書寫時間的確定多年來一直屬于世界性文檢學難題,國內外有關從事法庭科學的專家一直在致力于此項技術的探索。研究方向為相對書寫時間的確定,研究特點為傳統分離技術與現代儀器分析方法相結合,揭示墨水書寫后某些性質的動態變化規律。研究方法主要為“溶劑提取法”,"揮發性成分測量法”。這些方法主要是檢測離子的擴散程度,吸附能力,固體膜層的溶解度,轉印能力以及顏色變化程度等,能夠從不同方面解決一定范圍的書寫時間。我國對墨水書寫時間的檢驗及研究起步較晚,多為引用國外研究技術,個別的在應用中有所發揮和提高,但到目前為止,還沒有一項自己獨特的檢驗方法。筆者通過收集整理大量文獻資料進行對比分析基礎上,選用具有世界先進水平的現代理化分析方法,既熱分析法,進行了系統的實驗研究。意在探索一種標準化程度高,穩定性強,重現性好,操作簡便,檢測結果準確,實用性強的新方法,為書寫時間檢驗技術的發展開辟一條新途徑。
一、原 理
對墨水遺留時間的研究主要是對墨跡氧化過程的實驗分析。而墨跡氧化過程與墨水成分有關。鞣酸鐵墨水(藍黑墨水)的主要成分有單寧酸(亦稱鞣酸鐵或倍酸),硫酸亞鐵和無機鹽及水溶性染料等。鞣酸和硫酸亞鐵用于顯色,它們反應生成無色鞣酸亞鐵,氧化后生成黑色鞣酸鐵的顏色。無機鹽用于防止墨水儲存時生成沉淀。另外還有粘稠劑阿拉伯膠給墨水以適當的膠體性質,防止沉淀生成并使書寫流利,防滲透。防腐劑酚類用以防止鞣酸及有機物中微生物的生成,沉淀的分解。可溶性藍色染料使書寫時有明快的色調。藍黑墨水書寫到紙張上以后,筆畫中所含的二價鐵離子和藍色染料使字跡最初形成藍色,隨著時間推移,鞣酸亞鐵與空氣中的氧氣接觸,逐漸氧化為鞣酸鐵,使筆畫顏色逐漸加深,顯出黑色鞣酸鐵。隨著時間進一步的延長,筆畫中的酸性成分一部分揮發,一部分與紙質中的含碳化合物緩慢氧化反應逐漸被破壞,只剩下氧化鐵等成分,筆畫變為暗褐色乃至漸漸變黃變淺,這就是墨跡的氧化經歷。
用DSC法對墨水遺留時間進行研究的原理,就是在程序溫度控制下,測量墨水隨時間變化的成分含量及物理,化學動態參數值。這些數值隨時間不斷改變,它們與時間之間存在定量關系,在程序溫度控制下表現為一系列的吸熱和放熱現象,既吸熱和放熱特征峰。根據已知書寫時間的樣品,找出這些數值與書寫時間的定量關系,作出熱分析曲線,再比較同種墨水不同書 寫時間的DSC曲線,可以得出樣品的相對書寫時間。
二、實 驗
儀 器: 北京恒久HSC-4差示掃描量熱儀。
測試條件: 25℃/5.0(k/min)350℃。
氣 氛:N2,流量 50 mL/min ,O2流量20 mL/min
樣 品:藍黑墨水及主要材料,各類紙張。
制 樣:用上述材料涂寫墨跡,按小時、日、月、年、不同時間段存放。
實 驗:取試樣0.1~0.3mg置于一坩堝內,在同一張紙空白處取等量紙塊作本低,置于另一坩堝內,按同等條件和程序等速升溫,逐一考察各時間段樣品在特定程序溫度控制下出現的吸熱和放熱現象,計算機自動記錄DSC曲線峰值,打印出圖譜。
三、實驗分析
用DSC對各試樣按照規律性,穩定性,重現性分階段測試表明,墨水材料表征出最具特征的峰形,峰溫值為二價鐵還原為三價鐵的放熱峰。在120℃左右有一個吸熱峰為它的脫水結晶峰。隨后在280℃左右有一個較強的放熱峰。墨水在四小時以前幾乎只能顯示幾種材料自身的特征,隨著時間的推移,峰位逐漸右移,七天時位移變化較大,之后仍繼續保持較平穩的反應狀態,再經過一段時間,氧化速度進一步相對減緩。DSC曲線峰位移減緩,表明氧化現象是隨著時間的推移呈遞減狀態進行。遺留時間越長,峰值越低,反之峰值越高。實驗表明:
1、 數據穩定,最大相對偏移不超過±0.17度;
2、 異常室溫存放樣品氧化反應速度不同,說明環境因素與墨水氧化有關;
3、不同批次測試樣品出現一定偏移,但規律性不變,因此同批測試樣品可比性較好;
4、紙張質量對墨水氧化速度亦有一定影響。以上因素都需要在檢測實驗時加以考慮,盡量要求試樣和參比物條件一致。
通過大量實驗研究和案件檢驗的實踐,證實了DSC法確定鞣酸鐵墨水字跡書寫時間具有客觀性,科學性。