基于多元分析的快递塑料包装袋样本光谱鉴别

　　摘要：为建立一种区分现场快递塑料包装袋物证的分类模型，利用X射线荧光光谱仪对39个不同颜色、不同公司的快递塑料包装袋样本进行检验。根据外表面颜色不同将39个样本初步分为3类;根据射线荧光光谱仪测定的样本无机元素含量利用系统聚类进行进一步分组;通过判别分析构建分类模型，模型对已知样本归类准确率达100%。通过多元线性回归分析对分类结果进行检验，分类结果与判别分析结果一致。将2个未知样本代入模型进行验证，模型实现了100%的正确归类。

　　关键词：X射线荧光光谱;快递塑料包装袋;系统聚类;判别分析

　　引言随着快递包装袋的广泛使用，在爆炸、盗窃、抢劫、凶杀等各类刑事案件现场中经常可以提取到快递塑料包装袋物证。侦查人员可以根据快递包装袋物证上的文字信息判断其来源，但犯罪分子为掩饰个人信息往往会破坏表面文字，有时无法获取有效信息。

　　而通过对快递塑料包装袋的理化检验有可能推断其来源、产地，为侦查提供方向。快递塑料包装袋的原料一般为聚氯乙烯(PVC)或聚乙烯(PE)，但不同产地、不同种类的包装袋所用的添加剂往往会有所不同，这为检验鉴别提供了前提条件[1]。市面上常见的几种快递包装袋中，白色包装袋通常使用PE新料，灰、黑色包装袋所用原料则多为回料。

　　目前检验塑料物证的方法主要有红外光谱法[2-3]、射线荧光光谱法[4-5]、扫描电镜/能谱法[6]、拉曼光谱法[7]等。其中，射线荧光光谱法可以实现对样本的快速、无损鉴别，被广泛应用于各领域[8-10]。通过射线荧光光谱法检验快递塑料包装袋样本，同时结合系统聚类和Fisher判别对数据进行分析，可以建立塑料包装袋的分类模型，实现对现场未知快递塑料包装袋的高效鉴别归类。

　　1实验

　　1.1实验仪器及条件

　　MET8000能量色散型荧光光谱仪(英国牛津公司)。

　　1.2实验样本外表面为白、黑、灰三种颜色的快递塑料包装袋样本共39个。其中外表面为黑色的快递塑料包装袋样本10个，灰色快递塑料包装袋样本16个，白色快递塑料包装袋样本13个。

　　1.3实验方法

　　将39个快递塑料包装袋样本分别编号后裁剪为1.0cm×1.0cm的正方形，用酒精棉签擦拭后晾干。用射线荧光光谱仪在上述条件下分别对样本进行检测，每个样本测3次，取平均值并记录。

　　1.4实验分析系统聚类又称层次聚类，是聚类分析方法中使用最广泛的一种[11-12]。其基本思想是将变量按照距离远近聚类，距离近的变量先聚成类，距离远的变量后聚成类，依次进行，直到每个变量都归入合适的类中[13]。系统聚类分析的前提是计算和确定类间距离。

　　2结果与讨论

　　2.1系统聚类结果分析

　　通过观察可将快递塑料包装袋样本初步分为3大类，第类外表面颜色为黑色，第II类外表面颜色为灰色，第III类外表面颜色为白色。以射线荧光光谱法测定的无机元素成分为变量，运用spss软件分别对3类样本进行系统聚类。以第III类样本为例，选择聚类方法为组间连接法，测量区间为平方欧式距离。

　　2.2判别分析模型建立

　　根据系统聚类分组结果，利用Fisher判别分析算法构建分类模型。以第III类3组样本为例，以组别作为分组变量，样本所含五种主要元素为自变量构建函数，获得了2个判别函数。其中函数特征值为99.567，其显著性为0.001，远小于0.01，说明其有较强的区分性，可作为分组判别的主要依据。为实现分类结果的可视化表达，以函数、为判别轴建立联合分布图，将第III类13个样本带入函数获得横纵坐标。

　　2.3未知样本检验

　　为检验判别分析模型对现场未知样本的归类能力，随机提取外表颜色为白色的韵达快递塑料包装袋样本与京东快递塑料包装袋样本，分别编号为40#、41#。根据样本颜色将其归为第III类，代入2.2所得判别函数获得样本坐标。

　　分别计算40#样本与35#、29#样本，41#样本与31#、32#样本的平方欧式距离，结果表明40#样本与35#样本最为接近，41#样本与31#样本最为接近。查询样本信息表可知，35#样本为韵达快递塑料包装袋，31#样本为京东快递塑料包装袋，与模拟检验样本的公司来源一致。实验结果表明，所构建的判别分析模型可以实现对未知来源样本的正确归类。

　　化学论文范例： 生物光电化学电池复合系统光电驱动生物转化

　　3结论

　　本实验利用射线荧光光谱法对39个不同快递塑料包装袋样本进行了快速无损检验，根据样本外表面颜色将39个样本初步分为3类。利用系统聚类算法将3类样本进一步分为了9组，各组分样本间元素含量存在明显区别，有较高的区分度。根据分组结果，结合Fisher判别分析构建了快递塑料包装袋的分类模型，可以实现对未知样本的准确归类，其归类准确率达100%。对于现场所提取的未知快递塑料包装袋物证，该方法可以进行快速判别分析，对物证进一步溯源，为侦查破案提供线索。

　　参考文献：

　　[1]朱晓晗,姜红,王丹.基于化学计量学对黑色塑料袋的光谱检测[J].化工技术与开发,2020,49(08):5052+34.

　　[2]李建.塑料水杯的傅立叶红外光谱(ATR)法鉴别[J].合成材料老化与应用,2021,50(02):4647.

　　[3]田静,王晓娟,齐文良,等.基于近红外光谱分析技术的食品包装塑料的定性分析[J].分析测试学报,2020,39(11):14161420.

　　[4]张磊.X射线荧光光谱法测定食品包装用塑料多种重金属元素含量[J].中国检验检测,2021,29(02):3739+51.

　　[5]姜红,林凡琦,满吉.X射线荧光光谱结合聚类分析检验快递塑料包装袋[J/OL].包装工程:112.http://kns.cnki.net/kcms/detail/50.1094.TB.20210521.1014.004.html.

　　作者：姜红，林凡琦，孙家政，吕航