Идентификация волокон является ключевой задачей в криминалистике, текстильной промышленности и материаловедении. От скорости и точности определения состава волокнистого материала зависят качество входного контроля сырья, результаты экспертиз вещественных доказательств и исследования новых материалов.
Существующие методы, такие как анализ горения в пламени или сложная лабораторная спектроскопия, зачастую требуют много времени, дорогостоящего оборудования или большого количества образца, что делает их неприменимыми для экспресс-анализа и работы с микроколичествами.
Российские ученые Роман Медведев и Андрей Селезнёв разработали и запатентовали новый способ идентификации волокон, который лишен этих недостатков. Изобретение (патент RU 2025 114 665 A) позволяет проводить анализ быстро, безопасно и с использованием доступного оборудования.
Полимерное волокно идентифицируется воздействием сфокусированного луча непрерывного лазера с длиной волны 380–450 нм и мощностью не более 5 мВтИзображение: Роман Медведев, Андрей Селезнёв
«Выполняя работы по идентификации различных волокон, мы столкнулись с проблемой, что многие методы требуют большого времени, дорогостоящего оборудования, например, которые прописаны в ГОСТ Р 56561–2015. Но, к сожалению, на многих предприятиях нет ни времени, ни дорогостоящего оборудования для определения типа волокон. А это очень важно. Например, при переработке вторичных полимерных отходов необходимо определить тип волокна, чтобы правильно подобрать технологические режимы. Поэтому я искал способы быстрого и качественного определения типа материала. А поскольку обладаю хорошими знаниями как в полимерных технологиях, так и в оптике и даже получено несколько патентов, то я решил попробовать использовать лазерное излучение для идентификации нитей. И это удачно получилось», — объяснил мотивацию разработки Роман Медведев.
В отличие от стандартных методов, требующих макроколичеств материала (более 0,1 г) или сопряженных систем стоимостью в миллионы рублей, новая технология основана на кратковременном воздействии низкоэнергетическим лазерным излучением.
Суть нового метода, как пояснили разработчики, заключается в следующем. Исследуемое волокно (или его фрагмент массой от 0,00002 г) размещают на инертной подложке. Затем на участок волокна в течение 0,1–2 секунд воздействуют сфокусированным лучом непрерывного лазера с длиной волны 380–450 нм (оптимально — 405 нм) и мощностью не более 5 мВт. Выбор этого диапазона обусловлен тем, что именно в нем большинство органических и синтетических полимеров имеют пики максимального поглощения.
Результат взаимодействия наблюдают визуально (с помощью лупы или микроскопа) или инструментальными методами. Тип волокна определяют по характерным признакам:
- Характер оплавления: полиамид (нейлон) образует прозрачный шарик, полиэстер — темный с выделением черного дыма.
- Изменение цвета: хлопок обугливается до черного цвета, шерсть спекается до темно-серого.
- Дымообразование и запах: наличие сладковатого запаха и черного дыма характерно для полиэстера, резкий запах аминов — для полиамида (нейлона).
Для повышения надежности анализа, особенно при работе со смесями волокон, газообразные продукты взаимодействия могут быть отобраны и проанализированы с помощью газовой хроматографии или масс-спектрометрии. Это позволяет обнаружить специфические маркеры (например, стирол для полиэстера или капролактам для нейлона), что делает идентификацию однозначной.
По мнению авторов разработки, ключевые преимущества нового способа — безопасность (исключено использование открытого пламени и мощных лазеров, способных повредить образец или нанести вред оператору), скорость (весь процесс анализа занимает от нескольких секунд до пары минут), чувствительность (метод позволяет идентифицировать микроколичества волокнистого материала массой от 20 мкг, что критически важно для криминалистической экспертизы единичных волокон) и доступность, так как для реализации способа требуются недорогие и широко доступные диодные лазеры и простая оптическая система.
Патент RU 2025 114 665 A на изобретение «Способ идентификации волокон» зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ (Решение о выдаче патента от 20.11.2025). Авторами разработки являются Медведев Роман Петрович и Селезнёв Андрей Андреевич.