2.9. Свойства ультрафиолетовых и инфракрасных лучей
2.9.1. Исследование документов при их облучении в оптическом диапазоне электромагнитных волн – один из наиболее эффективных способов определения подделок документов, денежных знаков и акцизных марок в оперативных условиях.
В таможенных органах применяется ряд приборов, ориентированных на выявление подделок в оптическом диапазоне электромагнитных волн. Обычно в них смонтировано несколько различных источников освещения, позволяющих облучать исследуемый объект в различных диапазонах видимого света, ИК- и УФ-лучей. Особо следует выделить возможности приборов для исследований в области различных УФ- и ИК-частот. Зачастую только с их помощью можно выявить подмены бланков, дописки и допечатки, наличие специальных защитных признаков, подделки с использованием ксероксов и струйных принтеров.
2.9.2. Волны оптического спектра имеют длину от 10 до 1–2·106 нм и делятся на три основные области – ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную (рис. 2.20).
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 (455–492 нм), зеленый (492–577 нм), желтый (577–597 нм), оранжевый (597–622 нм), красный (622–770 нм).
С целью защиты от подделок бланки документов (банкноты, ценные бумаги) могут иметь участки (рисунки, тексты), выполненные краской, поглощающей лучи определенной частоты видимого диапазона (например, соответствующих зеленому). Тогда при облучении бланка волнами соответствующей частоты и визуальном просмотре изображения объекта такие участки не будут видны.
2.9.3. Ультрафиолетовая область спектра лежит между видимой областью и гамма-излучением. Она подразделяется на крайний ультрафиолет (10–200 нм), далекий ультрафиолет (200–300 нм) и ближний ультрафиолет (300–370 нм).
2.9.4. 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.
Рис. 2.20. Спектр волн в диапазоне 10–106 нм
Инфракрасное излучение обладает как свойствами видимого света (распространяется прямолинейно, отражается, преломляется, как и видимый свет), так и свойствами ультракоротких 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%).
2.9.5. Обнаружение подделок с использованием УФ- и ИК-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 воздействием внешнего источника энергии электроны вещества получают дополнительную энергию и начинают перемещаться с одной электронной орбиты на другую. При этом они испускают кванты «лишней» энергии в видимом диапазоне частот. Если излучение прекращается сразу же после прекращения внешнего воздействия, то такая люминесценция называется флуоресценцией. УФ- и ИК-лучи, хотя сами и невидимы человеком, воздействуя на вещества, могут вызывать люминесценцию в видимом для человеческого глаза диапазоне оптического излучения. Частота видимого излучения при люминесценции зависит от состава вещества. Известно, что цветовые ощущения глаз зависят от частоты излучения (см. рис. 2.20), поэтому в зависимости от химического состава облучаемого вещества будут изменяться цветовые ощущения человека.
При подделках часто используются другие по составу бумага, чернила или краски, свечение которых отличается от подлинных. Из-за различного химического состава по-разному люминесцируют некоторые близкие по цвету красители, а также места вытравливания записей. Использование УФ- и ИК-лучей позволяет различать материалы с разным химическим составом, имеющие одинаковый внешний вид в лучах видимого света. Более того, для повышения уровня защиты банкнот и ценных бумаг зачастую применяются специальные краски, чувствительные к УФ- и ИК-лучам (см. рис. 2.21).
Рис. 2.21. ИК-анализ: подлинная банкнота в 20 евро (слева) и поддельная (справа)
2.9.6. Для создания УФ-лучей используют особый ультрафиолетовый осветитель. Он представляет 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.
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). Все чаще в качестве источников УФ-лучей используются специальные светодиоды на полупроводниковых кристаллах, например InGaN на подложках из карбида кремния. Их главные достоинства – малые размеры и энергопотребление.
2.9.7. В качестве источников ИК-излучения используются лампы накаливания с вольфрамовой нитью, газоразрядные лампы, специальные светодиоды и лазеры. ИК-излучение лежит в диапазоне частот 770–106 нм и невидимо для глаз человека. Светодиодные излучатели используют полупроводники на основе галлия. Чаще всего это арсенид (GaAs) или 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.
2.9.8. 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.