СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ПОДДЕЛКИ И КОНТРОЛЯ ПОДЛИННОСТИ ИЗДЕЛИЙ
METHOD FOR PROTECTION FROM FORGERY AND CHECKING AUTHENTICITY OF ARTICLES

Изобретение относится к средствам хранения информации, предназначенных для защиты от подделок ценных бумаг, этикеток, тар и упаковок, жидкостей и других аналогичных изделий массового производства, контролируемых с помощью специальных приборов в ходе выборочных контрольных проверок за оборотом продукции, а также розничными сетями и конечным потребителем.
Современная практика применения защитных технологий условно выделяет три основные формы защиты: объявленные, сертифицированные и скрытые. Каждая из этих основных групп защитных технологий предназначена и работает на определенный уровень контроля потребителя, производителя и соответствующих государственных структур. Объявленная защита подразумевает наличие необходимой потребителю информации для принятия решения о подлинности того или иного продукта. Такой информационной поддержкой, например, служит реклама. Среди других весьма наглядных методов открытой идентификации товаров можно выделить высокотехнологичные деметаллизированные голограммы на прозрачных основах. Применение открытых форм защиты от фальсификации и нелегального товарооборота требует постоянного и широкого рекламного сопровождения и законодательной поддержки. Сертифицированные средства маркировки товаров - это комплекс скрытых и видимых технических мер защиты от фальсификации, технология применения и способ контроля которых известны только производителю продукции и/или владельцу товарной марки. Наличие и описание таких защитных мер, как способ их идентификации, может быть коммерческой тайной производителя (владельца товарной марки) или частично раскрыт им в сертификате защищенности продукта. К этим способам относятся в первую очередь различные полиграфические технологии (водяной знак, микротекст, термо- и фотохромные добавки в красители), особые виды бумажных материалов для этикеток, скрытые способы маркировки продукции. Применяются и скрытые способы занесения и считывания информации, заложенные в видимые защитные технологии - микротекст в голограммах, скрытый штрихкод, специальные способы полиграфической печати. Данные виды защиты, как правило, контролируются с помощью специальных приборов в ходе выборочных контрольных проверок за оборотом продукции.
Для физико-химической защиты от подделок ценных бумаг (RU 2254354 С1, 20.06.2005) применяют как однократное, так и многократное нанесение на объект одной или нескольких по составу кодирующих композиций без перекрывания их в пространстве, либо в виде пересекающихся в различных последовательностях штрихов. Для чего используют две или несколько композиций в пересекающихся штрихах, различающиеся комбинационным рассеянием (КР) активных компонентов. Распознавание взаимно маскированных КР- и ИК-активных компонентов осуществляют методом КР-спектроскопии в ближнем ИК-диапазоне за счет изменения длины волны возбуждения спектров либо вариациями интенсивности и формы спектров ближней ИК-флюоресценции. Данный способ повышает информационные емкости системы защиты за счет повышения многообразия дифференцируемых компонентов. При этом недостатком данного способа является узкая область применения, а именно защита документов на бумажной основе.
Повышение эффективности защиты ценных бумаг (RU 2160928 С2, 20.12.2000), в том числе с использованием признаков с низким и высоким уровнем защиты, осуществляется введением в банкноту субстрата, имеющего признак защиты в или на одной области субстрата. Каждый признак с высокой степенью защиты представлен однородной смесью из, по меньшей мере, двух компонентов, проявляющих различные обнаруживаемые специфические характеристики. Данный способ также предназначен для защиты только ценных бумажных носителей.
Из уровня техники известна система маркировки углеводородной текучей среды, протекающей от источника к месту назначения (RU 2302000 С2, 27.06.2007), содержит датчик для определения свойств текучей среды, регулятор расхода маркера для впуска заданного количества маркера в текучую среду из источника маркера. Свойство текучей среды выбрано из группы, включающей температуру, расход, вязкость, плотность и концентрацию. К датчику и к регулятору подключен процессор, который определяет заданное количество вводимого маркера (в частном случае разбавленного) в соответствии со свойством текучей среды и заданной концентрацией маркера в текучей среде и управляет регулятором маркера. Изобретение позволяет идентифицировать нефть, бензин, керосин, различные виды топлива для оценки сохранения исходного качества (разбавления, подделки), разлива или утечки жидких углеводородов из трубопроводов, танкеров или хранилищ. Недостатком данной системы являются большие временные затраты для реализации указанного способа.
Известен способ хранения и кодирования информации (US 2011049239 A1, 03.03.2011), где используют смеси металлических нанокластеров с красителями и другими комбинационно-активными веществами. Способ чтения и декодирования хранимой информации осуществляется путем измерения спектров КРС. Для кода используют множество точек или маркеров, каждый из которых состоит из смеси двух или более комбинационно-активных веществ, нанесенных в разных пропорциях на объект. Количество вещества в смеси и относительное количество каждого вещества в смеси кодируется каждой точкой, несущей информацию. С помощью сканирования последовательности точек на объекте информация, хранящаяся в последовательности, может быть прочитана и расшифрована. Недостатком данного способа является отсутствие изменения кодирующей информации под воздействием различных химических и физических факторов, позволяющих судить о правильном хранении, транспортировке и сохранении исходного качества.
Ближайшим аналогом для заявленного способа является способ защиты от подделки и контроля подлинности изделий (RU 2379757 С1, 20.01.2010), который включает формирование на изделии защитного средства заданной структуры, выполненное с возможностью контроля наличия и подлинности упомянутого средства физическим методом анализа, детектирование параметров определенных информативных признаков в отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие с последующим автоматическим сопоставлением зарегистрированных признаков с эталонными значениями, заложенными в памяти средства детектирования. Недостатком данного способа также является отсутствие изменения кодирующей информации под воздействием различных химических и физических факторов, позволяющих судить о правильном хранении, транспортировке и сохранении исходного качества.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа защиты от подделки и контроля подлинности как ценных изделий, так и любых товаров широкого потребления с высокой степенью защиты, а также текучих сред (например, нефть, бензин, керосин).
Техническим результатам настоящего изобретения является снижение стоимости изготовления защитных меток как для ценных изделий, так и товаров широкого потребления при обеспечении высокой степени защиты от подделки, а также появление возможности хранения расширенной информации о данном изделии, например условий хранения, возможность датирования изделия и проверки на истечение срока годности.
Способ защиты от подделки и контроля подлинности изделий включает формирование на изделии защитного средства заданной структуры, выполненное с возможностью контроля наличия и подлинности упомянутого средства физическим методом анализа, детектирование параметров определенных информативных признаков в отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие с последующим автоматическим сопоставлением зарегистрированных признаков с эталонными значениями, заложенными в памяти средства детектирования. В качестве физического метода используют рамановскую спектроскопию, в качестве защитного средства используют само изделие, упаковку или участок изделия или его упаковки, на которые наносят или вносят химические вещества в виде метки, и контроль наличия и подлинности защитного средства осуществляют путем регистрации спектров комбинационного рассеяния света и спектров флюоресценции молекул химических веществ в виде метки в процессе возбуждения этих спектров в проверяемом защитном средстве источником монохроматического излучения рамановским спектрометром и сравнения их с эталонными. При этом метка содержит химическую добавку, в которой использованы вещества, химический состав которых изменяется с течением времени и/или под определенным типом воздействия. В случае изменения состава и концентрации химических веществ, входящих в состав указанной метки, делают вывод о том, что защищаемое изделие подвергалось изменению или было подменено.
В предпочтительном варианте, изменение метки вызвано разбавлением защищаемого изделия.
В предпочтительном варианте, в химической добавке метки использовано несколько химических веществ с различными временами изменения состава и/или подверженных изменению при разных типах воздействия.
В предпочтительном варианте, воздействие представляет собой свет, и/или температуру, и/или влагу, и/или нагрев, и/или радиоактивное излучение.
В предпочтительном варианте, одно из веществ, входящих в состав метки, является серосодержащим, например меркаптан.
В предпочтительном варианте, метка представляют собой одно-, двух- и трехмерное изображение, и/или одномерный или двумерный штрихкод (аналогичный, например линейному штрихкоду, или матричному, такому как QR-код, Aztec Code и т.п.). Отдельные элементы изображения могут иметь различный химический состав, а чтение такой метки осуществляют измерением спектров одного или нескольких элементов изображения. Взаимное расположение элементов изображения и/или порядок нанесения перекрывающихся элементов изображения являются частью химического паспорта подлинности изделия.
В предпочтительном варианте, для увеличения чувствительности рамановской спектроскопии используют ее модификации: поверхностно-усиленное комбинационное рассеяние света, гигантское комбинационное рассеяние света, резонансное комбинационное рассеяние света или вынужденное комбинационное рассеяние света.
В предпочтительном варианте, при измерении спектра флюоресценции и спектров комбинационного рассеяния света молекул химических веществ метки, образец или проба изделия помещается на усиливающую подложку, содержащую структуры, усиливающие рамановское рассеяние, или смешиваются с препаратом, содержащим наночастицы металла.
В предпочтительном варианте, структура, усиливающая рамановское рассеяние, представляет собой порошок наночастиц или специальную SERS-подложку, встроенные в метку.
В предпочтительном варианте, одним из компонентов усиливающей структуры является серебро.
В предпочтительном варианте, метка содержит одно вещество, обладающее высокой адгезией к усиливающей структуре.
В предпочтительном варианте, вещества, составляющие метку, наносятся на изделие в составе лакокрасочного покрытия.
В предпочтительном варианте, вещества, составляющие метку, вносятся в состав тары или упаковки изделия.
В предпочтительном варианте, метка может содержать один или несколько элементов, предназначенных для ориентации, позиционировании и анализа положения метки в приборе. Указанные элементы обнаруживаются и считываются посредством детектирования флюоресценции и комбинационного рассеяния света.
В предпочтительном варианте, при сравнении спектров флюоресценции и комбинационного рассеяния света проверяемого защитного средства с эталонными учитываются положения, интенсивности и форма спектральных линий; соотношения интенсивностей линий веществ, составляющих метку или линий, принадлежащих одному веществу из состава метки между собой; соотношения интенсивностей линий веществ метки и спектральных линий веществ, входящих в состав защищаемого товара; зависимость спектров от длины и мощности возбуждающего излучения, угла наблюдения и температуры; длительность и характер послесвечения.
Изобретение иллюстрируется чертежами.
Фиг.1 представляет блок-схему рамановского спектрометра, используемого для регистрации и идентификации защитных меток на изделиях.
Фиг.2 представляет фоновый спектр комбинационного рассеяния света изделия (в качестве которого используется этиловый спирт) без защитной метки.
Фиг.3 представляет спектр комбинационного рассеяния света этилового спирта с защитной меткой (rhodamin 6g).
Фиг.4 представляет спектр этилового спирта с защитной меткой, разбавленный контрафактным в пропорции 1:1.
Фиг.5 представляет спектр этилового спирта с защитной меткой, разбавленный контрафактным в пропорции 1:3.
Способ защиты от подделки и контроля подлинности изделий осуществляется следующим образом.
На изделие, например на самоклеющуюся этикетку для алкогольной продукции, или в материал, из которого изготовлена тара, наносят ряд пятен, каждое из которых содержит вещество или смесь веществ, обладающих яркими линиями в спектре комбинационного рассеяния света. Вещества могут быть нанесены как отдельно, так и в составе лакокрасочного покрытия.
В ряде случаев вещества могут быть введены непосредственно в состав защищаемого изделия. Низкий предел обнаружения рамановской спектроскопии позволяет использовать малые концентрации веществ, не приводящие к ухудшению потребительских качеств изделия.
На первом этапе осуществления способа защиты и подделки и контроля подлинности изделий измеряют фоновый спектр участка изделия или его упаковки, на который планируется поместить защитную метку, после чего определяют диапазон энергий излучения комбинационного рассеяния света и флюоресценции с минимальным уровнем фона. В зависимости от требуемой степени защиты изделия выбирают количество вводимых в добавку химических веществ, обладающих набором ярких линий в спектре комбинационного рассеяния света в области энергий с минимальным уровнем фона, и задают их концентрации. Сформированный состав добавки наносят на изделие или его упаковку или вводят в состав изделия. После регистрации флюоресцентного спектра и спектра комбинационного рассеяния света нанесенной на изделие защитной метки их характеристики заносятся в память входящего в комплект спектрометра компьютера.
Контроль наличия и подлинности защитного средства осуществляется рамановским спектрометром.
Устройство простейшего рамановского спектрометра показано на фиг.1,
где 1 - полупроводниковый лазер в качестве источника монохроматического излучения,
2 - интерференционный узкополосный фильтр, отрезающий побочные излучения лазера "laser line filter",
3 - дихроичное зеркало,
4 - высокоапертурный объектив,
5 - интерференционный фильтр, пропускающий длинноволновое излучение и отражающий излучение возбуждающего лазера "long-pass filter" или фильтр, вырезающий излучение лазера "notch filter",
6 - линза (система линз), собирающая сигнал на пинхоле или входной щели монохроматора,
7 - пинхол или входная щель монохроматора,
8 - монохроматор,
9 - светочувствительный детектор (ПЗС, КМОП, линейка фотодиодов и т.п.), подключенный к встроенному в прибор миниатюрному компьютеру или к внешнему модулю обработки информации,
10 - встроенный компьютер или внешний модуль обработки.
Рамановский спектрометр работает следующим образом: излучение полупроводникового лазера (1) проходит через узкополосный фильтр (2) и падает на дихроичное зеркало (3).
Граничная длина волны дихроичного зеркала подобрана таким образом, чтобы излучение лазера практически полностью отражалось зеркалом, а излучение с большей длиной волны проходило через него без отражения. Таким образом лазерный луч, отразившись от дихроичного зеркала, падает на объектив (4). В фокальной плоскости объектива помещено изделие, упаковка или участок изделия или его упаковки, на которые нанесены или внесены химические вещества в виде метки.
Точка, в которую собирается возбуждающее излучение, одновременно является источником сигнала комбинационного рассеяния света. Таким образом, источник сигнала автоматически оказывается в фокусе объектива.
В объективе используется высокоапертурная оптика, позволяющая сфокусировать излучение лазера в пятно минимально возможного размера, а также собрать максимальное количество рассеянного излучения. Высокая апертура объектива позволяет собрать сигнал с большого телесного угла и тем самым увеличить чувствительность анализатора. Сколлимированный объективом оптический сигнал падает на дихроичное зеркало. Поскольку длины волн стоксовых линий комбинационного рассеяния больше длины волны возбуждающего лазера и граничной длины волны дихроичного зеркала, то интересующий нас сигнал проходит через зеркало практически без отражения.
При измерении спектра комбинационного рассеяния необходимо очистить исследуемый оптический сигнал от доминирующего релеевского рассеяния с длиной волны, совпадающей с длиной волны возбуждающего лазера.
В рамановском спектрометре, с помощью которого осуществляется предлагаемый способ, сигнал фильтруется дважды: дихроичным зеркалом (3) и фильтром длинных волн (либо Notch-фильтром) (5). Причем, чем уже ширина переходного участка коэффициента пропускания фильтра, тем ближе при измерениях можно приблизиться к линии лазера, а значит более полно измерить спектр комбинационного рассеяния в области малых рамановских сдвигов.
Очищенный сигнал фокусируется на пинхоле 7 колиматором 6. Пинхол используется для пространственной фильтрации и увеличения пространственного разрешения спектрометра. Полученный световой сигнал с помощью дополнительной системы линз или оптоволоконной ленты направляется в щель монохроматора (8) спектрального анализатора (9). Спектры, полученные на светочувствительном детекторе анализатора (9), затем преобразуются в цифровую форму и передаются в компьютер (10), где они обрабатываются.
Для получения дополнительной информации о веществах, входящих в состав метки и защищаемого изделия (а значит повышения уровня защиты или объема хранимой в метке информации), спектрометр может быть усовершенствован:
1) схема возбуждения может включать несколько лазеров для снятия спектров при разной длине волны возбуждающего излучения;
2) схема возбуждения может включать оптический затвор или импульсный лазер, а схема регистрации может быть укомплектована оптическим затвором или электроникой, позволяющей получать спектры с временным разрешением. Характер послесвечения некоторых веществ является важной идентификационной характеристикой;
3) схема может быть дополнена оптическими элементами для вращения и анализа поляризации света для измерения спектров комбинационного рассеяния света и флюоресценции в разных поляризациях;
4) измеряемый сигнал может быть промодулирован тем или иным способом (например, периодической модуляцией мощности возбуждающего излучения, его длины волны или поляризации), тогда при использовании в схеме регистрации демодулятора можно существенно улучшить соотношение сигнал/шум;
5) сигнал флюоресценции зачастую во много раз превышает сигнал комбинационного рассеяниях света. Это может приводить к нежелательным последствиям при регистрации спектра с помощью светочувствительного детектора. Так, например, в ПЗС это приводит к зашкалу в некоторых пикселях детектора и «растеканию» заряда по пикселям детектора. Для уменьшения подобного эффекта в спектрометре могут быть предусмотрены дополнительные управляемые затворы, шторки, диафрагмы и апертуры, препятствующие попаданию света от яркой спектральной линии на детектор. При необходимости они могут быть установлены или убраны с помощью управляющей электроники для снятия всего или части спектра;
6) рамановский спектрометр может быть объединен в одну оптическую схему с обычным или флюоресцентным микроскопом. При этом становится возможным помимо измерения спектра комбинационного рассеяния и флюоресценции вещества в точке фокуса рамановского микроскопа наблюдать общее изображение предмета. Такое усовершенствование может быть крайне полезным для совмещения, позиционирования и анализа ориентации метки в приборе.
В химической метке могут быть использованы вещества, химический состав которых изменяется с течением времени. В частном случае в метке используют несколько веществ с различными временами изменения состава. Изменение метки вызвано разбавлением защищаемого изделия.
В случае изменения состава и концентрации веществ, входящих в состав указанной метки, делают вывод о том, что защищаемое изделие подвергалось изменению или было подменено.
Вещества, использованные в метке, подвергаются изменению под определенным типом воздействия. Воздействие представляет собой свет, и/или температуру, и/или влагу, и/или нагрев, и/или радиоактивное излучение. Вещества, входящие в состав метки, могут быть подвержены изменению при различных типах воздействия.
В предлагаемом изобретении химическая метка может представлять собой одно-, двух- и трехмерное изображение, и/или одномерный или двумерный штрихкод (аналогичный, например, линейному штрихкоду, или матричному, такому как QR-коду, Aztec Code и т.п.). При этом отдельные элементы изображения могут иметь различный химический состав, а чтение такой метки осуществляют измерением спектров одного или нескольких элементов изображения. Метка может содержать один или несколько элементов, предназначенных для ориентации, позиционирования и анализа положения метки в приборе. Обнаружение и проявление этих элементов может быть произведено физическим методом анализа, детектированием параметров определенных информативных признаков в отклике этих элементов на определенное внешнее физическое воздействие. В частности, они могут состоять из веществ, обладающих яркими и/или чрезвычайно характерными линиями в спектрах флюоресценции и комбинационного рассеяния света. Это позволит легко и безошибочно их идентифицировать и использовать для установления положения метки и при ее позиционировании.
Взаимное расположение элементов изображения может являться частью химического паспорта подлинности изделия.
Для увеличения чувствительности рамановской спектроскопии используют ее модификации: поверхностно-усиленное комбинационное рассеяние света, гигантское комбинационное рассеяние света, резонансное комбинационное рассеяние света или вынужденное комбинационное рассеяние света. При измерении спектра флюоресценции и спектров комбинационного рассеяния света молекул химических веществ метки образец или проба изделия помещается на усиливающую подложку, содержащую структуры, усиливающие рамановское рассеяние, или смешиваются с препаратом, содержащим наночастицы металла. Структура, усиливающая рамановское рассеяние, может представлять собой порошок или специальную SERS-подложку, встроенные в метку.
Вещества, составляющие метку, наносятся на изделие в составе лакокрасочного покрытия.
Неограниченное количество вариаций сочетаний точек расположения химических веществ, их концентраций и низкий предел обнаружения рамановской спектроскопии обеспечивают высокую степень защиты от подделки и высокий уровень контроля подлинности изделий.
В конкретном примере выполнения способа в качестве защищаемого изделия использовали этиловый спирт. Из фиг.2 видно, в каких диапазонах энергий спектр защищаемого изделия будет давать наименьший фоновый сигнал. В состав защитной метки могут быть введены любые химические вещества, линии спектров комбинационного рассеяния света которых находятся в этом диапазоне энергий, что позволяет проводить спектральный анализ с низким пределом обнаружения.
На фиг.3 показан спектр комбинационного рассеяния света этилового спирта с защитной меткой (rhodamin 6g), принимаемый за референс.
Для сравнения на фиг.4 показан спектр этилового спирта с защитной меткой, разбавленный контрафактным в пропорции 1:1, а на
фиг.5 - спектр этилового спирта с защитной меткой, разбавленный контрафактным в пропорции 1:3. При сравнении спектров фиг.4 и фиг.5 с эталонным спектром (фиг 3), которое проводится программно в компьютере спектрометра, учитывается отношение интенсивностей спектральных линий компонентов метки к интенсивности спектральных линий защищаемого изделия. В результате сравнения обнаруживается, что на фиг.4 концентрация компонентов метки (в данном случае родамина-6ж) в 2 раза меньше референсной, а на фиг.5 в 4 раза меньше референсного, что позволяет сделать вывод о том, что изделие подверглось разбавлению.
Совокупность количества введенных в добавку химических элементов и их концентрации являются химическим паспортом подлинности изделия. Любые отклонения от характеристики паспорта свидетельствуют о фальсификации защитной метки. Выполненные эксперименты подтвердили эффективность заявляемого способа защиты и контроля подлинности изделий, их упаковок и этикеток.
В другом примере осуществления способа в качестве изделия используется текучая среда. Нефтеперерабатывающий завод производит несколько сортов топлива: летний и зимний дизель, бензины различной степени очистки или обладающие различным октановым числом. Для защиты своей продукции, выявления случаев подмены завод добавляет небольшое количество метящего состава в отгружаемое топливо. Каждый сорт топлива метится своей уникальной меткой. При желании метка может быть уникальной для каждой партии отгружаемой продукции. Или же может быть использована более сложная система. Часть метки кодирует сорт топлива, другая - номер партии, либо иную информацию, которую требуется "записать". Кроме того, метка может иметь несколько частей разного уровня защиты: низкого - для потребителей и более высокого - для производителя и сотрудников правопорядка (существование которой не разглашается публично). При проведении проверки принадлежащих НПЗ или его партнерам АЗС производится измерение спектров КР/ГКР и флюоресценции проб топлива из раздаточных колонок АЗС. Процедура измерения занимает десятые доли секунды. Измеренный спектр анализируется для определения наличия меток и их концентраций. Отсутствие метки означает подмену продукта. Изменение концентрации метки указывает на то, что топливо подверглось разбавлению. О том же может свидетельствовать обнаружение в пробе меток других сортов топлива (скажем, более дешевых). Подобную проверку может производить и дистрибьютор или конечный потребитель, используя портативный прибор с загруженной в него базой данных меток. Метка может быть использована при оперативно-следственных мероприятий по обнаружению незаконного отбора топлива и газа. Анализируя ничтожные следы меток, можно доказать, что меченая партия топлива какое-то время назад была в данном топливохранилище. Тем самым химическая метка предоставляет доказательную базу для сотрудников безопасности и правопорядка. Использование в составе метки химических компонентов, изменяющихся со временем или под воздействием определенного вида воздействия, позволяет также проанализировать условия хранения продукции. При контроле измеряются концентрации оставшихся исходных компонентов метки и продуктов реакций. Исходя из этих измерений, делается вывод о продолжительности и интенсивности тех или иных воздействий.
В заключение можно сказать, что ориентировочная себестоимость изготовления защитной метки заявляемым способом составляет порядка 0,01 рубля при тираже в 100 тысяч экземпляров, что на три порядка ниже, чем у меток, используемых в аналогах.