纳米二氧化钛荧光粉末显现潜在手印研究
王婉婷, 赵雅彬, 罗亚平
中国人民公安大学刑事科学技术学院,北京 100038
通讯作者:罗亚平,女,教授,博士。E-mail:lyp6698@163.com

作者简介:王婉婷(1989-),女,河北沧州人,硕士研究生,研究方向为痕迹检验技术。E-mail:wantingwang@126.com

摘要

目的 使用荧光染料包覆纳米二氧化钛颗粒,制备具有荧光效果的纳米二氧化钛粉末材料,并探索应用纳米二氧化钛荧光粉末显现潜在手印的方法。方法 使用实验室合成的苝二酰亚胺染料与纳米二氧化钛微粒按照一定质量比混合制备形成荧光粉末,通过扫描电子显微镜对其进行表征,观察颗粒结构特征。在玻璃、瓷砖、透明塑料片、彩色塑料包装、易拉罐5类非渗透性客体上捺印手印,观察纳米二氧化钛荧光粉末对不同非渗透性客体上新鲜潜手印的显现效果。分别在5种客体上制作遗留时间为1、4、7、15d的手印样本,考察遗留时间对纳米二氧化钛荧光粉末显现自然陈旧手印效果的影响。将新鲜手印置于标准大气压100℃条件下分别加热1~72h,使用纳米二氧化钛荧光粉末显现,考察其对高温老化手印的显现效果。结果 纳米二氧化钛荧光粉末为粒径100~200nm的圆形颗粒;在蓝绿光激发下可发出较强的荧光,能显现多种非渗透性客体上的新鲜手印,与背景反差明显并且能显著降低复杂背景对手印纹线的影响;显出新鲜手印中80%以上具有鉴定条件。纳米二氧化钛荧光粉末对遗留15d以内的陈旧手印仍具有较好的显现效果。100℃高温环境对手印显现效果没有明显影响。结论 纳米二氧化钛荧光粉末经济、环保,显现操作简单,易于推广。

关键词: 手印; 荧光粉末; 二氧化钛
中图分类号:DF794.1 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2015)01-0008-04 doi: 10.16467/j.1008-3650.2015.01.002
Detection of Latent Fingerprint Using Fluorescent Nano-dye/TiO2 Powder
WANG Wan-ting, ZHAO Ya-bin, LUO Ya-ping
School of Criminal Science and Technology, People’s Public Security University of China, Beijing 100038, China
Abstract

Objective To explore a new approach for developing latent fingerprints by using fluorescent titanium dioxide nano-particles.Methods Titanium dioxide nano-particle was coated with fluorochrome and the morphological feature was observed by scanning electron microscope (SEM). Five kinds of non-porous surfaces, including glass, transparent plastic, colored plastic, tile, and can were used in this experiment. Fingermarks were deposited after wiping fingers over the forehead in succession and then pressing them onto substrates. The fluorescent powder was applied to fingermarks deposited on the surfaces. The fingermarks were stored for 1, 4, 7 and 15d or heated at 100℃ for 1~72h before treated. The samples were then observed in the luminescence mode using a Polilight alternative light source with the emission set at excitation wavelength of 515nm.Results Observation of the prepared powders using SEM shows that the dye-coated particles’ size varies from 100 to 200nm in diameter. The fluorescent dye/TiO2 powder was light pink particles under white light. Illuminated at 515nm, TiO2 particles coated with fluorescent dye exhibited strong fluorescence. When latent fingerprints detected with this fluorescent powder, particles could be selectively adhered to the latent fingerprint deposit. Fingerprints developed with fluorescent dye/TiO2 showed strong orange-red luminescence and clear details of ridge. On several nonporous substrates, the new powder gave a lower background and thus better contrast in developed fingerprints. Colored surfaces were also tested and the results demonstrated the advantages of the fluorescent powder with better contrast. Storage time of fingerprints did not make significant difference in the quality of developed fingerprints on glass. The fluorescent dye/TiO2 powder gave satisfactory results when applied to 15-day fingerprints retained on substrates of glass, transparent plastic and cans. The enhancement for detail was slightly less than that with fresh prints, but the powder still revealed clear images. While for colored plastic, the image of older marks (>7d) developed by fluorescent dye/TiO2 powder showed less ridge details. Fingerprints on tile developed by fluorescent dye/TiO2 powder showed strong fluorescence, but the image of older marks became indistinct over time. When the fingerprints heated for 1~72h were developed with the fluorescent dye/TiO2 powder, the quality of developed fingerprints was as for fresh fingerprints. However, a slight reduction in fluorescence intensity was observed towards the 72h setting as fingerprint deposit dried out and lost its stickiness.Conclusions Fluorescent nano-dye/TiO2 powder is a new developing method that can be applied to develop fresh as well as aged latent fingerprints on nonporous substrates without background color requirements. This method is very sensitive and selective; the fluorescence can be excited at 515nm and observed through an orange-red long-pass filtering barrier. This fluorescent powder is easy to use, low-cost and non-toxic, it can be used for developing latent fingerprints.

Keyword: fingerprints; fluorescent powder; titanium dioxide

粉末显现法是显现潜在手印最常用的技术, 在犯罪现场勘查中被广泛使用[1]。然而, 传统粉末在使用过程中仍存在一些问题, 如轻金属粉末极易飘浮于空气中, 一些荧光粉末污染环境, 颗粒状的磁性粉末对陈旧手印灵敏度不高等。因此, 在取代粉末法的新技术出现之前, 研究对人体、环境无危害的绿色环保粉末是一种改进途径。

二氧化钛(俗称钛白粉)是金属钛的一种氧化物。纳米二氧化钛应用于手印显现最早报道于2002年, David[2]提出金红石型二氧化钛可显现黑色电工胶带粘面和滑面的潜在手印。近年来, 国内外研究人员针对二氧化钛进行了大量研究[3, 4, 5], 证实二氧化钛对深色非渗透性客体表面的各类手印均具有较好的显现效果。

苝二酰亚胺类化合物是一类具有特殊稠环结构的光致发光材料。1913年, Friedlander首次合成了花二酰亚胺类化合物[6], 作为一种廉价易得的有机染料, 它在可见光区域有很强的吸收, 具有极好的热稳定性、光稳定性、化学稳定性以及极高的荧光量子效率[7], 无毒, 对身体无害。笔者选用苝二酰亚胺类化合物为荧光染料, 尝试将其与纳米二氧化钛结合, 制备一种新型纳米二氧化钛荧光粉末, 并对其在手印显现中的应用进行初步探索。

1 材料与方法
1.1 材 料

仪器:电子天平、超声清洗机、恒温干燥箱、多波段光源、Quanta 650FEG场发射扫描电子显微镜、数码相机。

试剂:二氧化钛、二氯甲烷、苝二酰亚胺染料。

1.2 纳米二氧化钛荧光粉末的制备

用电子天平称取0.1g苝二酰亚胺染料放入大小合适的烧杯中, 加入100mL二氯甲烷, 用玻璃棒不断搅拌使染料充分溶解。取1g二氧化钛粉末, 分散于溶有染料的烧杯中, 室温下超声震荡数小时使其充分混合。反应结束后将所得产品放入恒温干燥箱中于65℃标准大气压下烘干10h。将烘干后的混合物放入研钵中反复研磨, 直到获得满意的粉末。

1.3 样本制作

以油汗混合手印作为样本, 选取玻璃、瓷砖、透明塑料片、彩色塑料包装、易拉罐五种承载客体。10名志愿者(7名男性, 3名女性)双手不用清洗, 用手在鼻翼两侧或额头触摸后分别于每种客体上连续捺印5枚手印, 每种客体上共得到新鲜手印50枚。

1.4 实验方法

1.4.1 样本表征 利用Quanta 650FEG场发射扫描电子显微镜对本实验配制的纳米二氧化钛荧光粉末进行表征。

1.4.2 显现实验操作 纳米二氧化钛荧光粉末同普通粉末的显现操作方法相同。用毛刷蘸取少量纳米二氧化钛荧光粉末, 对待显客体进行刷显。刷显时应将毛刷垂直于待显客体轻轻扫动, 待有纹线显出时应顺纹线走向刷显。手印显出后将多余的粉末清扫干净。

显出的手印在自然光下用数码相机拍照固定。若反差较小, 效果不明显时可用数码相机在多波段光源蓝绿光激发下透过橙色滤光片对样本进行拍照固定。

2 结 果
2.1 纳米二氧化钛荧光粉末电镜分析

纳米二氧化钛颗粒呈圆形(见图1), 粒径为100~200nm, 分散性较好, 仅有轻微的团聚现象。使用指纹刷显现潜在手印时, 只需在刷头蘸取少量纳米二氧化钛荧光粉末即可获得较好的显现效果, 粉末在空中飘浮性较低, 不会在空气中大范围、长时间飞扬。

图1 纳米二氧化钛扫描电镜图Fig. 1 SEM image of fluorescent nano-dye/TiO2 powder

2.2 纳米二氧化钛荧光粉末显现手印效果

2.2.1 新鲜手印的显现效果 纳米二氧化钛荧光粉末在自然光下为浅粉色颗粒, 粉末细腻、颗粒小。用指纹刷对潜在手印进行刷显时, 纳米二氧化钛荧光粉末可选择性地吸附于手印上, 滞粉现象少, 显现出的手印纹线清晰、连贯。在自然光下观察, 手印纹线呈浅粉色, 在蓝绿光激发下, 荧光粉末被激发出高强度荧光, 透过橙色滤光镜观察, 手印纹线呈橙红色, 在多种客体上均能获得良好的反差, 克服了白色二氧化钛粉末显现浅色客体时反差不明显的问题。对于易拉罐和塑料包装等彩色客体, 纳米二氧化钛荧光粉末可显著降低复杂背景对手印纹线的影响, 有效提高手印显现效果。非渗透性客体上新鲜手印的显现效果见图2图3

图2 易拉罐上手印显现效果。左:自然光下; 右:蓝绿光激发下。Fig. 2 Fingermark images detected by fluorescent dye/TiO2 powder applied onto colored cans. The left was observed with white light and the right with Polilight alternative light source at 515nm excitation and observed with orange-red goggles.

图3 塑料包装上手印显现效果。左:自然光下; 右:蓝绿光激发下。Fig. 3 Fingermark images detected using fluorescent dye/TiO2 powder applied onto plastic packaging. The left was observed with white light and the right with Polilight alternative light source at 515nm excitation and observed with orange-red goggles.

2.2.2 新鲜手印显出率 将纳米二氧化钛荧光粉末在多种客体上显现出的手印数量及其中满足鉴定条件(可反映出8个以上细节特征)的手印数量进行统计, 统计结果见表1

表1 不同客体上的显现结果(每种客体50枚) Table 1 Results of latentprint samples treated with fluorescent dye/TiO2 powder (50 samples for each substrate)

表1可以看出, 各类非渗透性客体上的新鲜手印基本都可被纳米二氧化钛荧光粉末显现, 其中80%以上的手印能反映出足够多的细节特征, 具有鉴定价值。仅有少数潜在手印由于遗留时作用力过大, 手印纹线连在一起, 当用纳米二氧化钛荧光粉末进行刷显时形成粉末堆积而影响显现效果。

2.2.3 陈旧手印的显现效果 本实验考察了纳米二氧化钛荧光粉末对自然陈旧手印和高温老化手印的显现效果。玻璃、瓷砖、透明塑料片、塑料包装、易拉罐上捺印的手印在自然条件下分别保存1、4、7、15d后, 用纳米二氧化钛荧光粉末进行显现。实验结果表明随着遗留时间的延长, 手印遗留物质不断蒸发、干涸, 指纹粉末对手印的吸附力减弱, 手印纹线变细、有纹线中断现象。在自然光下观察可较清晰完整地反映出手印的细节特征。在多波段光源蓝绿光激发下, 手印的荧光强度随遗留时间的延长而逐渐减弱, 玻璃、透明塑料片、易拉罐上遗留15d的陈旧手印仍能反映出足够的细节特征, 具有鉴定条件(见图4)。塑料包装上遗留时间超过7d的陈旧手印, 荧光强度明显下降, 与背景的反差降低, 仅能识别出手印纹线(见图5左)。瓷砖上显出的手印均具有较强的荧光, 但随着遗留时间的延长, 乳突纹线与小犁沟的的反差逐渐降低, 手印纹线粘连在一起而影响显现效果(见图5右)。

图4 玻璃上不同时间陈旧手印显现效果Fig. 4 Aged fingermarks on glass, stored for 1, 4, 7 and 15d and developed by fluorescent dye/TiO2 powder

图5 手印显现效果。左:塑料包装上遗留7d的手; 右:瓷砖上遗留15d的手。Fig. 5 Fingermark images. Left: 7-day-old latent fingermark on plastic packaging and developed by fluorescent dye/TiO2 powder; right: 15-day-old latent fingermark on tile and developed by fluorescent dye/TiO2 powder.

为考察纳米二氧化钛荧光粉末显现高温老化手印的灵敏度, 将玻璃上的手印样本置于恒温干燥箱中在100℃条件下分别加热1、2、5、10、15、24、36、48、72h后用纳米二氧化钛荧光粉末显现。实验发现, 高温加热对纳米二氧化钛荧光粉末的显现效果没有明显影响, 加热72h后, 纳米二氧化钛荧光粉末显出的手印仍具有较强的荧光效果及清晰的细节特征(见图6)。随着加热时间的延长, 手印中的汗液不断蒸发, 但手印残留物中的油脂在此温度下较稳定, 并未发生明显的热分解反应, 由此可推断, 手印残留物中的油脂成分是影响纳米二氧化钛荧光粉末吸附力的主要因素。

图6 玻璃上不同加热时间显现效果Fig. 6 Fingermarks on glass and heated for 1, 10, 36 and 72h under 100℃ and developed by fluorescent dye/TiO2 powder.

3 讨 论

本实验初步制备了具有荧光效果的纳米二氧化钛粉末, 并对多种客体上的潜在油汗混合手印进行了显现。实验结果表明, 荧光纳米二氧化钛作为一种新型粉末, 能够显现非渗透性客体表面的新鲜及陈旧手印。使用纳米二氧化钛荧光粉末显现出的手印在蓝绿光激发下具有较强的荧光效果, 纹线清晰、连贯、细腻, 背景干扰小, 反差明显, 可以减轻复杂背景对手印纹线的干扰。但本文仅是对纳米二氧化钛荧光粉末的初步探索, 还需要对染料种类的选择和其与二氧化钛颗粒的配比进行进一步研究, 以优化试剂配方。此外, 在下一步的研究中要将其与传统粉末进行比较, 确定其在手印显现中的优势, 探讨替代传统粉末应用于手印显现的可能性。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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[2] Wade D. Development of Latent Prints with Titanium Dioxide (TiO2)[J]. J Forensic Identification, 2002, 52(5): 551-560. [本文引用:1]
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