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一篇文章告诉你24种指纹显现技术

2020-01-07

文章转自【司法鉴定服务网,公共安全产品网 —— 弘德网】

 

指纹与DNA被并称为证据之王。世界各国执法机构和科学家对于指纹显现技术进行了长期不懈的探索。本文旨在对指纹显现技术进行一个粗略的梳理和回顾。文章资料收集于相关书籍、论文及网络,错误之处欢迎指正。

 

 

目前常见的方法

 

 

碘熏显现法 

法国人皮埃尔·阿尔伯特于1876年在巴黎发明。碘熏法是通过指印物质中油脂对碘的粘附和吸收作用,利用碘蒸气的熏染来显现潜在指印的方法,显出的指印显褐色。其适用于非渗透性和纸张等大多数渗透性表面的检材。由于碘具有较强的腐蚀性,所以碘熏法不适于金属等易被其腐蚀的检材。

 

碘熏法虽然效果不是很好,但操作方法简单,尤其是用于遗留时间较长的指印的显现处理。由于碘易挥发,显出的指印数分钟即可消失,所以要及时固定。但正由于这一点,对于需要长期保留的公文、信封、贵重文物上的指印用此法显现最为恰当,即不留痕迹也不破坏原物。利用这一点,碘熏法可用在其他显现处理方法之前,对检材进行预处理。

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硝酸银显现法

1887年,法国医生Aubert在研究皮肤病和腺体分泌过程中,将硝酸银溶液涂在纸上显出了汗液指纹。硝酸银溶液与指印遗留物中的氯化物起反应生成氯化银,随后氯化银经过光解反应或者在还原剂的作用下分解成棕黑色的银微粒,从而将指印显现出来。硝酸银显现法适用于纸张、本色木等检材表面的汗液指印,成本低,操作简便,但经其显现处理的指印背景色调较重,容易影响指印的清晰度,因而一旦指印显现出来,要抓住最好时机立即拍照。

 

 

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粉末显现法

此方法由最初为英国苏格兰场警察所使用,最初采用滑石粉、粉笔末、木炭粉作为显现指纹、手印的粉末,但显现效果不佳,1906年美国人斯托克斯改用染料作为显现粉末,效果得到改进。

 

其原理是通过指印物质与粉末的机械吸附作用和静电吸附作用,当显色粉末作用于承受物体表面时,没有颜色的手印纹线因粘滞粉末而被显现出来。主要适用于相对平滑且非粘性的各类检材。常用的粉末包括普通粉末(铝粉、铜粉)、磁性粉、荧光粉等。

 

 

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悬浮液显现法

悬浮液显现法出现于20世纪初,针对于粉末显现法不适用的潮湿或粘性物体表面。微粒悬浮液就是在水中加入悬浮粉末再加入适量的表面活性剂,形成悬浮液。其显现指印的原理类似于粉末法,其本质还是指印遗留物中油脂对粉末的吸附作用。微粒悬浮液法利用指印遗留物质中油脂、汗垢对水的不溶解性和悬浮液中粉末对指印的吸附性,可以直接显现因为雨、雪、水浸等其他原因而潮湿的光滑载体表面上的指印。

 

 

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茚三酮显现法

1910年Ruhemann研制出茚三酮(又名宁西特林),最初用于生物医学界检验氨基酸。1954年瑞典犯罪对策学家Oden和Von Hof-sten首先利用茚三酮显现出了汗液指纹。1957年茚三酮被正式用于显现犯罪现场的潜在性指纹。

 

其原理是印三酮与指印遗留物质中的氨基酸成分反应生成一种称为鲁赫曼紫的蓝紫色产物,从而将指印显现出来。适用于各种纸张、本色木等检材上的汗液指印和潜血指印,而且一直是显现渗透检材(特别是纸张)上潜在指印最常用、最有效的试剂,不适于显现光滑客体表面的指印。茚三酮显现法使用方便,效果显著,尤其适用于检验遗留时间超过几个月或几年的指印。

 

 

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VMD真空镀膜技术

1970年英国内政部所属的警察科学发展部最先将真空镀膜技术应用于法庭科学,采用蒸发金和锌的方法成功显现出了非渗透性客体如聚合材料包装膜上的潜在手印。

 

真空镀膜显现指印,是使用真空镀膜机将金属蒸发呈气体原子,附着到检材表面形成一层薄膜,使指印与背景产生反差,从而显出潜在指印的一种物理方法。随着技术的发展,镀膜可以由单层到多层,达到了彩色真空镀膜显现指印的程度。其优点在于不管指印遗留的时间长短,显现效果都一样,而且可以显现沾过水的指印,但要求工作人员有丰富的操作经验。真空镀膜技术显现的指印,要立即拍照固定,特别是在湿热的环境中金属容易氧化,使指印极易褪色。

 

 

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四甲基联苯胺显现法

1974年Holland等合成了四甲基联苯胺(3,5,3’,5’-Tetramethy 1-benzidine,缩写为TMB),并作血痕检验。

 

四甲基联苯胺(TMB)显现法是利用在双氧水的存在下与潜血指印反应而生成蓝绿色的四甲基联苯胺蓝,从而将潜血指印显现出来。TMB显现潜血指印速度快,灵敏度高,适用范围极广,操作方法简单。可以说,TMB显现法已成为潜血指印显现中最常用的、最有效的一种方法。

 

 

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溶液染色法

溶液染色法是利用指印遗留物质中某些成分或经过适当处理的指印与溶液中的有色物质具有特异的吸附,从而将指印显现出来。氨基黑、龙胆紫、苏丹黑、考马斯亮蓝、亮绿、丽春红等生物染色剂都可用来显现指印。最早的应用记录是Bradford 于1976年建立起来的马考斯亮蓝法。

 

 

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光学检验法

此方法由1976年加拿大施乐研究中心一组试验人员首先发现,同年B.E.Dalrymple,J.M.Duff和E.R.Menzel在密西根-安大略鉴定年会上首次报道用氩离子激光器显出了指纹,该研究成果在次年的《法庭科学》杂志上发表。光检验法是利用各种光源,或利用各种配光技术,通过拍照方式将遗留在物体表面的潜在指印提取固定下来。光检验法是一种无损检验方法,任何怀疑有指印的检材在使用各种物理化学方法显现处理前都应当先进行光学检验。光学检验法显现潜在指纹,有两种作用原理:一是增加纹线与背景的亮度反差,二是减弱或消除指印背景上的图案和其他细节干扰。

 

 

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α——氰基丙烯酸乙酯显现法(502熏显)

1976年初日本国家警察局犯罪鉴定部发明,不久,在日本的美国陆军刑事科学实验室将这种技术介绍到美国,1983年该方法在我国首次报道使用,此后还出现了一步式荧光502熏显法(Lumicyano)。

 

“502”胶是以a-氰基丙烯酸乙酯为主体,由于有很强的吸电子基团-CN的存在,a-氰基丙烯酸乙酯单体很容易在水或弱碱的引发下进行阴离子型聚合,形成的固状物,基于潜指印本身具有或处理后具有的湿度或弱碱条件,从而显现出潜指印。

 

 

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DFO显现法

1990年美国的C.A.Pounds和G.Grigg等发现了一种新的氨基酸显色剂(1,8-二氮芴-9-酮,简称DFO),使利用荧光剂显现指纹有了一个新的飞跃。

 

DFO是一种类似于茚三酮的测定氨基酸的试剂,其与指印遗留物质中的氨基酸成分起反应生成一种淡粉色的化合物,这种产物在蓝绿激光激发下具有较强荧光,从而将潜在指印显现出来。

 

DFO显现法适用于显现渗透性检材,特别是纸张上的汗液、潜血等其他含有氨基酸成分的指印。相对于其他荧光处理方法,DFO方法具有一次处理形成荧光指印和灵敏度高的优点。

 

 

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茚二酮显现法

茚二酮由于20世纪90年代在国外首次报道,茚三酮试剂在显现渗透性客体上的手印时会出现紫红色物质“鲁赫曼紫”,易溶于水,虽然经过后期的金属盐处理后能显出橙色荧光,但是荧光强度较弱,适用于浅色背景客体上的手印显现,而对于深色、复杂客体的显现效果并不理想。而茚二酮显现技术的优势在于茚二酮本身属于荧光试剂,与汗液中氨基酸反应的灵敏度高,在多波段光源(绿光)的照射下产生很强的橙色荧光,可以减少背景干扰,对客体污染小,其荧光性能和灵敏度明显高于DFO显现法,是一种可以替代传统方法较为理想的手印显现试剂。

 

 

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新技术发展

1、 新材料

纳米材料

 

 

1989年Saunders提出了多金属沉积法(MMD)。随后,Sametband M,Shweky I等对 MMD 进行了改进,用烷基硫醇修饰纳米金的石油醚溶液替代柠檬酸金,提高了指纹显现效率。1999 年,Menzel E等使用 CdS 纳米颗粒成功显现汗潜指印,开创了纳米复合材料应用的新领域。

 

荧光材料

1997 年,Allred CE,Menzel ER.等将金属铕与三辛基氧化膦或乙二胺四乙酸等形成配合物与指纹中的油脂发生吸附作用,用紫外灯照射,指印发出荧光 。Rowel等合成了一种表面被疏水性物质包覆的二氧化硅纳米粒子,通过与指纹物质中DNA链的碱基对形成强力的疏水键显现出油脂类潜在指纹 。

 

新型化学熏蒸法

此项技术是由拉夫堡大学、英国国防科技实验室(DSTL)与英国法斯特公司共同研制、开发,于2017年在《科学与司法杂志》上发表了相关技术演示视频。此方法主要针对疑难客体,能够对射击后弹壳表面手印、爆炸/火灾现场提取的金属碎片上遗留手印、擦拭或水浸清洗后的金属刀具、SIM卡、各种金属镀层物证遗留手印进行快速显现。目前此方法所用试剂配方属于商业机密未公布。

 

 

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2、光谱成像与质谱法

红外光谱成像技术

2004年,Williams DK等将红外光谱成像技术用于检测指纹中残留物质 。2007年,Ricci  C等利用全衰减傅里叶变换红外光谱成像法(ATR-FTIR)成功显现了指印,并发现了指纹物质中脂质和氨基酸随时间变化规律。2009年,Bhargava  R,Perlman RS等利用反射-吸收模式,通过检测指纹不同化学成分进行重叠指纹的区分。ATR-FTIR法除了用来检测指纹物质成分外,还可检测其他外源性物质,如爆炸残留物等,但灵敏度较差。

 

拉曼光谱成像技术

拉曼光谱属于振动光谱技术,不会破坏检材。2004 年,Day  JS,Edwards HG等使用拉曼光谱技术对指印中的毒品和其他外源性物质进行检测,如可待因、苯丙胺、硝基安定、巴比妥等及咖啡因、阿司匹林等,但未能对指纹中物质分布进行成像显示。2009年,Widjaja E等将胶带粘取、多变量数据分析技术与拉曼光谱成像技术相结合,用于检测油潜指纹中的化学成分和痕量物质信息。随后,Connatser RM,Prokes SM等使用了银-高弹体基底,使振动谱带强度进一步加强,实现了疑难指纹表面增强拉曼光谱成像 。2012年,Song W,Mao Z等将免疫分析技术与表面增强拉曼光谱成像技术结合,检测人工模拟指纹中蛋白质,显现出清晰的指纹图像。

 

质谱成像技术

2008年,Ifa DR,Manicke NE 等应用解吸电喷雾离子化-质谱法对指纹中可卡因进行检测,指纹中可卡因的分布图经电脑处理后得出清晰的指纹 ,但成像分辨率偏低,该方法对外源性物质的识别力高。2011年,Ferguson L,Bradshaw R等发明了两步基质沉积法显现潜在指纹,取代了传统的喷涂法,通过检测指印代谢物可显现出内源性物质含量很少的潜在指纹。该方法灵敏度高,时间短、效率高,可用于犯罪现场潜在指纹的提取。

 

 

 

 

 

3、电化学应用

扫描电化学显微镜法

2007年,Zhang M,Qin G等用扫描电化学显微镜检测蛋白质修饰的潜在指纹,先用银染法或多金属沉积法对指纹进行预处理,再用扫描电化学显微镜观察扫描过程中电流变化来显现指纹 。之后,Zhang M,Zuo Y等人也使用扫描电化学显微镜技术成功地显现了塑料、玻璃、金属等客体表面的指纹,该方法能清晰地显现潜在指纹,并显现出其汗腺分布情况 。

 

电化学表面等离子共振光谱法

2010年,陶农建等首次将表面等离子共振光信号推导出的局部电流变化来显现汗潜指印。该方法能够清晰地显现汗潜指印并能对痕量物质进行检测,如指纹中的爆炸残留物 。

 

电致变色

2001年,Bersellini C,Garofano L等首次将具有电致变色效应的聚吡咯电沉积到载有潜在指纹的金属表面,通过电致变色效应实现了指纹的反相成像。2009年,Beresford C,Giannetto M等人应用更稳定的导电聚合物聚苯胺,通过电致变色效应显现出不锈钢表面的指纹,并通过改变电位调节聚苯胺上电荷状态,使聚苯胺显现出不同的颜色,增强显现指纹与背景反差。但是纳米级的绝缘物会阻碍聚苯胺电子转移,该方法能够清晰显现微米级厚度的指纹。其后,他们改用PEDOT导电聚合物显现潜在指纹,进一步提高了显现质量。

 

扫描开尔文探针

2001年,Williams G,Mcmurray HN等使用扫描开尔文探针成功显现了潜在指纹。利用汗潜指印中富含的无机物,如氯离子等,引起金属表面电化学去钝化现象,导致探针局域 Volta 电位变化而显现指印。此后,通过优化探针和扫描参数,使得该方法可以显现粗糙表面上的指印 。

 

 

 

 

 

4、生物技术

免疫荧光标记法

免疫荧光标记法是通过抗体抗原免疫反应,检测指纹中的代谢物,显现潜在指纹。2007年,Leggett R,Lee-smith EE等采用抗体-纳米金成功地检测到指纹中的可替宁,将可替宁的抗体连接金纳米粒子,并将抗体与标记荧光染料的二抗结合,利用抗原-抗体、一抗-二抗之间的免疫反应以及纳米金的放大作用,通过荧光成像显现清晰指纹 。

 

核酸适配体识别技术

2012年,Wood  M,Maynard P等首次将标记荧光染料的核酸适配体与指纹中溶解酵素作用而显现潜在指纹。其后,Li K,Qin W 等使用纳米金光子学方法对指纹中纳克级可卡因进行检测,清晰显现潜在指纹。2014年,Wang  J,Wei  T等用溶菌酶适配体功能化的上转换纳米粒子、适配体-荧光素、适配体-量子点三种材料检测潜在指纹中的溶菌酶,比较结果发现,上转换纳米粒子的显现效果较好 。

 

 

 

相信随着科技的进步,将会不断涌现更多的指纹显现技术,为刑事侦查工作插上科技的翅膀。