激光-熒光試劑顯現熱敏紙汗?jié)撌钟⊙芯?/h1>
2020-11-25 11:40:44萬敬偉牟福祥郭思磊聶子清
鐵道警察學院學報 2020年4期
梁 帥，萬敬偉，牟福祥，郭思磊，聶子清
（1.鐵道警察學院，河南 鄭州450053；2.濟南鐵路公安處，山東 濟南250000；3.冠縣公安局，山東 聊城252500）
熱敏紙因圖文反差良好、圖文字跡輪廓分明，而被廣泛應用于日常工作、生活中，如POS 機收款憑條、心電圖用紙、超市小票紙、ATM 機交易憑證等，同時也頻繁地出現在各類案件中［1］。除了熱敏紙本身存留有行程、購物等外在信息外，熱敏紙上遺留的犯罪嫌疑人手印等人身信息也十分重要。熱敏紙汗?jié)撌钟〉娘@現一直是困擾刑事科學技術人員的一個難題，適用于其他客體的顯現方法并不適用于熱敏紙汗?jié)撌钟〉娘@現，因此存在諸多問題。
熱敏紙對熱敏感這一特性，在其表面進行汗?jié)撌钟★@現時要避免使用碘熏等涉及高溫的顯現方法，防止熱敏紙發(fā)生整體變色。DFO顯現法和茚三酮顯現法中用到的試劑通常含有丙酮、無水乙醇、乙酸乙酯等極性有機溶劑，熱敏紙中的隱色染料會與極性試劑發(fā)生反應使背景變色，因此傳統的溶液法應用受到局限［2］。粉末刷顯、顯現試劑以及一些有機溶劑的使用會在客體上留下不可逆轉的印記，不利于提取熱敏紙上的其他潛在信息和后續(xù)操作。
本文通過使用多光譜激光物證勘查儀兩種波段的激光，對遺留在不同客體熱敏紙上的汗?jié)撌钟∵M行研究，通過設計模擬實驗、觀察實驗結果等方式，分析總結實驗結論，旨在發(fā)現常見熱敏紙汗?jié)撌钟∽顑?yōu)顯現波段，探究手印遺留時間對顯現效果的影響，比對熱敏紙正反兩面汗?jié)撌钟★@現效果，以期尋找更優(yōu)的顯現方法，更好地為偵查活動提供線索。
一、熱敏紙的基本結構和基本原理
（一）熱敏紙的基本結構
熱敏紙是在質地優(yōu)良的原紙基礎上再涂蓋一層苯酚類無色染料或是酸性顯色物質形成的一種特殊加工紙。熱敏紙結構一般分成三層，第一層是紙基，被稱為基層，第二層是熱敏涂層，第三層是保護層。其中第二層熱敏涂層（熱敏變色層）在熱敏紙顯色中發(fā)揮著最為主要的作用。熱敏涂層主要包含以下幾種物質：無色染料，主要是熒烷化合物；增感劑；顯色劑，約占熱敏涂層的20%，主要用對羥基苯甲酸、雙酚；潤滑劑；穩(wěn)定劑；黏膠劑，約占熱敏涂層的10%；填料，約占熱敏涂層的50%，常用碳酸鈣微粒等［3］。顯色劑和無色染料可以發(fā)生化學反應，生成一種高濃度的發(fā)色劑，其不溶于水，使得生成的圖像較為穩(wěn)定，不容易褪色；穩(wěn)定劑可以提高熱敏紙的耐熱性、耐濕性；染料的熔點相對較高，使用增感劑可以降低熱敏紙的發(fā)色溫度。
（二）熱敏紙的顯色原理
物理型熱敏紙是用熱能將白色不透明層熔融，將其透明化，從而顯出著色的底基?；瘜W型熱敏紙圖層中主要成分是兩種：一種是隱色染料或者稱為無色染料；另一種是顯色劑。通常在兩類粉末之間有一層薄膜相隔，當機器接收到信號的輸入時，熱敏頭會迅速升溫，當達到一定溫度后作用于熱敏紙表面，受熱過程中這層薄膜融化消失，兩類粉末接觸，相互混合發(fā)生顯色反應，最終呈現在第一層的紙基上顯色。
（三）多光譜物證勘查儀的工作原理
多光譜（450nm藍光、532nm綠光）物證勘查儀是以半導體激光器作為光源激發(fā)器，從而激發(fā)激光。本次實驗屬于光致熒光顯現法，以激光激發(fā)熒光物質顯現潛在物證，是以半導體激光器作為光源激發(fā)器，利用激光方向性強、單色性高、高亮度等優(yōu)點，可以直接發(fā)現犯罪現場潛在的物證。
潛在手印的光致熒光顯現，是利用潛在手印中的一些固有元素或經過一些化學試劑對潛在手印進行染色處理后，置于激發(fā)光源下進行照射，其能產生熒光或磷光效果［4］。其中激發(fā)出的熒光光子的能量低于激發(fā)光，而波長比激發(fā)光的波長長［5］，從而形成反差，觀察到手印乳突紋線（如圖1）。
目前在現場勘查中應用最廣的是450nm 藍光和532nm綠光?，F場遺留物質如精液、唾液、纖維、油脂、紙張等，不用經過任何處理，便可經過激光照射發(fā)出熒光，從而尋找現場中遺留的痕跡物證；而現場不易察覺的手印，經過熒光粉或者化學熒光試劑的處理，也可以在激光的照射下發(fā)出較強的熒光。450nm 藍光主要應用于發(fā)現生物活性物質，如精斑、汗液、尿液、骨碎片等物質；532nm綠光主要應用于顯現滲透性客體上的手印。
圖1 物證勘查儀激發(fā)光原理圖
二、實驗準備與設計
（一）材料
曉松科技公司生產的多光譜便攜式激光物證勘查儀（450nm 藍光和532nm 綠光）、專用激光濾光鏡（黃色和橙色）、噴壺、尼康D7100相機、尼康相機單鏡頭、相機鏡頭濾光鏡（黃色和橙色）、三腳架、脫脂棉、曉松科技公司研究的生物顯現試劑、75%醫(yī)用酒精。
（二）手印樣本制作
在鐵道警察學院的學生中隨機選擇10 名（8 名男性，2 名女性）作為手印捺印人，捺印人均為20 歲以下，中等身材，汗液量適中。
用肥皂水將手清洗干凈，自然風干10 分鐘，此過程中不觸摸任何物體，以免污染手印，然后脫脂棉蘸取少量酒精將右手食指擦拭干凈，風干10分鐘后，用右手食指在熱敏紙正面上捺印手印。每組各類熱敏紙各5張，捺印人在每張熱敏紙上連續(xù)捺印4枚手印。在此過程中，捺印時間間隔2分鐘，兩分鐘內手指不接觸任何物體，保證手指汗液的充盈；把捺印的實驗手印樣本進行標號，并標記所在熱敏紙位置，制作新鮮汗?jié)撌钟颖荆?］。
熱敏紙樣本放置在通風且干燥的紙箱中，妥善保存，檢材存放時間為1天、3天、5天、7天、9天、11天、13天、15天；把捺印的手印進行標號并標記所在熱敏紙位置，從而得到遺留時間為15天以內的陳舊汗?jié)撌钟颖尽?/p>
用上述方法在彩票紙正反面捺印汗?jié)撌钟?，制作彩票紙正反面新鮮汗?jié)撌钟颖尽?/p>
三、分析與討論
（一）激光-熒光試劑顯現不同熱敏紙最佳適用波段顯現效果分析
在彩票紙、出租車發(fā)票紙、服裝店收款憑條、ATM 機交易憑條、稅務單、餐館發(fā)票紙等不同客體上噴灑生物顯現試劑這種熒光試劑，利用藍色（綠色）激光對熱敏紙正面上汗?jié)撌钟∵M行照射激發(fā)，佩戴紅色濾光鏡進行觀察，并在相機鏡頭前加裝紅色濾色鏡進行拍照固定，顯現效果見表1。
表1 兩種波段激光激發(fā)顯現效果
由表1 可知，均勻噴灑生物顯現試劑在450nm藍光照射下，彩票紙、餐館發(fā)票紙、服裝店收款憑條顯現效果好，乳突紋線連貫且清晰，細節(jié)特征量多質高，具有檢驗鑒定條件；而出租車發(fā)票紙、ATM交易憑條紙、稅務紙等顯現效果較差，乳突紋線不清晰，斷續(xù)出現，不具備檢驗鑒定條件。均勻噴灑生物顯現試劑在532nm 綠光照射下，彩票紙、出租車發(fā)票紙、服裝店收款憑條紙、ATM機交易憑條、餐館發(fā)票紙、稅務單顯現效果比較理想，手印乳突紋線清晰連貫，細節(jié)特征量多質高，具備手印鑒定條件。
綜合考慮手印熒光效果和熱敏紙的普適性和方法的可推廣性，確定激光（532nm綠光）-生物顯現試劑可以有效顯現熱敏紙上汗?jié)撌钟?，對本次實驗列出的全部熱敏紙均可以顯現出高質量的熒光手印。對比顯現效果見圖2（左側橙色視場為綠光，右側綠色視場為藍光）。
（二）激光-熒光試劑顯現法對陳舊手印的顯現效果分析
以彩票紙、出租車發(fā)票紙、餐館發(fā)票紙、稅務單為實驗樣本，噴灑生物顯現試劑這種熒光試劑，用532nm綠光對熱敏紙正面不同遺留時間的汗?jié)撌钟∵M行激發(fā)顯現，佩戴紅色濾光鏡進行觀察，并在相機鏡頭前加裝紅色濾色鏡進行拍照固定，顯現效果見表2。
表2 不同遺留時間熱敏紙顯現效果
由表2可知，遺留在熱敏紙正面上的15天以內的較陳舊汗?jié)撌钟∮镁G光-生物顯現試劑的方法顯現均可以得到較好的顯現效果，乳突紋線連貫、清晰，細節(jié)特征量多質高。其顯現效果基本不受手印遺留時間的影響，顯現效果見圖3。
圖3 遺留15天內熱敏紙汗?jié)撌钟★@現效果
（三）激光-熒光試劑顯現法對熱敏紙正反面顯現效果比較分析
本次實驗以彩票紙為樣本，正反面各捺印20枚汗?jié)撌钟。瑖姙⑸镲@現試劑，在綠光激發(fā)下，佩戴紅色濾光鏡進行觀察，并在相機鏡頭前加裝紅色濾色鏡進行拍照固定，顯出率、顯現效果見表3。
由表3可知，綠光-生物顯現試劑顯現熱敏紙汗?jié)撌钟?，彩票紙背面顯現效果+++的顯出率僅為10%，而彩票紙正面顯現效果+++的顯出率為100%，得出彩票紙正面的熒光效果明顯優(yōu)于背面。顯現效果見圖4。
表3 熱敏紙正反面顯現效果
圖4 彩票紙背面（左）正面（右）顯現效果
綜上所述，用綠光-生物顯現試劑顯現法可以顯現不同熱敏紙（本實驗所列樣本）上的汗?jié)撌钟?，熒光效果較好，該方法對新鮮手印和遺留時間為15天以內的較陳舊手印有較好的顯現熒光效果，并且熱敏紙的正面熒光效果要優(yōu)于背面，此方法不適用熱敏紙背面汗?jié)撌钟〉娘@現。
（四）討論
本實驗所用激光單色性好，光束溫度比較高，顯現手印時可能會對手印物質本身的生物活性產生一定的破壞和影響，在一線應用時，該方法可以作為一種有損檢驗來使用。本實驗通過驗證性實驗發(fā)現，彩票紙的正面熒光效果要優(yōu)于背面，雖然只驗證彩票紙正反面熒光效果，但是這給我們在實際案件應用中提供了啟發(fā)，要區(qū)別看待熱敏紙正反面實際差別，熱敏紙背面的顯現方法本次實驗未作涉及，為以后的研究方向。本實驗采用隨機選擇的10名大學生作為樣本手印的捺印人，可能沒有普遍的適用性，會存在一定的局限。本實驗采用的化學試劑為曉松科技公司研制的生物顯現試劑，為一種熒光試劑，安全無毒害，無需配置溶液，直接將生物顯現試劑噴灑到熱敏紙遺留手印的部位，使用532nm波段的綠光激發(fā)，其能產生熒光，達到手印顯現的效果。本實驗將噴灑生物顯現試劑的熱敏紙存放半年，重新利用532nm 波段的綠光激發(fā)，發(fā)現也可以產生熒光。繼續(xù)進行驗證性實驗，對固定三年的熱敏紙遺留客體都有很好的熒光效果，這為一些疑難復雜的重大案件手印物證長期保存固定提供了可能。
四、結論
激光-熒光試劑顯現法可以快速顯現熱敏紙上的汗?jié)撌钟。渲袩崦艏堈娴暮節(jié)撌钟★@現效果更好，顯現效果為熒光效果。生物顯現試劑直接噴灑到熱敏紙客體上，在綠色激光下激發(fā)，佩戴橙色濾光鏡觀察，手印呈黃色熒光。此種方法對熱敏紙上新鮮手印和遺留時間為15 天以內的較陳舊手印有較好的顯現熒光效果。該方法操作便捷、快速顯現、不受其他條件限制，易于推廣，具有一定的實用價值，可以作為顯現熱敏紙汗?jié)撌钟〉氖走x辦法。
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熱敏紙因圖文反差良好、圖文字跡輪廓分明，而被廣泛應用于日常工作、生活中，如POS 機收款憑條、心電圖用紙、超市小票紙、ATM 機交易憑證等，同時也頻繁地出現在各類案件中［1］。除了熱敏紙本身存留有行程、購物等外在信息外，熱敏紙上遺留的犯罪嫌疑人手印等人身信息也十分重要。熱敏紙汗?jié)撌钟〉娘@現一直是困擾刑事科學技術人員的一個難題，適用于其他客體的顯現方法并不適用于熱敏紙汗?jié)撌钟〉娘@現，因此存在諸多問題。
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本文通過使用多光譜激光物證勘查儀兩種波段的激光，對遺留在不同客體熱敏紙上的汗?jié)撌钟∵M行研究，通過設計模擬實驗、觀察實驗結果等方式，分析總結實驗結論，旨在發(fā)現常見熱敏紙汗?jié)撌钟∽顑?yōu)顯現波段，探究手印遺留時間對顯現效果的影響，比對熱敏紙正反兩面汗?jié)撌钟★@現效果，以期尋找更優(yōu)的顯現方法，更好地為偵查活動提供線索。
一、熱敏紙的基本結構和基本原理
（一）熱敏紙的基本結構
熱敏紙是在質地優(yōu)良的原紙基礎上再涂蓋一層苯酚類無色染料或是酸性顯色物質形成的一種特殊加工紙。熱敏紙結構一般分成三層，第一層是紙基，被稱為基層，第二層是熱敏涂層，第三層是保護層。其中第二層熱敏涂層（熱敏變色層）在熱敏紙顯色中發(fā)揮著最為主要的作用。熱敏涂層主要包含以下幾種物質：無色染料，主要是熒烷化合物；增感劑；顯色劑，約占熱敏涂層的20%，主要用對羥基苯甲酸、雙酚；潤滑劑；穩(wěn)定劑；黏膠劑，約占熱敏涂層的10%；填料，約占熱敏涂層的50%，常用碳酸鈣微粒等［3］。顯色劑和無色染料可以發(fā)生化學反應，生成一種高濃度的發(fā)色劑，其不溶于水，使得生成的圖像較為穩(wěn)定，不容易褪色；穩(wěn)定劑可以提高熱敏紙的耐熱性、耐濕性；染料的熔點相對較高，使用增感劑可以降低熱敏紙的發(fā)色溫度。
（二）熱敏紙的顯色原理
物理型熱敏紙是用熱能將白色不透明層熔融，將其透明化，從而顯出著色的底基?；瘜W型熱敏紙圖層中主要成分是兩種：一種是隱色染料或者稱為無色染料；另一種是顯色劑。通常在兩類粉末之間有一層薄膜相隔，當機器接收到信號的輸入時，熱敏頭會迅速升溫，當達到一定溫度后作用于熱敏紙表面，受熱過程中這層薄膜融化消失，兩類粉末接觸，相互混合發(fā)生顯色反應，最終呈現在第一層的紙基上顯色。
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目前在現場勘查中應用最廣的是450nm 藍光和532nm綠光?，F場遺留物質如精液、唾液、纖維、油脂、紙張等，不用經過任何處理，便可經過激光照射發(fā)出熒光，從而尋找現場中遺留的痕跡物證；而現場不易察覺的手印，經過熒光粉或者化學熒光試劑的處理，也可以在激光的照射下發(fā)出較強的熒光。450nm 藍光主要應用于發(fā)現生物活性物質，如精斑、汗液、尿液、骨碎片等物質；532nm綠光主要應用于顯現滲透性客體上的手印。
圖1 物證勘查儀激發(fā)光原理圖
二、實驗準備與設計
（一）材料
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（二）手印樣本制作
在鐵道警察學院的學生中隨機選擇10 名（8 名男性，2 名女性）作為手印捺印人，捺印人均為20 歲以下，中等身材，汗液量適中。
用肥皂水將手清洗干凈，自然風干10 分鐘，此過程中不觸摸任何物體，以免污染手印，然后脫脂棉蘸取少量酒精將右手食指擦拭干凈，風干10分鐘后，用右手食指在熱敏紙正面上捺印手印。每組各類熱敏紙各5張，捺印人在每張熱敏紙上連續(xù)捺印4枚手印。在此過程中，捺印時間間隔2分鐘，兩分鐘內手指不接觸任何物體，保證手指汗液的充盈；把捺印的實驗手印樣本進行標號，并標記所在熱敏紙位置，制作新鮮汗?jié)撌钟颖荆?］。
熱敏紙樣本放置在通風且干燥的紙箱中，妥善保存，檢材存放時間為1天、3天、5天、7天、9天、11天、13天、15天；把捺印的手印進行標號并標記所在熱敏紙位置，從而得到遺留時間為15天以內的陳舊汗?jié)撌钟颖尽?/p>
用上述方法在彩票紙正反面捺印汗?jié)撌钟?，制作彩票紙正反面新鮮汗?jié)撌钟颖尽?/p>
三、分析與討論
（一）激光-熒光試劑顯現不同熱敏紙最佳適用波段顯現效果分析
在彩票紙、出租車發(fā)票紙、服裝店收款憑條、ATM 機交易憑條、稅務單、餐館發(fā)票紙等不同客體上噴灑生物顯現試劑這種熒光試劑，利用藍色（綠色）激光對熱敏紙正面上汗?jié)撌钟∵M行照射激發(fā)，佩戴紅色濾光鏡進行觀察，并在相機鏡頭前加裝紅色濾色鏡進行拍照固定，顯現效果見表1。
表1 兩種波段激光激發(fā)顯現效果
由表1 可知，均勻噴灑生物顯現試劑在450nm藍光照射下，彩票紙、餐館發(fā)票紙、服裝店收款憑條顯現效果好，乳突紋線連貫且清晰，細節(jié)特征量多質高，具有檢驗鑒定條件；而出租車發(fā)票紙、ATM交易憑條紙、稅務紙等顯現效果較差，乳突紋線不清晰，斷續(xù)出現，不具備檢驗鑒定條件。均勻噴灑生物顯現試劑在532nm 綠光照射下，彩票紙、出租車發(fā)票紙、服裝店收款憑條紙、ATM機交易憑條、餐館發(fā)票紙、稅務單顯現效果比較理想，手印乳突紋線清晰連貫，細節(jié)特征量多質高，具備手印鑒定條件。
綜合考慮手印熒光效果和熱敏紙的普適性和方法的可推廣性，確定激光（532nm綠光）-生物顯現試劑可以有效顯現熱敏紙上汗?jié)撌钟?，對本次實驗列出的全部熱敏紙均可以顯現出高質量的熒光手印。對比顯現效果見圖2（左側橙色視場為綠光，右側綠色視場為藍光）。
（二）激光-熒光試劑顯現法對陳舊手印的顯現效果分析
以彩票紙、出租車發(fā)票紙、餐館發(fā)票紙、稅務單為實驗樣本，噴灑生物顯現試劑這種熒光試劑，用532nm綠光對熱敏紙正面不同遺留時間的汗?jié)撌钟∵M行激發(fā)顯現，佩戴紅色濾光鏡進行觀察，并在相機鏡頭前加裝紅色濾色鏡進行拍照固定，顯現效果見表2。
表2 不同遺留時間熱敏紙顯現效果
由表2可知，遺留在熱敏紙正面上的15天以內的較陳舊汗?jié)撌钟∮镁G光-生物顯現試劑的方法顯現均可以得到較好的顯現效果，乳突紋線連貫、清晰，細節(jié)特征量多質高。其顯現效果基本不受手印遺留時間的影響，顯現效果見圖3。
圖3 遺留15天內熱敏紙汗?jié)撌钟★@現效果
（三）激光-熒光試劑顯現法對熱敏紙正反面顯現效果比較分析
本次實驗以彩票紙為樣本，正反面各捺印20枚汗?jié)撌钟。瑖姙⑸镲@現試劑，在綠光激發(fā)下，佩戴紅色濾光鏡進行觀察，并在相機鏡頭前加裝紅色濾色鏡進行拍照固定，顯出率、顯現效果見表3。
由表3可知，綠光-生物顯現試劑顯現熱敏紙汗?jié)撌钟?，彩票紙背面顯現效果+++的顯出率僅為10%，而彩票紙正面顯現效果+++的顯出率為100%，得出彩票紙正面的熒光效果明顯優(yōu)于背面。顯現效果見圖4。
表3 熱敏紙正反面顯現效果
圖4 彩票紙背面（左）正面（右）顯現效果
綜上所述，用綠光-生物顯現試劑顯現法可以顯現不同熱敏紙（本實驗所列樣本）上的汗?jié)撌钟?，熒光效果較好，該方法對新鮮手印和遺留時間為15天以內的較陳舊手印有較好的顯現熒光效果，并且熱敏紙的正面熒光效果要優(yōu)于背面，此方法不適用熱敏紙背面汗?jié)撌钟〉娘@現。
（四）討論
本實驗所用激光單色性好，光束溫度比較高，顯現手印時可能會對手印物質本身的生物活性產生一定的破壞和影響，在一線應用時，該方法可以作為一種有損檢驗來使用。本實驗通過驗證性實驗發(fā)現，彩票紙的正面熒光效果要優(yōu)于背面，雖然只驗證彩票紙正反面熒光效果，但是這給我們在實際案件應用中提供了啟發(fā)，要區(qū)別看待熱敏紙正反面實際差別，熱敏紙背面的顯現方法本次實驗未作涉及，為以后的研究方向。本實驗采用隨機選擇的10名大學生作為樣本手印的捺印人，可能沒有普遍的適用性，會存在一定的局限。本實驗采用的化學試劑為曉松科技公司研制的生物顯現試劑，為一種熒光試劑，安全無毒害，無需配置溶液，直接將生物顯現試劑噴灑到熱敏紙遺留手印的部位，使用532nm波段的綠光激發(fā)，其能產生熒光，達到手印顯現的效果。本實驗將噴灑生物顯現試劑的熱敏紙存放半年，重新利用532nm 波段的綠光激發(fā)，發(fā)現也可以產生熒光。繼續(xù)進行驗證性實驗，對固定三年的熱敏紙遺留客體都有很好的熒光效果，這為一些疑難復雜的重大案件手印物證長期保存固定提供了可能。
四、結論
激光-熒光試劑顯現法可以快速顯現熱敏紙上的汗?jié)撌钟。渲袩崦艏堈娴暮節(jié)撌钟★@現效果更好，顯現效果為熒光效果。生物顯現試劑直接噴灑到熱敏紙客體上，在綠色激光下激發(fā)，佩戴橙色濾光鏡觀察，手印呈黃色熒光。此種方法對熱敏紙上新鮮手印和遺留時間為15 天以內的較陳舊手印有較好的顯現熒光效果。該方法操作便捷、快速顯現、不受其他條件限制，易于推廣，具有一定的實用價值，可以作為顯現熱敏紙汗?jié)撌钟〉氖走x辦法。
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