姚麗娟

（中國刑事警察學院法化學系 遼寧 沈陽 110035）

手印納米顯現(xiàn)技術(shù)中客體背景熒光干擾的研究

姚麗娟

（中國刑事警察學院法化學系 遼寧 沈陽 110035）

隨著納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展，新型的納米熒光材料已經(jīng)逐漸被應用于傳統(tǒng)的手印顯現(xiàn)技術(shù)中，并發(fā)揮了不可替代的作用。稀土納米熒光材料因具有發(fā)光強度優(yōu)異、光學性質(zhì)豐富等特點，能夠有效提高手印顯現(xiàn)的信號強度，進而增強手印顯現(xiàn)的效果。但不容忽視的是，基于稀土納米熒光材料的手印顯現(xiàn)也會在一定程度上引起客體背景熒光的干擾。以YVO4:Eu這種典型的稀土納米熒光粉末為例，對打印紙張表面的手印進行刷顯，并結(jié)合熒光光譜對客體背景熒光的干擾進行定量討論，為實現(xiàn)手印納米顯現(xiàn)的高對比度提供了有益的參考。

手印顯現(xiàn) 背景熒光 納米材料 熒光材料

1 前言

手印顯現(xiàn)是指通過物理作用或化學反應將遺留在客體表面的潛在手印變成可見手印的過程。手印顯現(xiàn)的基本原理是將特殊光線或特定物質(zhì)與手印遺留物質(zhì)進行作用，使手印與客體之間形成可被儀器或肉眼檢測到的對比反差，進而使?jié)撛谑钟∽優(yōu)榭梢娛钟　Ｔ谑钟★@現(xiàn)過程中，手印顯現(xiàn)信號與客體背景噪聲之間的差異程度被定義為手印顯現(xiàn)的對比度[1]。通常認為，提高手印顯現(xiàn)的對比度是增強手印顯現(xiàn)效果的有效方法之一。從理論上推測，增強手印顯現(xiàn)的效果可通過提高手印顯現(xiàn)信號、降低客體背景噪聲兩種途徑來實現(xiàn)。

隨著納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展，新型的納米熒光材料特別是稀土納米熒光材料已經(jīng)逐漸被應用于傳統(tǒng)的手印顯現(xiàn)技術(shù)中，并發(fā)揮了不可替代的作用[2-4]?；诩{米熒光材料的手印顯現(xiàn)技術(shù)是利用物理作用或化學反應將納米熒光材料結(jié)合在手印遺留物質(zhì)上，再使用特定的光源對顯現(xiàn)后的手印進行照射并產(chǎn)生熒光，從而將手印顯現(xiàn)出來。稀土納米熒光材料具有發(fā)光強度優(yōu)異、光學性質(zhì)豐富等特點，能夠有效提高手印顯現(xiàn)的信號強度，進而增強手印顯現(xiàn)的效果[5]。但不容忽視的是，在使用特定光源尤其是紫外光源對手印照射的同時，也會激發(fā)客體在不同程度上產(chǎn)生熒光，即背景熒光[1,5]?？腕w背景熒光的存在能夠?qū)κ钟★@現(xiàn)信號產(chǎn)生干擾，最終降低手印顯現(xiàn)的效果[1,5]。因此，在提高手印顯現(xiàn)信號的同時，降低客體背景熒光干擾是提高手印顯現(xiàn)對比度的有效途徑。

本研究以典型的YVO4∶Eu稀土熒光納米材料為例，采用經(jīng)典的粉末刷顯法對打印紙張表面的潛在手印進行顯現(xiàn)，并結(jié)合熒光光譜對客體背景熒光的干擾進行定量分析與深入探討。

2 實驗部分

2.1 實驗器材藥品

數(shù)碼單反相機、翻拍架、254nm紫外燈、指紋毛刷；YVO4∶Eu稀土熒光納米粉末，采用參考文獻方法制備[6]。

2.2 手印顯現(xiàn)方法

將手洗干凈后晾干，在白色打印紙張表面按捺數(shù)枚新鮮汗?jié)撌钟?，待用。用指紋毛刷蘸取適量YVO4:Eu稀土納米熒光粉末，直接刷顯打印紙張表面的潛在手印，將顯出的手印樣品置于254 nm紫外光下觀察，并拍照記錄。

2.3 光學性能表征

采用CaryEclipse型熒光光譜儀（美國Agilent公司）檢測YVO4∶Eu稀土納米熒光粉末及其顯現(xiàn)手印的熒光性能，激發(fā)波長為254 nm。

3. 結(jié)果與討論

3.1 YVO4:Eu稀土納米熒光材料的光學性能表征

YVO4∶Eu稀土納米熒光材料在254 nm紫外光的激發(fā)下，其熒光發(fā)射光譜如圖1所示。發(fā)射光譜中出現(xiàn)了4個明顯的Eu3+離子特征發(fā)射峰，中心波長位于555nm處的發(fā)射峰對應于Eu3+離子的5D1→能級躍遷，中心波長位于592、618、652nm處的發(fā)射峰分別對應于Eu3+離子的5D0→7F1、→、→能級躍遷[6]。

圖1 對YVO4: Eu稀土納米熒光材料在254nm紫外光激發(fā)下的熒光發(fā)射光譜表征

3.2 對手印顯現(xiàn)效果的討論

YVO4∶Eu稀土納米熒光材料在254nm紫外光的照射下能產(chǎn)生較強烈的紅色熒光，這對手印的顯現(xiàn)信號起到了增強與放大的作用，因此能夠有效提高手印顯現(xiàn)的對比度。但是如果手印存在于具有熒光性能的客體表面時，由于254nm紫外光的能量較高，同樣能夠引起客體產(chǎn)生一定強度的背景熒光，客體背景噪聲與手印顯現(xiàn)信號混雜在一起，甚至對手印顯現(xiàn)信號起到嚴重的干擾效果。因此，本研究著重討論YVO4∶Eu稀土納米熒光材料對于具有強烈熒光效應客體表面手印顯現(xiàn)的效果。使用YVO4∶Eu稀土納米熒光粉末對白色打印紙張表面的汗?jié)撌钟∵M行顯現(xiàn)，其顯現(xiàn)效果如圖2所示。在自然光照射的明場下，附著有稀土納米熒光粉末的手印甚至不能被觀察到；在254 nm紫外光照射的暗場下，可以觀察到手印的乳突紋線部位產(chǎn)生了一定強度的紅色熒光，而白色打印紙張表面也產(chǎn)生了較強烈的藍色熒光，手印顯現(xiàn)信號與客體背景噪聲之間的差異較小。綜上所述，該條件下的手印顯現(xiàn)具有較低的顯現(xiàn)對比度。

圖2 YVO4∶Eu稀土納米熒光材料顯現(xiàn)白色打印紙張表面汗?jié)撌钟〉恼掌?/p>

3.3 對客體背景熒光的討論

本研究借助熒光發(fā)射光譜對白色打印紙張在254nm紫外光照射下所產(chǎn)生的客體背景熒光干擾進行定量分析，其結(jié)果如圖3所示。通過圖A中的曲線a可以看出，手印顯現(xiàn)前的白色打印紙張在254nm紫外光照射下，在400~550nm范圍內(nèi)產(chǎn)生了寬而強的熒光發(fā)射峰，該發(fā)射峰來源于白色紙張產(chǎn)生的背景熒光。通過圖A中的曲線b可以看出，手印顯現(xiàn)后的白色打印紙張在254nm紫外光照射下，其客體背景熒光明顯減弱，這是由于客體表面對應于乳突紋線的區(qū)域被稀土納米熒光粉末覆蓋所致。通過圖B中的曲線b可以看出，在618nm處出現(xiàn)了較弱的發(fā)射峰，該發(fā)射峰對應于手印顯現(xiàn)的信號，其強度明顯低于客體背景噪聲。通過對曲線b的測量，該手印顯現(xiàn)信號所對應的最大峰值為17.15，而客體背景噪聲的最大峰值為848.71，由此可計算出該條件下手印顯現(xiàn)的對比度（信噪比）僅為0.02。通過對比度的定量計算，進一步驗證了該條件下的手印顯現(xiàn)具有較低的顯現(xiàn)對比度。

圖3 對YVO4: Eu稀土納米熒光粉末顯現(xiàn)白色打印紙張表面汗?jié)撌钟〉臒晒獍l(fā)射光譜表征

4 結(jié)論

本研究選取具有紅色熒光性能的YVO4:Eu稀土納米熒光粉末作為手印顯現(xiàn)材料、選取具有強烈背景熒光性能的白色打印紙作為手印承載客體，側(cè)重研究客體背景噪聲對手印顯現(xiàn)信號的干擾，通過熒光發(fā)射光譜對兩者的關(guān)系進行了定量分析，并提出了手印顯現(xiàn)對比度的計算方法。

本研究得出結(jié)論如下：在254nm紫外光的照射下，使用熒光納米粉末對手印進行顯現(xiàn)時，其顯現(xiàn)對比度會在一定程度上受到客體背景噪聲的干擾。

5 展望

在使用各類熒光納米粉末顯現(xiàn)手印時，大幅降低或有效避免客體背景熒光干擾對于提高手印顯現(xiàn)的對比度是至關(guān)重要的。本文根據(jù)課題最新研究進展，現(xiàn)提出以下幾點展望：

首先，使用長波紫外光（通常波長為365nm）作為激發(fā)光源，可以在一定程度上降低客體背景熒光的干擾。長波紫外光的能量較低，由此引起的客體背景熒光干擾也較低。通常，在長波紫外光的激發(fā)下能夠產(chǎn)生較強熒光的物質(zhì)有紅色熒光性能的La2(MoO4)3∶Eu等。

其次，使用近紅外光（通常波長為980nm）作為激發(fā)光源，可以在有效避免客體背景熒光的干擾。近紅外光的能量很低，絕大多數(shù)客體在其激發(fā)下不會產(chǎn)生背景熒光，由此引起的客體背景熒光干擾也很低。通常，在近紅外光的激發(fā)下能夠產(chǎn)生較強熒光的物質(zhì)有黃綠色熒光性能的NaYF4∶Yb,Er等。

最后，使用稀土長余輝熒光納米材料作為顯現(xiàn)材料，可以大幅降低客體背景熒光的干擾。由于長余輝熒光納米材料的熒光壽命較長，當停止光源激發(fā)時，客體背景熒光消失，而長余輝熒光納米材料的熒光并未大幅衰減，這樣就可以有效降低客體背景熒光的干擾。通常，在紫外光的激發(fā)下能夠產(chǎn)生較強長余輝熒光的物質(zhì)有藍綠色熒光性能的SrAl2O4:Eu,Dy等。

[1]WANG M.Latent fingermarks light up::facile development of latent fingermarks using NIR-responsive upconversion fluorescent nanocrystals[J].RSC Advances,2016(43):36264-36268.

[2]WANG Y F,YANG R Q,WANG Y J,et al.Application of CdSe nanoparticle suspension for developing latent fingermarks on the sticky side of adhesives[J].Forensic Science International,2009(1-3):96-99.

[3]GAO F,LV C F,HAN J X,et al.CdTe montmorillonite nanocomposites: control synthesis,UV radiationdependent photoluminescence,,and enhanced latent fingerprint detection[J].The Journal of Physical Chemistry C,2011(44):21574-21583.

[4]WANG M,ZHU Y,MAO C B.Synthesis of NIR-responsive NaYF4:Yb,Er upconversionfluorescent nanoparticles using an optimized solvothermalmethod and their applications in enhanced development of latent fingerprints on various smooth substrates[J].Langmuir,2015(25):7084-7090.

[5]WANG M,LI M,YANG M Y,et al.NIR-induced highly sensitive detection of latent fingermarks by NaYF4:Yb,Er upconversion nanoparticles in a dry powder state[J].Nano Research,2015(6):1800-1810.

[6]WANG M,LI M,YU A Y,et al.Rare earth fluorescent nanomaterials for enhanced development of latent fingerprints[J]. ACS Applied Materials & Interfaces,2015(51):28110-28115.

（責任編輯：于 萍）

D918.91

A 章編號：2095-7939（2017）01-0093-03

10.14060/j.issn.2095-7939.2017.01.014

2016-10-21

公安部應用創(chuàng)新計劃項目（編號：2012YYCXXJXY127）；公安部科技強警基礎(chǔ)工作專項項目（編號：2014GABJC033）。

姚麗娟（1963-），女，遼寧鳳城人，中國刑事警察學院法化學系正高級實驗師，主要從事微量物證與光譜分析研究。