刍议文件材料分析中的化学计量学与光谱学

杨鑫 李彪

（中国刑事警察学院文件检验技术系，辽宁 沈阳110854）

1 关于化学计量学与光谱学

1.1 光谱学与化学计量学

化学计量学是一门将统计学和应用数学运用到化学体系的测量与物质的状态之间联系的学科。它能够帮助实验者在实验设计、数据测量等方面进行科学分析和获取有用信息。目前，化学计量学已经在一些生活生产领域中得到应用与发展。

光谱学则是一门研究物质与电磁波之间相互作用关系，并且通过各类光谱图像来反映这种相互关系的学科。根据光谱图像，可以获取物质的内部微观信息与结构信息。整个光谱学的发展已超过300年的历史，从最早牛顿通过玻璃棱镜将太阳光解析成从红光到紫光的各种颜色的光谱，到目前根据不同的分类方式，已经把光谱学细分成具体的分支学科内容。

1.2 光谱学与化学计量学的应用现状

目前在分析化学中用到的仪器主要有红外光谱仪、紫外可见光谱仪、质谱仪、分光光度计、气相色谱仪和高效液相色谱仪等。随着计算机科学、应用数学、统计学的进一步发展，化学计量学得到越来越多的应用与发展，同时光谱学与其他相关学科联系日趋紧密，基于光谱学与化学计量学的方法已经在不同领域发挥了巨大作用。

2010年，刘江、陈兴福等人对四川盆地麦冬种质资源质量使用了主成分分析法进行综合评价，通过获取小麦种子组成成分的有效数据，并进行主成分分析（PCA）处理，仅用几个主成分变量综合反映出全部原始变量的大部分信息，消除了多重共线性，使得最后的分类结果具有良好的可靠性。

2019年，张航、孙雪剑、戴晓爱等人应用近红外光谱分析技术和去噪声算法对煤炭产地进行研究分析。近红外光谱可以安全、无损、快速地得到高精度分析结果。

2019年，李茜云、郭明等人利用气相色谱-质谱联用技术检测料酒中的风味物质，建立料酒风味物质的标准指纹图谱。最后将所有料酒的色谱峰数据，依据主成分分析和聚类分析原理来分类，最终达到有效区分不同品牌料酒的目的。

2 光谱学结合化学计量学在文件检验鉴定领域的应用现状与发展趋势

与传统单一指标的检验方法相比较，运用光谱学与化学计量学相结合的检验方法更加具有优势与深入挖掘的潜力。目前光谱分析法已经在许多领域得到广泛的应用，利用光谱仪等仪器设备得到物质成分的光谱图像，不仅能够对物质的组成结构和成分的含量进行定性分析与区分鉴别，还能够直观地显示不同种类物质或者同类物质不同含量的区分效果，并且这是一种对检材无损的方法。

2.1 应用现状

目前，利用化学计量学与光谱学的方法已经在文件检验领域中解决了一些具体的问题，如：签字笔油墨种类区分鉴别问题、添改文件检验问题、字迹相对形成时间的研究、签名形成方式的种类区分等问题。2011年，连园园、李伟等人依据涂抹掩盖字迹油墨物质的同色异谱特征，利用可见光滤波型多光谱成像检验系统对黑色圆珠笔、蓝色圆珠笔、黑色签字笔和蓝色签字笔相互涂抹掩盖形成的同种同色涂抹掩盖样本进行检验分析，并且最后得到良好的区分鉴别和显现效果。

2018年，王圣江根据激光能够使印泥、印油等盖印物质激发出荧光的原理，利用文件仪对各类激光打印机字迹与印泥、印油的形成先后时间进行检验，并且取得了明显的区分效果。

2018年，魏显峰等人对黑色签字笔字迹色痕相对形成时间进行实验分析，研究了黑色签字笔墨水中溶剂与染料等成分的变化规律与书写时间的关系。

而国外的一些学者也对此类问题进行了探究。2003年，Thanasoulias NC等人对5个不同品牌的50种蓝色圆珠笔墨水进行检验鉴定，用无水乙醇作为溶解剂，在适当转换后，取吸光度在400～750范围内进行聚类分析、主成分分析和判别分析三种多元统计技术，并且进一步计算比较出有效的判别模型。

2012年，Samir Senior和Ezzat Hamed则将10种蓝色圆珠笔的笔墨与纸上的线墨进行光谱提取和薄层色谱分析，得到的峰值数据进一步结合主成分分析方法来解决不同笔种类的区分和未知来源笔种的来源分析的问题。

2014年，G.Reed，K及其团队直接利用三种颜色中性笔笔墨的超光谱图像对不同品牌的中性笔进行区分检验。结果显示每一种颜色不同品牌的墨水在不同的波段会因构成其颜色的成分不同而被归类成不同的群体，具有同种成分的品牌会归为一个小群体。

2.2 发展趋势

光谱学与化学计量学方法在文件领域的应用虽然可以帮助快速准确解决一些问题，但是这还只是文件检验研究内容的一部分，仍存在一些复杂的问题需要进一步去研究和探索。

随着近些年来科技进步发展，越来越多的新型光谱和分析化学实验设备应用在文件检验的领域。这大大推动了文件检验技术向着客观量化检验方向发展的进程。面对现在文件材料复杂多样化，数量增加的趋势，文件检验的难度也呈现上升的趋势，单一的成分分析方法或者单一简单的光谱数据已经难以满足现在解决文件检验中复杂问题的需要，因此未来文件检验发展必定要与更高测量精度和功能先进的仪器研发结合起来。这样能够得到更多准确可靠的客观测量数据与信息供检验人员参考。同时，未来文件检验技术方法需要不断进行革新，不仅要提高检验的效率，更需要提高检验的质量，在对文件无损害的前提下达到快速、准确、高效检验的效果。最后，在高度信息化和大数据技术的发展背景下，建立文件检验数据库也是未来研究工作的必经之路。

3 结论

综合国内外文件检验领域关于光谱学与化学计量学结合的研究现状，可以得出光谱学与化学计量学结合的方法对文件检验领域某些问题的解决是一种有效方法的结论，如利用不同品牌的签字笔墨水、钢笔墨水、印油或印泥等物质的光谱信息和化学成分的测量数据，然后根据其成分种类或含量的差异达到快速有效区分的效果。但是这并不是解决文件检验领域所有问题的“万能钥匙”，目前二者在文件检验领域的探究还属于初步阶段，还有进一步深入研究的空间，这也将是文件检验技术未来发展的重点之一。可视化技术发展与量化检验研究已经是文件检验未来发展的重要方向，而化学计量学与光谱学的原理知识与方法必然能够为文件检验量化鉴定的发展之路提供强大助力。