חֲדָשׁוֹת

אנו משתמשים בעוגיות כדי לשפר את החוויה שלך.על ידי המשך הגלישה באתר זה, אתה מסכים לשימוש שלנו בעוגיות.עוד מידע.
כאשר מדווחים על תאונת דרכים ואחד מכלי הרכב עוזב את המקום, לרוב מוטלות על המעבדות לזיהוי פלילי משימה לשחזר את הראיות.
עדויות שיוריות כוללות זכוכית שבורה, פנסים שבורים, פנסים אחוריים או פגושים, כמו גם סימני החלקה ושאריות צבע.כאשר רכב מתנגש בחפץ או אדם, הצבע עשוי לעבור בצורה של כתמים או שבבים.
צבע רכב הוא בדרך כלל תערובת מורכבת של מרכיבים שונים המיושמים במספר שכבות.למרות שהמורכבות הזו מסבכת את הניתוח, היא גם מספקת שפע של מידע שעלול להיות חשוב לזיהוי רכב.
מיקרוסקופ ראמאן ופורייה טרנספורמציה אינפרא אדום (FTIR) הן חלק מהטכניקות העיקריות שניתן להשתמש בהן כדי לפתור בעיות כאלה ולהקל על ניתוח לא הרסני של שכבות ספציפיות במבנה הציפוי הכולל.
ניתוח שבבי צבע מתחיל בנתונים ספקטרליים שניתן להשוות ישירות לדגימות בקרה או להשתמש בשילוב עם מסד נתונים כדי לקבוע את המותג, הדגם והשנה של הרכב.
המשטרה הקנדית הרכובה המלכותית (RCMP) מחזיקה מסד נתונים אחד כזה, מסד הנתונים Paint Data Query (PDQ).ניתן לגשת למעבדות משפטיות המשתתפות בכל עת כדי לסייע בשמירה והרחבת מסד הנתונים.
מאמר זה מתמקד בשלב הראשון בתהליך הניתוח: איסוף נתונים ספקטרליים משבבי צבע באמצעות מיקרוסקופיה FTIR ו-Raman.
נתוני FTIR נאספו באמצעות מיקרוסקופ FTIR Thermo Scientific™ Nicolet™ RaptIR™;נתוני Raman מלאים נאספו באמצעות מיקרוסקופ Thermo Scientific™ DXR3xi Raman.שבבי צבע נלקחו מחלקים פגומים במכונית: אחד נפרץ מלוח הדלת, השני מהפגוש.
השיטה הסטנדרטית לחיבור דגימות חתך היא יציקתן עם אפוקסי, אך אם השרף חודר לדגימה, תוצאות הניתוח עלולות להיות מושפעות.כדי למנוע זאת, חתיכות הצבע הונחו בין שתי יריעות של פולי(טטראפלואורואתילן) (PTFE) בחתך רוחב.
לפני הניתוח, החתך של שבב הצבע הופרד באופן ידני מה-PTFE והשבב הונח על חלון בריום פלואוריד (BaF2).מיפוי FTIR בוצע במצב שידור באמצעות צמצם של 10 x 10 מיקרומטר2, מטרה וקבל אופטימליים של 15x וגובה 5 מיקרומטר.
אותן דגימות שימשו לניתוח ראמאן לצורך עקביות, אם כי אין צורך בחתך דק של חלון BaF2.ראוי לציין של-BaF2 יש שיא רמאן ב-242 ס"מ-1, שניתן לראות כשיא חלש בספקטרום מסויים.האות לא צריך להיות קשור לפתיתי צבע.
רכשו תמונות ראמאן באמצעות גדלי פיקסלים של תמונה של 2 מיקרומטר ו-3 מיקרומטר.ניתוח ספקטרלי בוצע על פסגות הרכיבים העיקריים ותהליך הזיהוי נעזר בשימוש בטכניקות כגון חיפושים מרובי רכיבים בהשוואה לספריות זמינות מסחרית.
אורז.1. תרשים של דגימת צבע רכב טיפוסית בת ארבע שכבות (משמאל).פסיפס וידאו בחתך של שבבי צבע שצולמו מדלת מכונית (מימין).קרדיט תמונה: Thermo Fisher Scientific - ניתוח חומרים ומבנה
למרות שמספר השכבות של פתיתי צבע בדגימה עשוי להשתנות, דגימות מורכבות בדרך כלל מכארבע שכבות (איור 1).השכבה המיושמת ישירות על מצע המתכת היא שכבת פריימר אלקטרופורטי (עובי של כ-17-25 מיקרומטר) המשמשת להגנה על המתכת מהסביבה ומשמשת כמשטח הרכבה לשכבות צבע עוקבות.
השכבה הבאה היא פריימר נוסף, שפכטל (עובי של כ-30-35 מיקרון) על מנת לספק משטח חלק לסדרת שכבות הצבע הבאה.לאחר מכן מגיע שכבת הבסיס או שכבת הבסיס (בעובי של כ-10-20 מיקרומטר) המורכבת מפיגמנט הצבע הבסיסי.השכבה האחרונה היא שכבת הגנה שקופה (עובי של כ-30-50 מיקרון) המעניקה גם גימור מבריק.
אחת הבעיות העיקריות בניתוח עקבות צבע היא שלא כל שכבות הצבע על הרכב המקורי מופיעות בהכרח כשברי צבע ופגמים.בנוסף, דגימות מאזורים שונים עשויים להיות בעלי הרכבים שונים.לדוגמה, שבבי צבע על פגוש עשויים להיות מורכבים מחומר פגוש וצבע.
תמונת החתך הנראית לעין של שבב צבע מוצגת באיור 1. ארבע שכבות נראות בתמונה הנראית לעין, המתאמת עם ארבע השכבות שזוהו בניתוח אינפרא אדום.
לאחר מיפוי החתך כולו, זוהו שכבות בודדות באמצעות תמונות FTIR של אזורי שיא שונים.ספקטרום מייצג ותמונות FTIR קשורות של ארבע השכבות מוצגות באיורים.2. השכבה הראשונה התאימה לציפוי אקרילי שקוף המורכב מפוליאוריתן, מלמין (שיא ב-815 ס"מ-1) וסטירן.
השכבה השנייה, שכבת הבסיס (צבע) והשכבה השקופה דומות מבחינה כימית ומורכבות מאקריליק, מלמין וסטירן.
למרות שהם דומים ולא זוהו פסגות פיגמנט ספציפיות, הספקטרים ​​עדיין מראים הבדלים, בעיקר מבחינת עוצמת שיא.ספקטרום שכבה 1 מציג פסגות חזקות יותר ב-1700 ס"מ-1 (פוליאוריתן), 1490 ס"מ-1, 1095 ס"מ-1 (CO) ו-762 ס"מ-1.
עוצמות שיא בספקטרום של שכבה 2 עולות ב-2959 ס"מ-1 (מתיל), 1303 ס"מ-1, 1241 ס"מ-1 (אתר), 1077 ס"מ-1 (אתר) ו-731 ס"מ-1.הספקטרום של שכבת פני השטח התאים לספקטרום הספרייה של שרף אלקיד המבוסס על חומצה איזופטלית.
השכבה הסופית של פריימר e-coat היא אפוקסי ואולי פוליאוריטן.בסופו של דבר, התוצאות היו עקביות עם אלו שנמצאות בדרך כלל בצבעי רכב.
ניתוח הרכיבים השונים בכל שכבה בוצע באמצעות ספריות FTIR זמינות מסחרית, לא מסדי נתונים של צבעי רכב, כך שלמרות שההתאמות מייצגות, ייתכן שהן אינן מוחלטות.
שימוש במאגר מידע המיועד לניתוח מסוג זה יגדיל את הנראות אפילו של המותג, הדגם והשנה של הרכב.
איור 2. ספקטרום FTIR מייצג של ארבע שכבות מזוהות בחתך רוחב של צבע דלת המכונית השסוע.תמונות אינפרא אדום נוצרות מאזורי שיא המשויכים לשכבות בודדות ומונחות על גבי תמונת הווידאו.האזורים האדומים מראים את מיקומן של השכבות הבודדות.באמצעות צמצם של 10 x 10 מיקרומטר וגודל צעד של 5 מיקרומטר, תמונת האינפרא אדום מכסה שטח של 370 x 140 מיקרומטר.קרדיט תמונה: Thermo Fisher Scientific - ניתוח חומרים ומבנה
על איור.3 מציגה תמונת וידאו של חתך רוחב של שבבי צבע פגוש, לפחות שלוש שכבות נראות בבירור.
תמונות חתך אינפרא אדום מאשרות את נוכחותן של שלוש שכבות שונות (איור 4).השכבה החיצונית היא שכבה שקופה, ככל הנראה פוליאוריטן ואקריליק, שהייתה עקבית בהשוואה לספקטרום של שכבה שקופה בספריות משפטיות מסחריות.
למרות שהספקטרום של ציפוי הבסיס (צבע) דומה מאוד לזה של הציפוי השקוף, הוא עדיין מובחן מספיק כדי להיות מובחן מהשכבה החיצונית.ישנם הבדלים משמעותיים בעוצמה היחסית של הפסגות.
השכבה השלישית יכולה להיות חומר הפגוש עצמו, המורכב מפוליפרופילן וטלק.טלק יכול לשמש כחומר מילוי מחזק לפוליפרופילן כדי לשפר את התכונות המבניות של החומר.
שתי השכבות החיצוניות היו עקביות עם אלו המשמשות בצבעי רכב, אך לא זוהו פסגות פיגמנט ספציפיות בשכבת הפריימר.
אורז.3. פסיפס וידאו של חתך של שבבי צבע שנלקח מפגוש מכונית.קרדיט תמונה: Thermo Fisher Scientific - ניתוח חומרים ומבנה
אורז.4. ספקטרום FTIR מייצג של שלוש שכבות מזוהות בחתך רוחב של שבבי צבע על פגוש.תמונות אינפרא אדום נוצרות מאזורי שיא המשויכים לשכבות בודדות ומונחות על גבי תמונת הווידאו.האזורים האדומים מראים את מיקומן של השכבות הבודדות.באמצעות צמצם של 10 x 10 מיקרומטר וגודל צעד של 5 מיקרומטר, תמונת האינפרא אדום מכסה שטח של 535 x 360 מיקרומטר.קרדיט תמונה: Thermo Fisher Scientific - ניתוח חומרים ומבנה
מיקרוסקופיה הדמיית ראמאן משמשת לניתוח סדרה של חתכים כדי לקבל מידע נוסף על המדגם.עם זאת, ניתוח רמאן מסובך בגלל הקרינה הנפלטת מהדגימה.מספר מקורות לייזר שונים (455 ננומטר, 532 ננומטר ו-785 ננומטר) נבדקו כדי להעריך את האיזון בין עוצמת הקרינה לעוצמת אות ראמאן.
לניתוח שבבי צבע בדלתות, התוצאות הטובות ביותר מתקבלות בלייזר באורך גל של 455 ננומטר;למרות הקרינה עדיין קיימת, ניתן להשתמש בתיקון בסיס כדי לנטרל אותה.עם זאת, גישה זו לא הצליחה בשכבות אפוקסי מכיוון שהקרינה הייתה מוגבלת מדי והחומר היה רגיש לנזקי לייזר.
למרות שחלק מהלייזרים טובים יותר מאחרים, אף לייזר לא מתאים לניתוח אפוקסי.ניתוח חתך ראמאן של שבבי צבע על פגוש באמצעות לייזר 532 ננומטר.תרומת הקרינה עדיין קיימת, אך הוסרה על ידי תיקון בסיס.
אורז.5. ספקטרום ראמאן נציג של שלוש השכבות הראשונות של מדגם שבב דלת המכונית (מימין).השכבה הרביעית (אפוקסי) אבדה במהלך ייצור המדגם.הספקטרים ​​תוקנו בקו הבסיס כדי להסיר את השפעת הקרינה ונאספו באמצעות לייזר 455 ננומטר.שטח של 116 x 100 מיקרומטר הוצג באמצעות גודל פיקסל של 2 מיקרומטר.פסיפס וידאו חתך (משמאל למעלה).תמונת חתך רב-ממדית ברזולוציית עקומת ראמאן (MCR) (שמאל למטה).קרדיט תמונה: Thermo Fisher Scientific - ניתוח חומרים ומבנה
ניתוח ראמאן של חתך רוחב של פיסת צבע לדלת המכונית מוצג באיור 5;דוגמה זו אינה מציגה את שכבת האפוקסי מכיוון שהיא אבדה במהלך ההכנה.עם זאת, מכיוון שניתוח רמן של שכבת האפוקסי נמצא בעייתי, הדבר לא נחשב לבעיה.
הנוכחות של סטירן שולטת בספקטרום הרמאן של שכבה 1, בעוד שפסגת הקרבוניל היא הרבה פחות אינטנסיבית מאשר בספקטרום ה-IR.בהשוואה ל-FTIR, ניתוח ראמאן מראה הבדלים משמעותיים בספקטרום של השכבה הראשונה והשנייה.
ההתאמה הרמאנית הקרובה ביותר למעיל הבסיס היא פרילן;למרות שאינן התאמה מדויקת, ידוע כי נגזרות פרילן משמשות בפיגמנטים בצבעי רכב, כך שהיא עשויה לייצג פיגמנט בשכבת הצבע.
ספקטרום פני השטח היו עקביים עם שרפי אלקיד איזופטאליים, אולם הם גם זיהו נוכחות של טיטניום דו חמצני (TiO2, רוטיל) בדגימות, שלעתים היה קשה לזהות עם FTIR, בהתאם לחתוך הספקטרלי.
אורז.6. ספקטרום רמאן נציג של דגימת שבבי צבע על פגוש (מימין).הספקטרים ​​תוקנו בקו הבסיס כדי להסיר את השפעת הקרינה ונאספו באמצעות לייזר 532 ננומטר.שטח של 195 x 420 µm2 הוצג באמצעות גודל פיקסל של 3 µm.פסיפס וידאו חתך (משמאל למעלה).תמונת Raman MCR של חתך חלקי (שמאל למטה).קרדיט תמונה: Thermo Fisher Scientific - ניתוח חומרים ומבנה
על איור.6 מציג את התוצאות של פיזור ראמאן של חתך רוחב של שבבי צבע על פגוש.שכבה נוספת (שכבה 3) התגלתה שלא זוהתה בעבר על ידי FTIR.
הקרוב ביותר לשכבה החיצונית נמצא קופולימר של סטירן, אתילן ובוטדיאן, אך ישנן גם עדויות לנוכחות של מרכיב לא ידוע נוסף, כפי שמעיד על ידי פסגת קרבוניל קטנה ובלתי מוסברת.
הספקטרום של שכבת הבסיס עשוי לשקף את הרכב הפיגמנט, שכן הספקטרום מתאים במידה מסוימת לתרכובת הפתלוציאנין המשמשת כפיגמנט.
השכבה הלא ידועה עד כה דקה מאוד (5 מיקרומטר) ומורכבת בחלקה מפחמן ורוטיל.בשל העובי של שכבה זו והעובדה שקשה לזהות TiO2 ופחמן עם FTIR, אין זה מפתיע שהם לא זוהו בניתוח IR.
על פי תוצאות ה-FT-IR, השכבה הרביעית (חומר הפגוש) זוהתה כפוליפרופילן, אך ניתוח ראמאן הראה גם נוכחות של פחמן כלשהו.למרות שלא ניתן לשלול נוכחות של טלק שנצפה ב-FITR, לא ניתן לבצע זיהוי מדויק מכיוון שפסגת הרמאן המקבילה קטנה מדי.
צבעי רכב הם תערובות מורכבות של מרכיבים, ולמרות שזה יכול לספק מידע מזהה רב, זה גם הופך את הניתוח לאתגר גדול.ניתן לזהות סימני שבבי צבע ביעילות באמצעות מיקרוסקופ Nicolet RaptIR FTIR.
FTIR היא טכניקת ניתוח לא הרסנית המספקת מידע שימושי על השכבות והרכיבים השונים של צבעי רכב.
מאמר זה דן בניתוח ספקטרוסקופי של שכבות צבע, אך ניתוח יסודי יותר של התוצאות, בין אם באמצעות השוואה ישירה עם כלי רכב חשודים או באמצעות מאגרי מידע ספקטרליים ייעודיים, יכול לספק מידע מדויק יותר כדי להתאים את העדויות למקור שלה.