李孝君，李 波，翟廣亮，張蕾萍，孫振文，陳蕊麗

（1. 公安部物證鑒定中心，北京 100038；2. 中國人民公安大學，北京 100038；3. 山東濟南鐵路公安處刑事技術支隊，濟南 250001）

熱致熒光成像技術顯現(xiàn)汗?jié)撌钟》磻獧C理初探

李孝君1，李 波2，翟廣亮3，張蕾萍1，孫振文1，陳蕊麗2

（1. 公安部物證鑒定中心，北京 100038；2. 中國人民公安大學，北京 100038；3. 山東濟南鐵路公安處刑事技術支隊，濟南 250001）

目的初步研究紙張上汗?jié)撌钟嶂聼晒獬上窦夹g的反應機理，探索汗液中主要成分對熱致熒光效果的影響，為后續(xù)的研究指明方向。方法以紙張、錫箔紙、載玻片以及金屬面為載體，逐步考查承痕客體以及汗液中的重要成分是否為形成熒光現(xiàn)象的主要原因。結(jié)果紙張不影響熱致熒光反應；在汗液的各種重要成分中，只有氨基酸通過加熱可產(chǎn)生較強且穩(wěn)定的熒光效果，其他成分既不影響汗液熱致熒光效果，也不能獨自反應生成熒光物質(zhì)。結(jié)論熒光物質(zhì)主要由汗液中甘氨酸、丙氨酸和絲氨酸等多種氨基酸反應生成，下一步研究工作以氨基酸為研究對象進行反應機理的推理及驗證。

熱致熒光；反應機理；汗液手??；氨基酸

熱致熒光成像技術作為紙張客體上汗?jié)撌钟〉囊环N無損無毒檢驗方法，快速簡便、無需化學試劑，且可與多種傳統(tǒng)顯現(xiàn)方法相互補充。將印有汗液手印的紙張在200 ℃的溫度下短暫加熱之后，置于藍綠光（波長為415～510 nm）的激發(fā)環(huán)境下，通過橙色濾光鏡觀察，即可觀察到顯出強烈黃色熒光的手印。該項技術可以很好地顯現(xiàn)紙張上的汗?jié)撌钟?，其顯現(xiàn)效果不亞于DFO、茚二酮等化學試劑的熒光效果，尤其適合顯現(xiàn)復雜和深色背景紙張上的汗?jié)撌钟?，而且該方法的顯現(xiàn)基本上不影響其他后續(xù)化學方法的顯現(xiàn)過程，即熱致熒光成像技術可以成為顯現(xiàn)紙張汗?jié)撌钟〉那疤幚矸椒╗1-3]。更重要的是，熱致熒光成像技術不污染損壞紙張檢材，整個顯現(xiàn)過程對操作人員無害，還能夠很好地顯現(xiàn)衛(wèi)生紙和部分品牌熱敏紙這類比較特殊的紙張客體上的汗?jié)撌钟?。憑借上述優(yōu)勢，熱致熒光成像技術將會成為顯現(xiàn)紙張汗?jié)撌钟〉囊环N重要處理方法。然而，國內(nèi)外關于汗?jié)撌钟嶂聼晒獬上窦夹g反應機理的研究鮮有報道，該項技術缺乏有力的理論支撐[4-5]，這不利于其推廣與使用。因此，本文通過實驗方法對熱致熒光成像技術的反應機理進行初步探索。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

主要儀器及耗材：熱致熒光加熱設備（公安部物證鑒定中心自主研發(fā)設備，型號：TF-Ⅲ）、多波段觀察拍照設備、佳能單反相機、橙色濾光鏡、移液管、電子天平、黑色卡紙、白色復印紙、錫箔紙、載玻片、不銹鋼金屬面。

試劑：pH＝4.7的人工汗液試劑（廣東省東莞市科鴻化工有限公司）、氯化鈉、蒸餾水、11種氨基酸標準品：甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、脯氨酸、色氨酸、酪氨酸（中國藥品生物制品檢定所）。

1.2 實驗步驟及方法

樣本處理流程。打開熱致熒光加熱設備，設置溫度為200 ℃，選擇合適的載物臺移動速率，啟動加熱紙張樣本，完成后放到多波段觀察拍照設備下觀察并拍照固定。由于高溫反應不可逆，因此加熱溫度可以適當?shù)陀?00 ℃，如果熒光效果不佳可以再次反復處理。以下對樣本的處理均按照本流程進行。

考查承痕客體。選用白色復印紙、錫箔紙、載玻片和金屬面作為汗液手印的承痕客體，志愿者在捺印之前先戴PVC手套5 min以保證汗量充足，然后分別在4種承痕客體上捺印5枚汗液手印，為盡量減少汗液手印之間的差異性，捺印手印時統(tǒng)一停頓3 s并保證用力基本一致。晾干后加熱處理觀察拍照固定。

考查氯化鈉。按照汗液各成分含量配制未加入氯化鈉的人工汗液500 mL，從中取出100 mL加入0.25 g氯化鈉，用玻璃棒攪拌至全部溶解，然后用移液管分別取10 μL未加氯化鈉和加氯化鈉的人工汗液點滴在白色復印紙的左右，中間用標記筆做好標記方便比較觀察分析，同樣的方法制作3組實驗樣本。晾干后加熱處理并觀察拍照固定。

考查氨基酸。分別將11種氨基酸標準品溶于蒸餾水中配制11種濃度為2 mg/mL氨基酸溶液，分別裝入11個離心管中，并分別做好標記；同樣，再配制0.2 mg/mL和0.02 mg/mL兩組氨基酸溶液。把11種氨基酸的名稱用記號筆按照一定的順序標記于白色復印紙上，標記完之后使用10 μL移液管分別提取11種氨基酸溶液點滴到相應氨基酸名稱下面，點滴完后讓其自然晾干。三種不同濃度的氨基酸溶液點滴在三張白色復印紙上做成三種不同濃度的氨基酸點滴樣本。另外，將11種0.2 mg/mL濃度的氨基酸分別點滴在相應載玻片上做成實驗樣本。晾干后加熱處理并觀察拍照固定。

考查熒光靈敏度。使用移液管分別在白色復印紙上點滴涂抹20、18、16、14、12、10、8、6、4、2、1、0.5 μL不同量的人工汗液試劑，并用標記筆分別作上標記。晾干后加熱處理并觀察拍照固定。

考查氨基酸標準品。將11種氨基酸標準品分別加100 mg到蒸發(fā)皿里，加熱處理并觀察拍照固定。

2 結(jié)果

2.1 紙張成分的影響

實驗結(jié)果顯示錫箔紙、載玻片和金屬面上的5枚汗液手印通過加熱處理之后都能觀察到熒光效果，且熒光效果也不亞于白色復印紙（圖1）。這說明紙張中的成分不影響汗液手印加熱產(chǎn)生熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)主要是由汗液里的成分反應生成的。

圖1 幾種不同承痕客體上汗液手印的熱致熒光效果Fig.1 thermally-induced fuorescence from sweat fngerprints on several different objects

2.2 氯化鈉的影響

據(jù)相關文獻報道，氯化鈉作為汗液中的主要成分之一也可能參與熒光反應[6]，本實驗通過對比分析驗證，結(jié)果如圖2所示，三組樣本中的加氯化鈉與未加氯化鈉的人工汗液都出現(xiàn)熒光效果，且熒光效果幾乎都是一樣的，因此，無論是從化學結(jié)構(gòu)上還是實驗現(xiàn)象上進行分析，氯化鈉對汗液熒光效果都是沒有促進作用的，也不參與反應。

圖2 氯化鈉對汗液熱致熒光效果影響對比圖（左邊未加氯化鈉，右邊加氯化鈉）Fig.2 No infuence observed on the thermally-induced fuorescence from the sweat with (right) or without (left) addition of sodium chloride

2.3 氨基酸的影響

汗液中的氨基酸含量豐富且種類多樣[7]，實驗中以甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、脯氨酸、色氨酸、酪氨酸11種氨基酸為代表進行驗證。如圖3所示，通過加熱處理后，11種氨基酸溶液都能觀察到熒光效果。其中，亮氨酸、異亮氨酸、酪氨酸熒光效果較差，但也能夠觀察到微弱熒光。從不同濃度的氨基酸熒光效果來看，2 mg/ mL的氨基酸熒光效果明顯好于0.2 mg/mL，0.2 mg/ ml同樣也好于0.02 mg/mL，說明單種氨基酸加熱也能生成熒光物質(zhì)，且熒光效果隨氨基酸濃度的降低而逐漸減弱，即成正比關系。如圖4所示，載玻片上的氨基酸加熱后同樣都能觀察到熒光效果，這一現(xiàn)象反映了氨基酸加熱反應生成熒光物質(zhì)可以不需要紙張成分參與，同時也排除了紙張成分對氨基酸反應生成熒光物質(zhì)的影響。

2.4 汗液熒光靈敏度研究

如圖5所示，白色復印紙上汗液熱致熒光強度整體上與汗液量成正比，熒光強度隨汗液量的減少逐漸減弱。當人工汗液試劑的量低至4 μ L時熒光效果明顯減弱，1 μL時熒光微弱，0.5 μL時幾乎觀察不到熒光。因此，熱致熒光成像技術對汗液的熒光顯出靈敏度為1 μL左右。

圖3 不同濃度氨基酸在白色復印紙上的熱致熒光效果（上：2mg/ml，中:0.2mg/ml，下:0.02mg/ml)Fig.3 thermallyt-induced fuorescent effect of concentration-different amino acids on white paper (Upper: 2mg/ml, medium: 0.2mg/ml, down: 0.02mg/ml)

圖4 幾種氨基酸在載玻片上的熱致熒光效果(從左到右分別是：甘、苯丙、絲、色、脯氨酸)Fig.4 thermally-induced fuorescence of amino acids on a slide (from left to right: glycine, phenylalanine, serine, tryptophan, proline)

圖5 不同量人工汗液在白色復印紙上的熱致熒光效果Fig.5 thermally-induced fuorescent effect of amount-different artifcial sweat on white paper

2.5 氨基酸標準品加熱熒光實驗

如圖6所示，氨基酸標準品直接加熱之后都能夠觀察到熒光，且熒光效果十分明顯，說明直接對氨基酸標準品加熱也可以反應生成熒光物質(zhì)。加熱處理后的熒光物質(zhì)溶于蒸餾水之后再自然晾干還能觀察到熒光，說明熒光物質(zhì)易溶于蒸餾水且結(jié)構(gòu)不會發(fā)生改變。在實驗中需要注意的是控制好加熱溫度和時間，如果控制不好將會導致氨基酸要么加熱不夠沒有反應生成熒光，要么加熱過度導致氨基酸碳化變黑且熒光消失。

圖6 幾種氨基酸標準品加熱之后熒光效果（從左到右依次是：甘、脯、酪、天冬氨酸）Fig.6 thermally-induced fuorescent effect of several kinds of standard amino acids when heated (from left to right: glycine, proline, tyrosine, aspartate)

3 討論

3.1 機理推理及初步驗證

通過以上實驗可以排除汗液中的大多數(shù)成分參與反應生成熒光物質(zhì)，并且最終確定是由汗液中的氨基酸反應生成熒光物質(zhì)。汗液中含有的11種氨基酸通過適當?shù)募訜崽幚矶寄軌虍a(chǎn)生熒光，氨基酸無論是溶于蒸餾水中晾干再加熱處理，還是直接加熱氨基酸結(jié)晶體，都可以反應生成熒光物質(zhì)。據(jù)有關文獻報道，熒光物質(zhì)是一類具有剛性結(jié)構(gòu)和π電子共軛體系的環(huán)狀化合物，分子的閉環(huán)有利于熒光的產(chǎn)生，增加分子的共平面性和剛性可以使熒光增強[8]。氨基酸都具有氨基和羧基，易發(fā)生脫水縮合，因此，根據(jù)氨基酸自身具有的結(jié)構(gòu)特征及熒光物質(zhì)的特性，可以推導出多數(shù)氨基酸可能存在的熒光反應，即兩分子的氨基酸脫去兩分子水生成穩(wěn)定的六元環(huán)剛性結(jié)構(gòu)[9-10]。如圖7、8、9所示，以甘氨酸、丙氨酸和絲氨酸為例進行推導得出其可能的反應過程，但這僅僅處于推理階段，還需要通過相關檢驗方法進一步驗證才能得出準確結(jié)論。

圖7 甘氨酸熱致熒光反應方程式Fig.7 Deduction of the heated glycine to produce heat-induced fuorescence

圖8 丙氨酸熱致熒光反應方程式Fig.8 Deduction of the heated alanine to produce heat-induced fuorescence

圖9 絲氨酸熱致熒光反應方程式Fig.9 Evolution of the heated serine to produce heat-induced fuorescence

3.2 討論

本文通過實驗分別考查了紙張承痕客體及汗液中的幾種成分對熒光效果的影響，確定了紙張不是熱致熒光反應的必要條件，即離開紙張同樣也能夠產(chǎn)生熒光現(xiàn)象。由此確定了熒光物質(zhì)可以由汗液中的某種成分通過加熱反應生成。氯化鈉對汗液的熱致熒光效果沒有促進作用，說明氯化鈉不參與熒光反應也不會生成熒光物質(zhì)。汗液中的11種氨基酸加熱都能產(chǎn)生熒光效果，且氨基酸的濃度越高熒光效果越好，明確了熒光物質(zhì)主要由汗液中的氨基酸加熱反應生成。汗液在白色復印紙上的熱致熒光靈敏度是1 μL，即汗液量只要大于等于1 μ L就可以觀察到熒光現(xiàn)象。實驗證明了溫度控制在200 ℃左右直接加熱氨基酸標準品也能夠生成熒光物質(zhì)，這為后續(xù)研究熒光物質(zhì)提供了可能性。因此，在后續(xù)的研究過程中可以直接加熱氨基酸標準品提取熒光物質(zhì)。本文從理論上推導出了針對氨基酸可能存在的熒光反應，得出氨基酸有關的熱致熒光反應過程及生成物結(jié)構(gòu)式，然而這些結(jié)論還只是建立在推理的基礎上，后續(xù)的研究過程計劃先進行系統(tǒng)的氨基酸熒光反應推導，然后再逐個通過紅外光譜、GC-MS以及核磁共振等手段來驗證推測機理的可行性，最終確定準確且完整的熱致熒光成像技術的反應過程。

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Preliminary Exploration of the Mechanism on Thermally-induced Fluorescence Imaging to Develop Latent Sweat Fingerprints

LI Xiaojun1, LI Bo2, ZHAI Guangliang3, ZHANG Leiping1, SUN Zhenwen1, CHEN Ruili2
(1. Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security, Beijing 100038, China; 2. Chinese People’s Public Security University, Beijing 100038, China; 3. Criminal Technology Detachment of Jinan Division of Railway Public Security, Jinan 250001, China)

ObjectiveTo explore the mechanism by which the thermally-induced fluorescence imaging can develop latent sweat fngerprints on paper, and search how to infuence the thermally-induced fuorescence by each of the principal sweat components.MethodsThe fingerprint carriers are chosen as paper, aluminum foil, glass slides and metal surfaces. The principal components of sweat are separately examined along with the fngerprint carriers so that the main reason can be determined for fuorescence to be emitted.ResultsThe experimental results show that it is just the amino acids, when being heated, to produce strong and stable fuorescence other than the else ingredients of sweat or the carriers.ConclusionsThe fuorescent substance is mainly evolved from the 11 kinds of sweat-contained amino acids such as glycine, alanine and serine, bringing us a cornerstone to verify the reaction mechanism of thermally-induced fuorescence imaging to develop latent sweat fngerprints.

thermally-induced fuorescence; reaction mechanism; sweat fngerprints; amino acid

DF794.1

A

1008-3650(2016)06-0487-04

2016-02-06

格式：李孝君，李波，翟廣亮，等. 熱致熒光成像技術顯現(xiàn)汗?jié)撌钟》磻獧C理初探[J]. 刑事技術，2016, 41(6):487-490.

10.16467/j.1008-3650.2016.06.0013

公安部物證鑒定中心基本科研業(yè)務費專項資金項目（NO.2014JB007）

李孝君（1982—），男，山西忻州人，博士，助理研究員，研究方向為手印檢驗技術。E-mail: com.cn.li@163.com