УФ- и ИК- осветители, меточные средства

Исследование документов при их облучении в оптическом диапазоне электромагнитных волн – один из наиболее эффективных способов определения подделок документов в оперативных условиях.

Волны оптического спектра имеют длину от 10 до 1¸2·10⁶ нм и делятся на три основные области – ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную (рис. 4.29). Ультрафиолетовая область спектра лежит между видимой областью и гамма излучением. Она подразделяется (рис. 4.30) на крайний ультрафиолет (10 – 200 нм), далекий ультрафиолет (200 – 300 нм), и ближний ультрафиолет (300 – 370 нм).

Микро-

Рентген волны

Космические лучи

Гамма- лучи УФ ИК Радио

Видимый

10^-12 10^-9 10^-6 10^-3 1 10³ 10⁶

Длина волны, м

Частота, Гц

10²⁴ 10²¹ 10¹⁸ 10¹⁵ 10¹² 10⁹ 10⁶ 10³ 1

Рис. 4.29. Спектр волн

Инфракрасная область делится на четыре основные области: ближнее инфракрасное (740 – 1500 нм), среднее инфракрасное (1500 – 6000 нм), дальнее инфракрасное (6000 – 40000 нм) и крайнее инфракрасное (40000 – 10⁶ нм) излучение.

Коротковолновая часть спектра примыкает к видимому свету, а длинноволновая сливается с областью ультракоротких радиоволн. Поэтому инфракрасное излучение обладает как свойствами видимого света (распространяется прямолинейно, отражается, преломляется как и видимый свет), так и свойствами радиоволн (оно может проходить сквозь некоторые материалы, непрозрачные для видимого излучения). Заметим, что любое нагретое тело излучает электромагнитные волны, в основном в ИК- диапазоне (до 70-80%).

Рис. 4.30. Спектр волн в диапазоне 10 – 10⁶ нм

Видимая область спектра, в котором видит человек, занимает диапазон от 370 до 770 нм. В ней можно выделить поддиапазоны излучений разного цвета – фиолетовый (370 –455 нм), голубой (4555 – 492 нм), зеленый (492 – 577 нм), желтый (577 – 597 нм), оранжевый (597 – 622 нм), красный (622 – 770 нм).

К инфракрасному относят излучение в диапазоне длин волн от ~ 740 нм до 1-2 мм.

Исследование документов и атрибутов таможенного обеспечения в невидимых, не воспринимаемых человеческим глазом лучах, к которым относятся ультрафиолетовые лучи (УФ- лучи) и инфракрасные лучи (ИК- лучи), является достаточно эффективным средством проверки их подлинности и целостности, т.к. оптические свойства веществ в этих лучах (коэффициенты рассеивания, отражения и пропускания) отличаются от их свойств в видимом свете.

Применение приборов на основе УФ –излучений основано на физическом явлении, которое называют люминесценцией. Многие вещества обладают свойством люминесценции, т.е. способны светиться в видимом для человеческого глаза диапазоне оптического излучения при воздействии внешнего источника энергии, причем излучение самого источника может находиться в невидимом для человека диапазоне волн. Под влиянием воздействия внешнего источника электроны вещества, получив дополнительную энергию, начинают перемещаться с одной электронной орбиты на другую. При этом они испускают кванты «лишней» энергии в видимом диапазоне частот. Частота излучения зависит от состава вещества. В свою очередь, цветовые ощущения глаз зависят от частоты излучения (см. рис. 4.30). Если излучение прекращается сразу же после прекращения внешнего воздействия, то такая люминесценция называется флуоресценцией.

УФ- лучи в спектре электромагнитных волн занимают интервал длин волн до 10 миллимикрон (нанометров, нм) до 370-400 нм и для человека они невидимы. Однако, воздействуя на вещество они могут вызывать люминесценцию в видимом для человеческого глаза диапазоне оптического излучения. Использование УФ- лучей, в ряде случаев, позволяет различать материалы, имеющие одинаковый внешний вид при наблюдении в видимом свете, но разный химический состав. Из-за различного химического состава по-разному люминесцируют некоторые сходные, близкие по цвету красители, а также места вытравливания записей. Это свойство, в частности используется для защиты банкнот (например, в банкнотах $100 и $50 защитная полоса в УФ- лучах светится разным цветом).

Для обеспечения высокого уровня защиты банкнот и ценных бумаг применяются специальные краски, чувствительные к УФ- лучам. Так, применяются фотохромные краски, обратимо меняющие свой цвет под воздействием ультрафиолетовых лучей, термохромные краски, меняющие свой цвет под воздействием температуры, люминесцентные краски и лаки, которые дают изображение, видимое только в ультрафиолетовом освещении, метамерные пары красок, обладающих приблизительно одинаковыми характеристиками в видимой, но сильно различающимися в инфракрасной части спектра.

Для создания УФ- лучей используют ультрафиолетовый осветитель, представляющий собой наполненную инертным газом (например, аргоном) кварцевую колбу, на внутреннюю поверхность которой нанесено небольшое количество распыленной ртути. В колбу вмонтированы электроды. При подаче на электроды напряжения между ними возникает ток, который представляет собой поток электронов. Они взаимодействуют с атомами ртути, в результате чего образуется поток квантов, имеющий наибольшую интенсивность в области УФ- лучей. Поскольку обычное стекло в значительной степени поглощает УФ- лучи, то колбу делают, как правило, из кварца или специального вида стекла, хорошо поглощающих излучение в видимом диапазоне волн и плохо – в диапазоне УФ- лучей.

Для контроля ультрафиолетовых меток в таможнях широко применяют различные фонари. Имеются комбинированные фонари, в которых, переключая лампы, можно создавать обычное и ультрафиолетовое освещение.

Заметим, что, используя фильтры из цветного стекла, можно получать световой поток с повышенным УФ – излучением и от обычной лампы. Так, для медицинских целей используют обычные лампы с колбой из синего стекла, что позволяет получать световой поток с повышенным УФ – излучением (частота излучения синего «цвета» находится на границе частот УФ- лучей и видимого света).

Для простановки меток, которые не видно в обычном свете, но можно увидеть при воздействии УФ- лучей, промышленность выпускает специальные наборы средств: «Марка-М», «Люминограф» (рис. 4.31) и др. Они включают специальные вещества и средства нанесения меток. Для нанесения меток могут применяться фломастеры, штампы, кисточки. Некоторые наборы имеют баллончики для аэрозольного нанесения вещества на защищаемые элементы, средства для смывания меток. Маркировка выявляется по люминесценции идентификационного вещества, возбуждаемой ультрафиолетовым излучением. Чаще всего применяются вещества, которые под воздействием УФ- лучей светятся красным, зеленым или синим цветом. Длина волны ультрафиолетового излечения вызывающего люминесценцию следа фломастера- 365 нм или 254 нм.

Набор «Люмограф» позволяет наносить специальный порошок, обеспечивающий возможность установления факта контакта рук или предметов с обработанной порошком поверхностью.

Рис. 4.31. Комплект «ЛЮМОГРАФ-1»: а) в сборе, б) фломастер

В качестве источников ИК- излучения используются лампы накаливания с вольфрамовой нитью накаливания, газоразрядные лампы, специальные светодиоды и лазеры. ИК- излучение лежит в диапазоне частот 770-10⁶ нм и невидимо для глаз человека. Светодиодные источники излучения используют полупроводники на основе галлия. Чаще всего это арсенид галлия (GaAs), фосфид галлия (GaP), галлий-мышьяк-фосфор (GaAsP). При прохождении тока через полупроводниковый переход происходит рассеивание энергии. Часть ее превращается в тепло, а часть- излучается. В зависимости от полупроводника получается тот или иной спектр излучения.

Приемники ИК–излучения обычно используют в качестве чувствительного элемента вещество, которое изменяет температуру или создает ток под воздействием излучения в ИК- диапазоне. По спектрам испускания и поглощения ИК- излучения можно даже определять структуры молекул и электронных оболочек атомов исследуемого вещества.

Режим исследования в инфракрасной части спектра применяется при исследовании полиграфии объекта и основан на различиях в оптической плотности красящих веществ в видимом и ИК- диапазонах. ИК- лучи отражаются и поглощаются в иных количественных соотношениях, чем лучи видимой области. Так, краски на основе минеральных составляющих (анилиновых красителей) прозрачны для ИК- лучей в отличие от красок на основе графита и металлопорошков. Это позволяет обнаруживать дописки и дорисовки, читать под пятнами, закрывающими текст, если они сделаны разными по «прозрачности» для ИК- лучей красками. При исследовании документов в отраженных ИК- лучах могут быть выявлены обесцвеченные тексты, выполненные красками хорошо поглощающими такие лучи.

ИК- лучи обладают свойством проникать через тонкие слои бумаги и некоторых веществ. Исследование в проходящих ИК- лучах, позволяют обнаруживать тексты, залитые позднее красителем или перекрытые (заклеенные) бумагой. Можно, например, прочитать текст под фотографией или между слоями бумаги. Заметим, что под фотографией на бланке обычно имеются типографские знаки (текст, рамка, узор), которые при переклейке фото частично уничтожаются, что позволяет обнаружить факт переклейки.