفته نشد.
حضور استایرن در طیف رامان لایه ۱ غالب است، در حالی که پیک کربونیل شدت بسیار کمتری نسبت به طیف IR دارد. در مقایسه با FTIR، آنالیز رامان تفاوت‌های قابل توجهی را در طیف‌های لایه‌های اول و دوم نشان می‌دهد.
نزدیک‌ترین تطابق رامان به پوشش پایه، پریلن است؛ اگرچه تطابق دقیقی نیست، اما مشتقات پریلن به عنوان رنگدانه‌هایی در رنگ خودرو استفاده می‌شوند، بنابراین ممکن است نشان‌دهنده‌ی یک رنگدانه در لایه رنگ باشد.
طیف‌های سطحی با رزین‌های آلکید ایزوفتالیک سازگار بودند، با این حال، آنها همچنین وجود دی اکسید تیتانیوم (TiO2، روتیل) را در نمونه‌ها تشخیص دادند که بسته به حد طیفی، تشخیص آن با FTIR گاهی اوقات دشوار بود.
برنج. 6. طیف رامان نمونه‌ای از تراشه‌های رنگ روی سپر (راست). طیف‌ها برای حذف اثر فلورسانس اصلاح اولیه شدند و با استفاده از لیزر 532 نانومتر جمع‌آوری شدند. مساحتی به ابعاد 195 در 420 میکرومتر مربع با استفاده از اندازه پیکسل 3 میکرومتر نمایش داده شد. موزاییک ویدیویی مقطعی (بالا سمت چپ). تصویر رامان MCR از یک مقطع جزئی (پایین سمت چپ). اعتبار تصویر: Thermo Fisher Scientific – Materials and Structural Analysis
شکل 6 نتایج پراکندگی رامان از سطح مقطع تراشه‌های رنگ روی سپر خودرو را نشان می‌دهد. یک لایه اضافی (لایه 3) کشف شده است که قبلاً توسط FTIR شناسایی نشده بود.
نزدیک‌ترین لایه به لایه بیرونی، کوپلیمری از استایرن، اتیلن و بوتادین است، اما شواهدی از وجود یک جزء ناشناخته اضافی نیز وجود دارد، همانطور که توسط یک پیک کربونیل کوچک و غیرقابل توضیح مشهود است.
طیف پوشش پایه ممکن است منعکس کننده ترکیب رنگدانه باشد، زیرا این طیف تا حدودی با ترکیب فتالوسیانین مورد استفاده به عنوان رنگدانه مطابقت دارد.
لایه‌ای که قبلاً ناشناخته بود، بسیار نازک (۵ میکرومتر) و تا حدی از کربن و روتیل تشکیل شده است. با توجه به ضخامت این لایه و این واقعیت که تشخیص TiO2 و کربن با FTIR دشوار است، جای تعجب نیست که آنها توسط آنالیز IR شناسایی نشدند.
طبق نتایج FT-IR، لایه چهارم (ماده سپر) به عنوان پلی‌پروپیلن شناسایی شد، اما آنالیز رامان نیز وجود مقداری کربن را نشان داد. اگرچه نمی‌توان وجود تالک مشاهده شده در FITR را رد کرد، اما به دلیل کوچک بودن پیک رامان مربوطه، نمی‌توان شناسایی دقیقی انجام داد.
رنگ‌های خودرو مخلوط‌های پیچیده‌ای از مواد تشکیل‌دهنده هستند و اگرچه این می‌تواند اطلاعات شناسایی زیادی ارائه دهد، اما تجزیه و تحلیل آن را نیز به یک چالش بزرگ تبدیل می‌کند. با استفاده از میکروسکوپ Nicolet RaptIR FTIR، می‌توان به طور مؤثر علائم تراشه رنگ را تشخیص داد.
FTIR یک تکنیک آنالیز غیر مخرب است که اطلاعات مفیدی در مورد لایه‌ها و اجزای مختلف رنگ خودرو ارائه می‌دهد.
این مقاله به بررسی آنالیز طیف‌سنجی لایه‌های رنگ می‌پردازد، اما تجزیه و تحلیل کامل‌تر نتایج، چه از طریق مقایسه مستقیم با خودروهای مشکوک و چه از طریق پایگاه‌های داده طیفی اختصاصی، می‌تواند اطلاعات دقیق‌تری را برای تطبیق شواهد با منبع آن ارائه دهد.