八种弹头遗留金属颗粒的成分分析

刘全忠，赵春梅，佘晓欣，刘 力

（1.山西医科大学 法医学院，山西 太原 030001；2.北京市公安司法鉴定中心，北京100192）

致伤工具的推断为案件的侦查和审判提供了重要科学证据[1]，在涉枪案件中，弹头是最重要的物证之一，然而在许多案件中，有时无法提取到弹头，有时提取的弹头破损严重，无法进行痕迹检验，这就可能对案件的侦查和审判造成一定的阻碍[2]。国内研究[3]认为，滤纸摩擦致伤刀具所遗留金属颗粒的成分特征可以反映该刀具的成分特征，并通过对人体创口内遗留金属颗粒的检验，结合创口形态的特征，对成分不同的致伤工具做出种类推断及排除认定。扫描电镜能谱法具有将微观形态和元素分析相结合的特点，可以准确地将射击残留物（GSR）和环境颗粒相区分，所以该方法是目前检测GSR较为有效的方法，并成为美国法医学实验室检测GSR的常规分析方法[4-5]。GSR分为无机成分和有机成分，其中无机成分中部分来自子弹遗留的颗粒[6]，本研究将用弹头摩擦滤纸后遗留的金属颗粒成分来反映子弹的成分特征，并应用扫描电镜能谱仪（SEM/EDS）进行成分检测分析，初步探索弹头遗留金属颗粒成分的描述指标和评价方法，以期在涉枪案件微量物证检测方面为弹种和弹头来源的推断提供一定的理论依据和手段。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

TESCAN-VAGEⅡLSU扫描电子显微镜（TESCAN，捷克），牛津 OXFORD X-MaxN 80T 能谱仪（Oxford Instruments plc，英国），杭州双圈牌定性滤纸（Φ=11cm，杭州沃华滤纸有限公司）。各型号子弹（表 1）。

表1 各弹头型号详情

1.2 方法

1.2.1 弹头遗留颗粒样品制备

随机选取10张全新滤纸作为空白对照。用75%的酒精棉球逐一擦拭各型号弹头，去除其表面的灰尘等杂质，随后每颗弹头分别在滤纸中央5cm×5cm的区域内反复摩擦，然后用粘有导电胶的电镜样品台反复粘取滤纸该区域弹头遗留的金属颗粒，直到导电胶失去粘性为止，置于样品存储瓶中编号待检，其中编号采用弹头型号编号+弹头序号，如1号弹头的第3颗子弹编号为1～3。

1.2.2 SEM/EDS检测

扫描电镜设置：背散射探头，放大300倍，加速电压选择20 KV，工作距离为15.00mm，钨灯丝发射电流80左右。

牛津能谱仪INCA软件中颗粒分析功能设置：信号源BES信号，处理时间5，通道数量2 K，定量分析方法设置为剥离元素：C、O。典型的检验图（图1～2）。

图1 铜锌合金颗粒谱图

图2 Cu-Zn合金颗粒

2 结果

2.1 同一型号弹头遗留金属颗粒的检测结果

本次实验，除6号子弹外，其余型号各取8枚子弹，均由具有相同底部标识的一盒子弹中随机抽取，将这8枚弹头所遗留的各种金属颗粒数目制成百分比堆积图（图3），发现同一型号的弹头遗留中各种金属颗粒的数目具有稳定规律，由于各型号弹头均遗留有铜锌合金颗粒，故从每枚弹头遗留的铜锌合金颗粒中随机各抽取100个颗粒制成散点图（图4），相同批次同型号弹头遗留的铜锌合金颗粒中铜锌重量百分比的分布区间较为集中。

图3 各型号弹头遗留金属颗粒的百分比堆积柱形图

图4 各型号弹头遗留铜锌合金散点图

2.2 不同型号弹头遗留金属颗粒之间的比较结果

8种型号的弹头，每种弹头遗留金属颗粒中均检测出了铜颗粒和铜锌合金颗粒（图5），其中4号弹头还有含镍颗粒，其中大部分为纯镍颗粒，少部分为铜镍合金颗粒，5号弹检出的含铅颗粒，其中大部分是纯铅颗粒，少部分为铅铜锌混合颗粒，因此将除6号子弹以外的其余各种型号的8枚弹头遗留的铜颗粒和铜锌合金颗粒的数目取均值，并计算铜颗粒和铜锌合金颗粒的数目比，以及用铜锌合金颗粒中铜、锌的重量百分比，镍颗粒中镍的重量百分比以及铅颗粒中铅的重量百分比的平均值来描述弹头成分（表2～3）。由于，每种型号的弹头都含有铜锌颗粒和铜颗粒，所以从其中随机各选取100个颗粒，并将其中Cu元素和Zn元素的重量百分比用SPSS 22.0软件进行分析，经方差同质性检验，P＜0.05，认为各组的总体方差不齐，因此选用Dunnett T3进行两两比较检验。

表2 各型号弹头遗留铜颗粒和铜锌合金颗粒的数目比

表3 各型号弹头遗留金属颗粒检测结果 （±s）

表3 各型号弹头遗留金属颗粒检测结果 （±s）

注：9号代表空白滤纸；— 代表空缺

编号 铜锌颗粒 铜颗粒 镍颗粒 铅颗粒Cu（wt%） Zn（wt%） Cu（wt%） Ni（wt%） Pb（wt%）1 号 92.45±1.87 7.33±1.72 97.25±4.71 — —2 号 89.02±2.15 9.18±1.69 86.96±11.30 — —3 号 91.70±2.88 6.67±2.49 96.68±4.47 — —4 号 73.40±3.79 24.01±3.42 81.50±8.84 98.61±1.98 —5 号 68.38±3.22 31.61±3.22 99.90±0.81 — 97.73±4.81 6 号 82.22±11.67 18.12±11.65 99.95±0.27 — —7 号 86.30±2.24 11.05±2.14 88.62±10.00 — —8 号 91.61±2.93 7.14±2.18 97.61±3.65 — —9号 — — — — —

对于铜锌颗粒，1号、3号以及8号弹头的铜锌颗粒中Cu元素和Zn元素的重量百分比差异均无统计学意义（P＞0.05），即不能认为1号、3号、8号弹头的铜锌颗粒之间有显著性差别。其余各号弹头之间的铜锌颗粒中Cu元素和Zn元素的重量百分比差异均有统计学意义（P＜0.05），即可认为2号、4号、5号、6号、7号弹头所含有的铜锌颗粒之间均有显著性差别。

对于铜颗粒，1号、3号、8号弹头的铜颗粒中Cu元素的重量百分比差异均无统计学意义（P＞0.05），即不能认为1号、3号、8号弹头的铜颗粒之间有显著性差别，2号、4号、7号弹头的铜颗粒中Cu元素的重量百分比差异均无统计学意义（P＞0.05），即不能认为2号、4号、7号弹头的铜颗粒之间有显著性差别。5号和6号弹头的铜颗粒中Cu元素的重量百分比差异无统计学意义（P＞0.05），即不能认为5号和6号弹头的铜颗粒之间有显著性差别。其余的两两组合比较均有统计学意义（P＜0.05），即可认为它们之间是有显著性差别的。

综合各弹头遗留成分检测数据（表4），将其导入SPSS 22.0软件，对其进行聚类分析发现，8种型号的枪弹弹头遗留颗粒可分为7类，其中3号和8号弹头遗留金属颗粒无显著性差异，其余各型号弹头遗留的金属颗粒之间均有可区分的显著性差异（图6）。

图5 各型号弹头遗留金属颗粒的种类及数目

图6 各型号弹头聚类分析结果

表4 聚类分析汇总表

3 讨论

检验发现有部分弹头遗留的金属颗粒附有环境颗粒，将会影响检测结果的准确性，而环境颗粒多是为以Si为主要成分的土壤扬尘颗粒[7]，所以在做数据分析时需要去排除这部分颗粒对实验结果的干扰。在实际案例应用时，提取的微量物证可疑颗粒多与环境颗粒相混合，在识别可疑颗粒后，需要采用INCA软件中剥离元素功能来剔排除杂质成分带来的干扰误差。

对实验结果进行分析发现，同一型号的8颗弹头遗留的金属颗粒具有同一性特征，不同型号的弹头遗留的金属颗粒的元素以及重量百分比不完全相同。通过聚类分析可知，国产87式步枪弹和国产51式手枪弹，尽管从弹头形态上有很大区别，但其遗留的金属颗粒经检测无显著差异，据调研，发现两者所用的弹头披甲原材料来源是一致。而来源不同的2号、4号、5号弹头，尽管同为9mm口径枪弹，但其遗留的金属颗粒成分差异较大。另外，为了改善黄铜的性能，枪弹中常添加一些其他元素，如钨、铝、铅、锡、锑等[8]，同时发现有部分子弹残留颗粒中除了含主要分子 Cu、Zn、Ni、Pb元素外，还含有一些微量的 S、Na、Co、As、Mo 等元素。 但是这些元素的含量较低，无法采用本研究方法对其进行逐一评价，所以在之后的研究中应探索更加精确和多元的检测方法，使推断或认定弹头来源更为科学，为涉枪案件侦查提供更多信息。

综上所述，本研究能够通过检测和分析不同型号弹头遗留金属颗粒成分的分布特征对不同弹种进行识别，为推断现场遗留弹头的来源提供重要的信息，对于现场并没有找到弹头的案件，也可以通过提取人体枪弹创口遗留的金属颗粒，对其有效成分进行检测分析，通过与已知的弹头成分数据进行比对分析对弹头来源进行推断。

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