宋慶芳 鐘東榮 張艷林 張凌云

（廣東警官學(xué)院 廣東 廣州 510230）

鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡顯現(xiàn)的研究

宋慶芳 鐘東榮 張艷林 張凌云

（廣東警官學(xué)院 廣東 廣州 510230）

鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡的顯現(xiàn)是偵破某些案件的關(guān)鍵技術(shù)手段。根據(jù)鐵質(zhì)金屬的物理化學(xué)性質(zhì)，從化學(xué)熱力學(xué)和動力學(xué)原理出發(fā)，以鐵質(zhì)摩托車發(fā)動機中缸為客體，研究了硝酸、醋酸和氫氟酸混合試劑對其表面潛在沖壓字跡的顯現(xiàn)效果，重點討論了三種酸在化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)中的作用和對顯現(xiàn)結(jié)果的影響，實現(xiàn)了進一步降低顯現(xiàn)所耗客體厚度，提高顯出率的目的。

鐵質(zhì)金屬 硝酸 醋酸 氫氟酸 字跡顯現(xiàn)

1 引言

鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡的顯現(xiàn)是物證鑒定中的一項重要內(nèi)容，特別是在偵破并證實機動車被盜搶的刑事犯罪案件過程中更是一項關(guān)鍵技術(shù)。目前，國內(nèi)外在鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡的顯現(xiàn)技術(shù)中，普遍采用的是化學(xué)腐蝕或化學(xué)腐蝕與電解相結(jié)合的方法。但是，在已公開報道的方法中，并沒有充分考慮到對鐵質(zhì)金屬表面進行化學(xué)腐蝕時，化學(xué)試劑在金屬表面的滲透能力及化學(xué)動力學(xué)因素的影響，而搞清楚這些因素的影響對進一步改進和完善現(xiàn)有顯現(xiàn)方法是具有重要意義的。

利用氧化能力較強的酸和具有一定配位作用的酸組成顯現(xiàn)試劑，腐蝕鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡是典型的化學(xué)反應(yīng)問題，而潛在沖壓字跡部位與基體的差異主要表現(xiàn)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需活化能不同，進而導(dǎo)致反應(yīng)速率不同。根據(jù)化學(xué)動力學(xué)的基本原理，除反應(yīng)物本身的化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)進行的溫度外，反應(yīng)物濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響是不容忽視的。此外，在采用化學(xué)腐蝕法顯現(xiàn)鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡的過程中，腐蝕試劑的滲透能力以及能否與鐵形成相應(yīng)的配合物，降低被氧化的鐵離子與金屬鐵的電極電位，都關(guān)系到化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)的具體效果。截止目前，通過實驗比較和證明顯現(xiàn)試劑及其濃度對鐵質(zhì)金屬潛在沖壓字跡顯現(xiàn)結(jié)果的影響，并從理論上加以說明的研究工作尚未見報道。為了進一步改進利用化學(xué)腐蝕法顯現(xiàn)鐵質(zhì)金屬潛在沖壓字跡的技術(shù)方法，完善其相關(guān)理論內(nèi)容，本文以摩托車發(fā)動機中缸為客體，依據(jù)化學(xué)熱力學(xué)和動力學(xué)的基本原理，探討了利用不同化學(xué)試劑顯現(xiàn)潛在沖壓字跡的方法，重點研究了硝酸、醋酸和氫氟酸混合試劑對其表面潛在沖壓字跡的顯現(xiàn)效果，討論了三種酸在化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)中的作用及其對顯現(xiàn)結(jié)果的影響。實現(xiàn)了進一步降低顯現(xiàn)所耗客體厚度，提高顯出率的目的。

2 實驗部分

2.1 實驗器材與試劑

主要器材：鐵質(zhì)摩托車發(fā)動機中缸殼；鋼鏨；鋼銼；600#水磨砂紙；游標卡尺；尼康D40數(shù)碼單反照相機。

顯現(xiàn)試劑：不同比例的硝酸、冰醋酸、氫氟酸混合溶液。

2.2 實驗方法

實驗樣品的制備：以相同的重力打擊鋼鏨，使其在發(fā)動機中缸殼上形成深度相同的沖壓號碼；用鋼銼將沖壓號碼銼毀，并用600#水磨砂紙打磨被銼部位直至號碼字跡觀察不到為止；用游標卡尺測量沖壓部位銼磨前后樣品的厚度，計算沖壓深度。

潛在字跡的顯現(xiàn)：用滴管分別吸取不同配比的硝酸、冰醋酸、氫氟酸混合溶液在室溫（20℃～25℃）條件下，滴加到欲顯部位，觀察顯現(xiàn)過程。根據(jù)反應(yīng)進行過程中不同顯現(xiàn)試劑顏色的變化，用棉簽擦干被顯部位，再次滴加顯現(xiàn)試劑（約每分鐘更換一次），直至字跡顯現(xiàn)穩(wěn)定為止，記錄顯現(xiàn)結(jié)果。

顯現(xiàn)厚度的測量：每次顯現(xiàn)結(jié)果被記錄后，用鋼銼和600#水磨砂紙將顯現(xiàn)字跡銼磨至消失，然后再次進行顯現(xiàn)，如此反復(fù)達到10次或至被顯字跡無法辨認為止；用游標卡尺測量顯現(xiàn)后樣品的厚度，根據(jù)顯現(xiàn)進行的實際次數(shù)計算每次顯現(xiàn)平均消耗的樣品厚度。

3 結(jié)果與討論

3.1 硝酸、醋酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

利用硝酸、醋酸混合溶液顯現(xiàn)鐵質(zhì)摩托車發(fā)動機中缸潛在沖壓字跡的部分結(jié)果如圖1所示。

圖1 1:1.5硝酸、醋酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

利用1:1.5的硝酸、醋酸混合溶液顯現(xiàn)時，顯現(xiàn)速度比較慢，10次顯現(xiàn)的統(tǒng)計結(jié)果表明，平均每次顯現(xiàn)用時約6分鐘，消耗試劑6滴，每次顯現(xiàn)消耗客體厚度約0.01mm。改變硝酸和醋酸的比例(1:2或1:3)對顯現(xiàn)結(jié)果無明顯改善。

3.2 硝酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

利用硝酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)的部分結(jié)果如圖2所示。

圖2 1:1.5硝酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

利用1:1.5的硝酸和氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)時，顯現(xiàn)速度很快，10次顯現(xiàn)的統(tǒng)計結(jié)果表明，平均每次顯現(xiàn)用時約1分鐘，消耗試劑1～2滴，每次顯現(xiàn)消耗客體厚度約0.018mm。

3.3 硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

利用1:1:0.5和1:1.25:0.25的硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)的部分結(jié)果如圖3和圖4所示。

利用1:1:0.5的硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)時，顯現(xiàn)速度較快，10次顯現(xiàn)的統(tǒng)計結(jié)果表明，平均每次顯現(xiàn)用時約2分鐘，消耗試劑2～3滴，每次顯現(xiàn)消耗客體厚度約0.008mm；利用1:1.25:0.25的硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)時，顯現(xiàn)速度也比較快，10次顯現(xiàn)的統(tǒng)計結(jié)果表明，平均每次顯現(xiàn)用時2～3分鐘，消耗試劑2～3滴，每次顯現(xiàn)消耗客體厚度約0.006mm。

圖3 1:1:0.5硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

圖4 1:1.25:0.25硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

3.4 關(guān)于顯現(xiàn)結(jié)果的討論

從上述不同試劑顯現(xiàn)過程中所消耗客體的厚度和用時可以看出，利用硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液的顯現(xiàn)效果優(yōu)于硝酸和醋酸以及硝酸和氫氟酸混合溶液。從顯現(xiàn)金屬表面潛在沖壓字跡的實際情況看，只有當(dāng)被顯字跡與基體形成較明顯的色差，才能滿足人的肉眼分辨的需要。而利用化學(xué)腐蝕法顯現(xiàn)時，色差的形成主要是被顯字跡部位與基體部位經(jīng)化學(xué)腐蝕后，生成物濃度（密度）產(chǎn)生差異，導(dǎo)致對光的反射和折射不同才能使人眼達到辨認。增大被顯字跡部位和基體之間反應(yīng)速度差，可以增加生成物的濃度差，進而減薄顯現(xiàn)厚度，有利于潛在沖壓字跡被銼磨較深剩余高能量淺層較薄客體的顯現(xiàn)。因此，最大限度地增大被顯字跡部位和基體之間與顯現(xiàn)試劑的反應(yīng)速度差是化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)技術(shù)的關(guān)鍵。

化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)是液體顯現(xiàn)試劑與固體金屬表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程，要達到減薄顯現(xiàn)厚度的目的，除依據(jù)氧化還原電極電位選擇濃度合適的氧化劑外，還應(yīng)選擇能與金屬陽離子形成配合物的化學(xué)試劑作為輔助試劑，以降低顯現(xiàn)過程中游離態(tài)金屬離子的濃度，進而降低金屬離子與金屬電對的電極電位，保證顯現(xiàn)過程中氧化劑的氧化能力不明顯降低。

鑒于顯現(xiàn)過程是液體試劑與固體金屬表面發(fā)生作用，還應(yīng)考慮顯現(xiàn)試劑在金屬表面的滲透能力，滲透能力很差的試劑腐蝕金屬的深度很淺，特別是在被沖壓部位，由于金屬密度增大，顯現(xiàn)反應(yīng)僅限于在金屬表層發(fā)生，被顯字跡部位生成物濃度無法快速增加，難以與基體之間形成較明顯的色差；而滲透能力很強的試劑腐蝕金屬的深度過深，雖然可使被顯字跡部位生成物濃度快速增加，但是，由于對基體的腐蝕過快，消耗基體的厚度增加，不利于減薄顯現(xiàn)厚度。

本項研究以硝酸作為氧化劑，并在幾種顯現(xiàn)試劑中保持其濃度一致。由于硝酸的氧化能力隨溶液酸度的增大而增強，所以選擇以硝酸、醋酸作為顯現(xiàn)試劑的基本成份。在硝酸、醋酸混合溶液中加入少量氫氟酸，既增加了顯現(xiàn)試劑的配位能力，又增強了試劑在被沖壓部位的滲透能力，這是利用硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)效果較好的根本原因。

4 結(jié)論

根據(jù)化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)金屬表面潛在沖壓字跡的原理，結(jié)合本實驗研究過程，在采用單純的硝酸、醋酸和硝酸、氫氟酸混合試劑顯現(xiàn)時，除顯現(xiàn)厚度厚的缺點外，還存在被顯字跡與基體的色差小，拍照固定困難等不足之處。實驗表明：在20℃～25℃的常溫下，對鐵質(zhì)金屬采用1:1.25:0.25的硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)潛在沖壓字跡是合適的。

由于溫度對化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)金屬表面潛在沖壓字跡有著重要影響，不同溫度下適當(dāng)調(diào)整顯現(xiàn)試劑的配方是完全必要的，關(guān)于這方面的工作還有待進一步深入研究。

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注：本文系公安部應(yīng)用創(chuàng)新計劃基金項目，項目編號：2008YYCXGDST082。