Рис. 14. Современные аналитические весы VIBRA AF 225DRCE
По принципу действия весы подразделяются на рычажные, элек- тротензометрические (на основе преобразования деформации твер- дых тел в электрический сигнал), гидростатические, гидравличе- ские, пружинные
1
. По назначению весы подразделяются на: общего назначения, образцовые (для поверки гирь) и лабораторные (ана- литические, микроаналитические, пробирные и др.).
Определение плотности.
Плотность тела — одна из основных физических характеристик тела (веще- ства), которая характеризует количественное содержание вещества (массу) в единице объема, является функцией его состава и зависит от структуры.
Для измерения плотности жидкостей и газов используют плотно- меры. Различают весовые плотномеры, основанные на непосредст-
1
Политехнический словарь / Под ред. И. И. Артоболевского. М.: Советская энциклопедия, 1977. С. 74.
86
Лекция 6
венном взвешивании тел (например, пикнометр), статические плот- номеры, в которых плотность среды определяется по архимедовой силе, вытесняющей поплавок, помещенный в некоторую среду (на- пример, ареометры, в которых плотность определяется по глуби- не погружения поплавка — трубка с делениями и грузом внизу)
(рис. 15) и динамические (эффузиометры), основанные на законе истечения (плотности газов обратно пропорциональны квадратам скоростей истечения газов из узких отверстий в тонкой стенке).
Рис. 15. Пикнометры (а), ареометры (б), эффузиометр Шиллинга (в)
6.2. Методы определения механических свойств
1
К методам определения механических свойств, использующихся в экспертных исследованиях, относятся испытание на растяжение, испытание на изгиб, определение твердости и микротвердости.
1
Классификация основных методов судебной экспертизы. М., 1982.
а
б
в
876.3. Методы определения тепловых свойствИспытание на растяжение. При испытании на растяжение определяется сопротивление материала пластической деформации, которое характеризуется определенной степенью пластичности ма- териала (относительными удлинением и сужением).
Испытание на растяжение проводится при исследовании метал- лов, волокон и бумаги. При этом устанавливают соответствие тех- нологии изготовления указанных материалов ГОСТам, ТУ и их эк- сплуатационные характеристики.
Испытание на изгиб. При испытании на изгиб определяют пре- дел прочности и условный предел текучести исследуемого объекта.
Испытания на изгиб используются при исследовании бумаги в целях установления эксплуатационных характеристик образцов бумаги и соответствия технологии их изготовления.
Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него другого тела.
Величина твердости зависит от прочности связей, действующих в материале.
Метод используется при исследовании изделий из металлов и сплавов для изучения технологических особенностей изготовле- ния этих изделий и их эксплуатационных характеристик при ре- шении диагностических и идентификационных задач.
Определение микротвердости. При проведении испытаний на микротвердость оценивается сопротивление материала пласти- ческой деформации в микрообъеме.
Метод используется при исследовании изделий из металлов и сплавов, стекла. Результаты исследований выступают в качестве идентификационных признаков при установлении принадлежно- сти части целому.
6.3. Методы определения тепловых свойствВ судебной экспертизе используются следующие методы опре- деления тепловых свойств объектов:
определение температур фа- зовых превращений, определение термо-ЭДС, определение коэф- фициента линейного расширения.
88
Лекция 6
Определение температур фазовых превращений.
Температу- ры плавления или температуры кипения (точки испарения) веще- ства можно определить с помощью термометров, отмечая темпера- туру, при которой происходит плавление или испарение (фазовые переходы) исследуемых веществ. Значения температур плавления и кипения позволяют оценивать чистоту вещества и являются од- ной из характеристик вещества при его идентификации.
Метод используется для сравнительного исследования различ- ных материалов и веществ (например, сталей, цветных металлов, неизвестных веществ) по температурам фазовых переходов.
Определение термо-ЭДС.
Метод заключается в измерении электродвижущей силы, которая возникает при нагревании спая, состоящего из образца (сплава) и металлического эталона, и зави- сит от состава и структуры исследуемого сплава. Метод применя- ется при исследовании металлов и сплавов.
Определение коэффициента линейного расширения.
Метод используется для изучения превращений в металлах и сплавах пу- тем наблюдения объемных изменений, происходящих при нагре- вании и охлаждении (дилатометрический метод). Коэффициенты линейного расширения определяются по результатам измерений удлинения образца при нагревании или охлаждении. Нарушение плавного изменения длины образца при изменении температуры свидетельствует о протекании в нем фазовых переходов.
6.4. Методы определения электрических свойств
К электрическим свойствам объектов, изучаемых с помощью физико-технических методов, относится удельное электросопро- тивление, которое определяют методом моста.
Удельное сопротивление проводящих материалов зависит от их физической природы и может меняться с изменением состава и струк- туры материала. Определение этой характеристики основано на изме- рении сопротивления методом моста. Метод пригоден для сравнитель- ного исследования различных проводящих материалов, при условии, что сравниваемые объекты имеют определенные размеры и формы.
В экспертных исследованиях растворов веществ находят при- менение потенциометрические методы анализа, основанные на из- мерении электродного потенциала и нахождении зависимости между
896.4. Методы определения электрических свойствего величиной и концентрацией потенциалопределяющего компо- нента в растворе.
Потенциометрические методы основаны на измерении элек- тродвижущей силы — ЭДС, создаваемой электрохимическим эле- ментом. Простейший электрохимический элемент состоит из двух соединенных проводником металлических электродов, погруженных в разные растворы. Цепь между растворами замыкается с помощью агарового мостика (агар, приготовленный на растворе хлористого калия). Растворы содержат легко окисляемые или восстанавлива- емые соединения. Электроны переходят с металла на такое легко восстанавливаемое вещество,
металл заряжается положительно, и это приводит к возникновению между металлом и раствором раз- ности потенциалов. Металлический электрод является составной частью электрической цепи, поэтому при наличии второго электрода, погруженного в раствор, содержащий менее легко восстанавливае- мое или окисляемое соединение, в цепи возникает ток. Потенциал одного из металлических электродов вместе с раствором (полуэле- мент) принимают за начало отсчета. В качестве такого стандарта ис- пользуют электроды сравнения. Электроды с избирательной проница- емостью для различных ионов называют ион-селективными (
рис. 161
).
Рис. 16. Микропроцессорный иономер И-160 предназначен для определения в водных растворах активности ионов водорода (рН), окислительно-восстановительного потенциала (Eh), активности и концентрации ионов: H+, Li+, Na+, NH4+, Ag+, X+, NO3-, ClO4-, F-, Cl-, Br-, I-, CN-, SCN-, Ca++, Ba++, Mg++, (Ca+Mg) ++, Pb++, Cd++, Cu++, Hg++, X++, CO3--, S-- и др.1
URL: nevorf.ds78.ru / goods / 1217942 /
90Лекция 6 Область потенциометрического анализа, основанного на приме- нении ионоселективных мембранных электродов, функционирую- щих по ионообменному механизму, называется ионометрией. Этот метод используется при экспертном исследовании спиртосодер- жащих жидкостей, для определения кислотности вин, содержания вредных компонентов (хлора, фтора, нитратов и др.) в водах в эко- логической экспертизе, при исследовании продуктов питания.
6.5. Методы определения магнитных свойствИзучение магнитных свойств объектов основано на определении магнитной проницаемости, магнитной восприимчивости и магнит- ного насыщения.
Магнитная проницаемость — физическая величина, коэффициент (завися- щий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией
В и напряжённостью магнитного поля
Н в веществе. Для разных сред этот коэффициент различен, поэтому говорят о магнитной проницаемости кон- кретной среды (подразумевая ее состав, состояние, температуру и т. д.)
1
Магнитная проницаемость зависит от химического состава и струк- туры вещества. Метод позволяет изучать фазовое состояние ме- таллов и сплавов и изменения, происходящие в них под влиянием внешних воздействий (температуры, давления и т. д.). Для иссле- дования необходимо приготовление специальных образцов (то- роидов, стержней).
Магнитная восприимчивость — безразмерная величина, характеризую- щая способность вещества намагничиваться в магнитном поле
1
Магнитная восприимчивость вещества
обусловливается его хи- мическим составом, структурой и агрегатным состоянием. Она определяется в пара-, диа- и ферромагнетиков, что позволяет ис- следовать фазовое состояние этих веществ, его изменение под воз- действием тепла, давления и т. д. Преимущество этого метода в воз-
1
URL: ru.wikipedia.org / wiki / %CC%E0 %E3 %ED%E8 %F2 %ED%E0 %FF_%
EF%F0 %EE%ED%E8 %F6 %E0 %E5 %EC%EE%F1 %F2 %FC
91
6.6. Применение физических методов при исследовании стекла
можности исследования твердых, порошкообразных и жидких веществ.
В основном применяется при исследовании металлов и сплавов.
Магнитное насыщение — состояние вещества, при котором его намагни- ченность достигает предельного значения
1
Величина магнитного насыщения — наиболее устойчивая маг- нитная характеристика, зависящая от химического состава фер- ромагнитных фаз в сплаве и их количества. Методы определения магнитного насыщения используют для исследования фазовых превращений в сплавах (сталях).
Как видно из характеристик физико-технических методов, они могут быть использованы в судебной экспертизе, главным обра- зом, при исследовании свойств металлов и сплавов. Кроме того, физико-технические методы имеют большое значение при экспер- тном исследовании стекла.
6.6. Применение физических методов при исследовании
стекла
2
Специальными методами исследования стекол, имеющими боль- шое значение для их обнаружения, дифференциации и решения идентификационных задач, являются методы исследования физи- ческих свойств.
Плотность стекла
характеризует количественное содержание вещества (массу) в единице объема, является функцией его соста- ва и зависит от структуры стекла. Низкие значения плотности характерны для кварцевых, боратных и боросиликатных стекол.
Плотность повышается с введением в состав стекла окислов тяже- лых элементов — свинца, бария, лантана.
Плотность определяется методами гидростатического взвеши- вания (точность ±1.10
-3 г / см), пикнометра и свободного осаждения
(точность при сравнительном исследовании до ±1.10
-4 г / см). Мето-
1
Политехнический словарь / Под ред. И. И. Артоболевского. М.: Советская энциклопедия, 1977. С. 268.
2
Гурикова Л. М., Комкова Е. А. Криминалистическая экспертиза стекла и из- делий из него: Учебно-методическое пособие для экспертов. М., 1983.
92Лекция 6 ды осаждения и пикнометрический позволяют исследовать мик- роколичества стекла. Принцип определения методом осаждения заключается в том, что осколок стекла опускают в смесь тяжелых
жидкостей и подогревают на водяной бане, пока плотность жидко- сти и стекла не сравняются.
Поверхностные свойства стекла определяют измерением его твердости и хрупкости, химической устойчивости.
Твердость стекла зависит от его состава и теплового прошлого.
Наибольшей твердостью обладает кварцевое стекло, бесщелочные боросиликатные стекла, высокоглиноземистые стекла. Наиболее мягкие — многощелочные стекла и стекла с высоким содержанием свинца (хрусталь).
В зависимости от способа определения различают склероме- трическую (твердость при царапании), абразивную (твердость при сошлифовывании) и микротвердость (твердость при вдавли- вании). Определение твердости дает возможность различать от- дельные виды и группы стекол.
Хрупкость — свойство твердых тел, характеризующее способ- ность материала разрушаться без пластической деформации. Неор- ганические стекла являются типичными хрупкими телами. Хруп- кость стекла зависит от его состава, теплового прошлого, состояния поверхности. Мерой хрупкости стекла служит: сопротивление уда- ру; величина нагрузки на идентор (стержень цилиндрической фор- мы с конусовидным концом) (
рис.171
), при которой появляется трещина; длина трещин, образующихся вокруг отпечатка идентора
(или коэффициент хрупкости).
Рис. 17. Идентор1
URL: technoslovo.ru / entsiklopedicheskiy_slovar_nanotehnologiy / page / indentor.134
936.6. Применение физических методов при исследовании стеклаДве последние характеристики определяются одновременно с из- мерением микротвердости.
Прочность стекла — способность материала выдерживать без разрушения воздействие различных видов нагрузки (растя- жение, сжатие, изгиб, удар и т. п.). Пределом прочности называ- ется величина напряжения
σ
, при которой происходит разруше- ние образца.
Стекло имеет низкие значения прочности на изгиб и растя- жение 3–10 кг / мм
2
, что объясняется наличием дефектов на по- верхности стекла. Его теоретическая прочность, определяемая разрушением межатомных связей, оценивается как 1000–
1500 кг / мм
2
Предел прочности
σ
кварцевого стекла выше остальных. Для по- вышения прочности стекла используют такие способы, как закал- ка, ионный обмен, травление, нанесение покрытий.
Хрупкое разрушение стекла под воздействием внешних сил начинается с поверхности в результате образования и развития поверхностных дефектов (трещины Гриффитса), которые обу- с ловлены:
• разрывом связей Si-O-Si вследствие абразивного действия твердых частиц;
• разрушением поверхности в результате химического взаимо- действия с влагой и газами воздуха.
Трещины Гриффитса имеют малые размеры, их не удается наблюдать даже с помощью современных электронных микро- скопов.
Трещины действуют как концентраторы напряжений. Это озна- чает, что даже при небольшом напряжении, приложенном к стек- лу, напряжение в трещине приближается к теоретической про- чности стекла или превышает ее.
Механизм разрушения стекла:
• рост одной наиболее опасной трещины под
воздействием при- ложенного напряжения;
• возникновение и рост вторичных трещин, образующих при вст рече с первой трещиной и друг с другом многочисленные ли- нии сколов.
Визуально в изломе образца можно наблюдать две зоны, соот- ветствующие двум этапам разрушения:
Лекция 6
• в первой зоне зеркальная поверхность обусловлена ростом одной трещины;
• во второй зоне шероховато-раковистая поверхность обуслов- лена ростом большого числа трещин.
Деформационные свойства стекла.
Деформация — изменение положения точек тела под действи- ем нагрузки, приводящее к изменению взаимного расстояния между ними. Виды деформации зависят от характера действую- щих нагрузок (деформации растяжения, сжатия, изгиба, кру- чения и т. п.).
Стекла в твердом состоянии подвержены только упругим де- формациям (исчезают после удаления вызвавшей их нагрузки).
95
ЛЕКЦИЯ
7
Методы определения элементного состава
Для определения элементного состава объектов судебной экс- пертизы используют методы атомной спектроскопии, рентгено флу- оресцентный анализ и электронно-зондовый микроанализ. Выбор метода зависит от задач, поставленных перед экспертом. Эти мето- ды не являются взаимозаменяемыми, т. к. они отличаются по чув- ствительности на отдельные элементы, по воздействию на объект, по скорости проведения анализа. В связи с этим не исключена воз- можность одновременного использования данных методов при ис- следовании одного объекта экспертизы
1
7.1. Основные теоретические положения спектроскопии
Современные спектроскопические методы являются основны- ми при установлении строения вещества.
Методы спектроскопии
используют для установления эле- ментного и молекулярного состава и структуры вещества. Преи- муществом спектральных методов является возможность прове- дения анализа за относительно короткий промежуток времени на небольшом количестве вещества.
Спектроскопические методы основаны на взаимодействии света (электромагнитного излучения) с веществом, приводя- щим к различным энергетическим переходам — электронным колебательным, вращательным, а также переходам, связанным с изменением направления магнитного момента (спина) элект- ронов или ядер
2 1
Вещественные доказательства: Информационные технологии процессуаль- ного доказывания / Под ред. В. Я. Колдина. М.: Норма, 2002. С. 572.
2
Основы аналитической химии: Учебник для вузов. Кн. 2. Методы химиче- ского анализа. С. 199.
96Лекция 7 Электромагнитное излучение представляет собой вид энергии и вклю- чает видимый свет, тепловое, рентгеновское, ультрафиолетовое и радио- излучение (
рис. 18).
Рис. 18. Электромагнитное излучениеРаспространение электромагнитного
излучения представляют как волновой процесс, характеризующийся скоростью распростра- нения, частотой
ν
, длиной волны и амплитудой волны.
Основные характеристики электромагнитного излучения:• длина волны
λ
— это расстояние, пробегаемое волной за один полный период;
• волновое число (величина обратно пропорциональная дли- не волны) — число полных волн данной длины, укладывающихся на одном сантиметре;
• частота колебаний — это отношение скорости света к длине волны.
Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом характеризуется спектром.
Спектр — зависимость количества поглощенной или излученной сис- темой энергией от длины волны или другого параметра (электромагнит- ное излучение, разложенное по длинам волн, частотам переходов или по энергиям).
977.1. Основные теоретические положения спектроскопииСогласно квантовой механике, свет представляет собой поток частиц, называемых квантами или фотонами. Энергия каждого кван- та определяется длиной волны излучения. В основном энергетиче- ском состоянии электроны в атоме занимают самые нижние энер- гетические уровни, располагаясь на них в соответствии с законами квантовой механики. При поглощении кванта энергии электрон переходит из основного состояния в более высокое, возбужденное, при этом энергия кванта должна точно соответствовать разности соответствующих энергетических уровней. Переход из возбужден- ного состояния в основное сопровождается испусканием кванта, или, иначе говоря, излучением света определенной длины. Каждо- му возможному переходу между уровнями энергии соответствует определенная спектральная линия, характеризующаяся в спектре определенной частотой
ν
или длиной волны
λ
перехода. Число спектральных линий в спектре определяется числом возможных электронных переходов в атоме.
При образовании молекулы электроны атомов занимают новые положения, появляются новые энергетические уровни. Атомы в мо- лекуле могут колебаться и вращаться вокруг связей, и это приво- дит к возникновению около электронных уровней молекулы коле- бательных и вращательных подуровней.
Каждый электрон в молекуле, как и в атоме, занимает самый ниж ний энергетический уровень, при этом молекула находится в основном состоянии. Приобретая энергию, электрон переходит на более высокий энергетический уровень — другими словами, пе- реходит в возбужденное состояние.
Поскольку в молекулах каждое основное и возбужденное со- стояние
разбивается на ряд энергетических подуровней, спектры молекул являются, как правило, полосатыми, а спектры атомов из-за отсутствия колебательных подуровней довольно простые, линейчатые.
Воздействие электромагнитного излучения различной спек- тральной области (длины волны) с веществом характеризует раз- личные внутриатомные и внутримолекулярные переходы.
Электронные спектры (
рис. 19)
1
обусловлены переходом элек- тронов наружных оболочек атомов с одного энергетического уров-
1
URL: www.intuit.ru / studies / courses / 590 / 446 / lecture / 9940? page=3
98Лекция 7 ня на другой. Эти спектры занимают видимую и УФ-области.
При переходе электронов в основное состояние происходит испу- скание света — флуоресценция.
Скачать 2.52 Mb.