1.1.1 物理显影液显现手印原理

物理显影液(PD)是一种含银的水基试剂, 溶液中的银离子在氧化还原溶液的作用下还原成单质银, 其化学反应方程式为Ag⁺+Fe²⁺+H₃Cit=Ag+FeCit+3H⁺(这里的H₃Cit表示柠檬酸, Cit^3-即负三价的柠檬酸根离子)^[11].单质银在柠檬酸根离子和表面活性剂的作用下, 并不迅速沉淀, 而是形成胶质银悬浮在溶液中.手印物质中的油脂成分对溶液中的胶质银有吸附作用, 当遗留有手印的客体浸入物理显影液中时, 胶质银遇到油脂成分, 会先在手印上有油脂的部位形成银核.银核激发物理显影, 促进银离子的还原反应向着正反应方向进行, 胶质银在银核处聚集, 形成一个个银球, 从而显现出灰黑色的手印纹线.

1.1.2 油红O显现手印原理

油红O(ORO)是一种脂溶性染料或者说是脂肪染色剂, 其他名称为1-[2, 5-二甲基-4-(2, 5-二甲基苯偶氮)苯偶氮]-2萘酚, 苏丹红5B, 溶剂红27.分子式:C₂₆H₂₄N₄O, 分子量为408, 其结构式见图1.ORO作为脂肪染色剂, 从其分子结构上来说, 有一部分结构负责与脂肪结合, 有一部分结构负责将脂肪染色.简单的说, 脂肪染色剂就是通过溶解在脂肪中从而使脂肪带色.油红O分子中的氮氮双键, 芳香环发色团与羟基助色团决定了它所吸收的可见光波长为518 nm^[12], 从而使得油红O本身呈红色, 用它来染色也就将脂肪成分染成红色.在用油红O染液显现手印时, 染液中的油红O分子进入手印中的脂肪成分使脂肪带色, 从而使手印纹线呈红色显出.

图 1

Fig.1

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	图 1 油红O分子结构式Fig.1 Molecular structure of Oil Red O

1.2.1 实验器材与药品

量筒, 烧杯, 镊子, 玻璃棒, 电子天平, 磁力搅拌器, NIKON D70数码相机- 60 mm微距镜头(日本尼康公司); 硝酸铁, 硫酸亚铁铵, 柠檬酸, 烧杯, 蒸馏水, 十二烷胺乙酸盐, 吐温20, 硝酸银, 马来酸(顺丁烯二酸), 油红O, 甲醇, 氢氧化钠, 磷酸二氢钠, 磷酸氢二钠.

1.2.2 样本制作

1.2.3 溶液配制

物理显影液:① 氧化还原液配方:取硝酸铁30 g, 硫酸亚铁铵160 g , 柠檬酸20 g放入1000 mL烧杯中, 加入蒸馏水900 mL 搅拌使其完全溶解备用.该氧化还原液应当密闭保存, 以防氧化; ② 表面活性剂:取十二烷胺乙酸盐3 g, 吐温203 mL, 溶于900 mL去离子水中制成溶液备用; ③ 硝酸银溶液:取硝酸银10 g 溶于50 mL 蒸馏水中制成溶液避光保存备用; ④ 马来酸溶液:取马来酸50 g 溶于1000 mL 蒸馏水中制成溶液备用.将以上4种溶液分别配制好后, 先量取90 mL 的氧化还原溶液倒入干净的烧杯中, 然后加入4 mL浓缩表面活性液, 充分搅拌约5 min后再加入5 mL 硝酸银溶液, 充分搅拌约5 min, 即配制成显现工作液.该工作液寿命的长短与外界条件(如温度高低, 密闭程度等)有关, 通常约为1~2周, 可保存在棕色玻璃试剂瓶中.

油红O溶液:① 油红O染色液配方:取1.54 g油红O溶于770 mL甲醇, 搅拌均匀, 配成油红O甲醇溶液; 取9.2 g NaOH溶于230 mL蒸馏水中, 搅拌至完全溶解, 配成NaOH溶液.将上述两种溶液混合均匀后, 过滤, 配成油红O甲醇染液, 置于棕色瓶中避光保存.② pH7缓冲液配方:取15.6 g磷酸二氢钠溶于400 mL蒸馏水中, 搅拌至完全溶解.取26.6 g磷酸氢二钠溶于600 mL蒸馏水中, 搅拌至完全溶解后与上述溶液混合均匀即可.

实验前, 分不同的手印遗留时间段, 将收集的所有手印样本沿中轴线裁剪, 分别用于两种方法的显现.

1.3.1 油红O溶液处理样本

样本左半部分用油红O方法显现.显现时, 先将样本在油红O甲醇染色液中浸泡5 s左右后取出, 然后在pH7缓冲液中进行漂洗, 直至背景颜色变淡, 手印纹线凸显, 取出后在空气中晾干.

1.3.2 物理显影液处理样本

样本右半部分用物理显影液方法显现.显现时, 先将检材浸入马来酸溶液中进行预洗, 直至纸张内部全部渗透溶液; 然后将检材取出在蒸馏水中进行清洗; 再将清洗过的检材放入配置好的工作液中进行浸泡显现, 待有手印纹线显出后将检材取出, 在置于干净的蒸馏水中进行漂洗, 最后取出晾干即可观察并拍照固定.

1.3.3 样本手印评分标准

将显出的手印按照清晰度分为3, 2, 1, 0共四个分值等级.3分:纹线细节特征清晰, 有鉴定价值; 2分:有足够多的纹线细节特征可供比对; 1分:有一些可辨特征, 但质量, 数量均不足以进行比对; 0分:无法显现, 看不见纹线, 看不到细节特征.分别统计出不同遗留时间段, 不同等级的手印数量.

物理显影液和油红O方法都适用于渗透性纸张上的潜在手印尤其是油脂成分丰富的手印的显现, 油脂的疏水性也使得对于水浸泡过的潮湿渗透性客体, 也同样可以使用这两种方法进行显现, 这是二者的相同之处.不同之处在于:物理显影液显现手印时, 通过化学反应生成用于显色的银粒子后, 利用手印物质对显色银粒子的物理吸附使其覆盖在手印物质上面, 由于手印物质处沉积的银粒子多余客体其他地方的银粒子, 所以手印纹线能以较大反差呈现在客体上; 而油红O显现手印时, 用于显色的油红O分子进入手印物质中, 并溶解在其中的脂肪成分中, 由于油红O在脂肪中的溶解度大于在客体其他物质中的溶解度, 所以使手印纹线以较大反差呈现在客体上.两种显现方法的显色粒子与手印物质的关系见图2.

图 2

Fig.2

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	图 2 物理显影液显现法(左)和油红O显现法(右)中显色粒子与手印物质关系Fig.2 Reactions between color particles and fingerprint’ s residues by way of PD(left)and ORO(right)

从溶液的配制过程来看, 物理显影液配制过程较为复杂, 其工作液主要由氧化还原液, 马来酸溶液, 表面活性剂和硝酸银溶液按照一定比例混合配置而成, 每种溶液配制时都需要保证试剂完全溶解, 使用的容器也要保证完全清洁, 对操作条件要求较高, 耗时较长; 油红O溶液处理手印的时候会将背景染色, 所以需要配制染色液和pH7缓冲液, 先对待显客体染色, 之后用缓冲液进行背景的脱色处理, 染色液的配制不能保证油红O完全溶解, 可以在充分搅拌均匀后使用定性滤纸过滤, 不会影响显现效果, 整个溶液配制过程简单, 耗时较短.

从样本处理的过程来看, 物理显影液方法需要将样本依次在马来酸, 蒸馏水, 工作液, 蒸馏水等溶液中进行浸泡处理, 耗时较长, 手印纹线显出速度较慢; 油红O方法的操作相对简单, 只需染色和漂洗两步即可完成, 耗时较短.

本实验主要用物理显影液及油红O显现法对实验室常见的几种纸张上的油汗混合手印进行显现处理, 并根据手印评分标准对这两种方法在不同质地的纸张上的手印显出率及显现效果进行统计, 并做出科学合理的比较.从总体比较来看, 在选用的10种渗透性客体上, 油红O的显出率及显现效果均好于物理显影液(见表1).

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 油红O方法和物理显影液显出不同等级手印数量分布 Table 1 The quantity and quality of fingerprints developed by ORO and PD on different objects 显现方法 手印等级 白色复印纸 粉色复印纸 薄牛皮纸 厚牛皮纸 传真纸 热敏纸 稿纸 压敏纸 报纸 胶版纸 ORO 3 14 32 11 12 0 6 14 5 7 8 ORO 2 8 5 2 5 25 4 7 7 3 2 ORO 1 10 3 8 8 11 20 10 13 9 9 ORO 0 8 0 19 15 4 10 9 15 21 21 PD 3 6 4 0 3 1 4 4 6 0 7 PD 2 2 3 0 2 4 6 3 4 0 3 PD 1 6 11 3 8 4 3 7 5 2 8 PD 0 26 22 37 27 31 27 26 25 38 22

表 1 油红O方法和物理显影液显出不同等级手印数量分布 Table 1 The quantity and quality of fingerprints developed by ORO and PD on different objects

对于本实验中遗留1 天的手印样本显现效果而言, 物理显影液在光滑的, 结构致密的纸张上, 显现效果较好, 如胶版纸, 复印纸, 厚牛皮纸等; 而油红O的显现效果与纸张本身质量关系较大, 主要受手印遗留物质中脂肪成分的影响(见图3).造成这种现象的原因主要是这两种方法显现手印的原理不同:物理显影液是利用银粒子在纹线表面沉积来显出手印, 或者说是利用手印物质对银粒子的吸附来显出手印, 在这样的原理下, 客体表面越光滑, 结构越致密, 银粒子就越能均匀的吸附在手印纹线上, 使纹线清晰, 反差明显; 如若客体表面粗糙, 多孔, 银粒子沉积不匀, 显出的手印纹线不够细腻, 质量则不佳.而油红O显现法是利用染液中的油红O分子进入手印物质中的脂肪成分, 使脂肪着色来显出手印的, 只要遗留的手印中含有脂肪成分, 就能将其显出, 显出的手印质量与手印遗留的质量相关.

图 3

Fig.3

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	图 3 油红O(样本左侧)与物理显影液(样本右侧)显现不同纸张上手印效果比较.(A为彩色复印纸, B为白色复印纸, C为稿纸, D为厚牛皮纸, E为胶版纸).Fig.3 Effect on different papers by ORO(left half)and PD(right half)methods using the “ split print” approach. A: color copy paper; B: copy paper; C: scratch paper; D: chick kraft paper; E: offset Paper.

图 4

Fig.4

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	图 4 油红O与物理显影液显现手印效果比较.A为热敏纸, B为胶版纸; 样本左侧用油红O方法显现结果, 样本右侧用物理显影液显现结果.Fig.4 Effect of different methods using the ‘ split print’ approach. A: ORO (left half) vs. PD (right half) on thermal paper; B: ORO (left half) vs. PD (right half) on offset paper.