引用本文
赵雅彬, 罗亚平. .汗潜手印显现方法研究的回顾与展望[J]. 刑事技术,2015,40(4): 312-317
ZHAO Yabin, LUO Yaping. .Latent Fingermark Development: Literature Review and Prospect[J]. Forensic Science and Technology,2015,40(4): 312-317
10.16467/j.1008-3650.2015.04.014  
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汗潜手印显现方法研究的回顾与展望
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

作者简介: 赵雅彬(1981—),女,甘肃定西人,讲师,博士,研究方向指纹检验技术. E-mail: zhaoyb04@gmail.com

基金: 中国人民公安大学基本科研课题(No.2014JKF01102)
摘要

指纹因其特异性,稳定性以及触物留痕的特点,长期以来被誉为“证据之首”,广泛应用于身份识别.犯罪现场潜在手印的提取率,提取质量直接决定着手印查询和比对效果,进而影响手印证据作用的发挥,因此潜在手印显现技术的探索一直是指纹学领域研究热点之一.本文首先回顾了汗潜手印显现方法研究的历史及现状,并对手印显现发展各个历史阶段的起缘,内容和成果进行了梳理,按照指纹遗留客体的不同,从非渗透性,渗透性,半渗透性及适用于多种客体表面的综合显现法等方面进行分析,总结了该领域研究当前面临的重要问题,对潜在手印显现方法发展趋势研究予以前瞻性展望.

关键词: 汗潜手印; 显现方法; 回顾与展望
中图分类号:DF794.1 文献标志码:中图分类号: DF794.1 文献标识号:A 文章编号:1008-3650(2015)04-0312-06 文章编号:1008-3650(2015)04-0312-06 doi: 10.16467/j.1008-3650.2015.04.014
Latent Fingermark Development: Literature Review and Prospect
ZHAO Yabin, LUO Yaping
School of Criminal Science and Technology, People’s Public Security University of China, Beijing 100038, China
Abstract

Fingermark is one of the most valuable physical evidence and generalized proof of identity for its characteristics of specialty and stability. Latent fingermark, the most common evidence, poses the most challenges when being examined to show contrast present yet non-sufficient between the mark and its support. Surface phenomena and environmental conditions play an important role in the choice of fingerprint detection techniques. In general, all surfaces bearing latent fingermarks can be divided into three types: porous, semi-porous and nonporous. Property of an unknown surface has to be considered before any attempt is made to develop latent fingermark. Preliminary test should be conducted on a similar surface before proceeding with any treatment of an evidential item. Along with the fingermark detection technology being improved, the process has been further optimized and its sensitivity and specificity being advanced. In this paper, the latest techniques and material used in different surfaces to enhance and record fingermarks are reviewed. A larger number of techniques are presented here and discussed according to surface properties from practical perspective. For example, optical detection, fingerprint powder, small-particle reagent (SPR), cyanoacrylate fuming and vacuum metal deposition (VMD) can be used to nonporous surface. Ninhydrin, physical developer (PD) can be used to porous surface, some miscellaneous techniques can be applied to a wide range of porous and nonporous surfaces, even for some challenging surfaces. Furthermore, some modern instrument analysis techniques can be used to enhance the visualization of latent fingermarks. Finally, we summarize the advance of research on the development of latent fingermarks, discuss the challenges facing the fingermarks examiners, and predict the future and perspective research of latent fingermarks development.

Keyword: latent fingermarks; visualization; review and prospect

指纹具有“ 人各不同, 终身基本不变” 的特性, 使得犯罪现场遗留手印作为“ 人身认定” 的证据始终发挥着关键作用, 即使在DNA技术广为应用的今天, 手印证据也因其遗留的广泛性, 指纹识别系统查询的便捷性以及技术手段良好的普及程度在刑事案件侦察过程中发挥着重要作用.

人类对潜在手印显现技术的研究, 最早可以追溯到19世纪末.1877年, 法国医生Aubert首次将硝酸银(AgNO3)用于显现纸张上汗潜手印, 开启了人类对潜在手印研究的先河.近年来, 随着自然科学领域新技术的不断引入, 手印显现已成为集物理, 化学, 生物, 仪器分析等多门自然科学技术于一体的专业技术.手印显现方法的选取往往取决于其遗留客体表面的性质和条件, 通常情况下, 按照其遗留客体的不同, 可分为非渗透性, 渗透性, 半渗透性及适用于多种客体表面的综合显现法等[1].

1 非渗透性客体表面潜在手印显现方法
1.1 光学显现法

光学检验作为一种无损检验技术, 成为显现各类客体表面潜在手印的首选方法.早期的光学显现法使用自然光和普通照明光源, 利用光吸收模式及漫反射原理加强手印与背景的反差.发展到后期, 逐步出现了强光灯, 紫外灯, 激光以及氙弧灯等光源.1976年, Dalrymple等人首次成功利用氩离子激光器显现潜在手印[2], 极大增强了现场勘查人员发现潜在手印的能力.20世纪90年代以后, 多波段光源广为使用.近几年来, 便携式激光器及LED光源[3]开始普及, 多光谱成像技术也开始应用到潜在手印的显现与增强.

1.2 粉末显现法

粉末显现法是最早应用于汗潜手印显现的技术, 其基本原理是手印物质对粉末的物理和静电吸附, 操作简单, 价格低廉, 时至今日仍是世界各国警方最常用的手段.目前常用的粉末有:金粉, 银粉, 磁性粉末, 染料和荧光粉末[4, 5]及热塑性粉末.近年来, 随着纳米技术的发展, 多种修饰的纳米金属氧化物粉末[6], 如PTCDI-TiO2[7], Ln3+:Y2Zr2O7/SiO2[8], Fe2O3[9], ZnO[10], Eu2O3[11], 量子点修饰粉末[12]以及 NaYF4:Er, Yb反斯托克斯粉末[13], 也被应用于汗潜手印的显现中.与传统的粉末相比, 这些新型的纳米粉末因其纳米尺寸和连接特殊的功能基团而具有良好的光学性能和与指纹物质良好的结合性, 表现出更好的显现效果和灵敏度.

1.3 微粒悬浮液

微粒悬浮液是粉末颗粒, 水及表面活性剂混合而成的试剂, 本质上是一种湿粉.这种粉末悬浮液对手印中的油脂成分十分灵敏, 因此可适用于多种非渗透性客体, 尤其是潮湿客体上潜在手印显现, 具有操作简便, 廉价, 无害等特点.

1978年, Morris首次报道了以二硫化钼(MoS2)为配方的小微粒悬浮液, 此后更多法庭科学研究者开始关于微粒悬浮液显现手印技术的研究并进行商品化开发.大量实验证实, 颗粒尺寸是影响手印显现效果的关键因素, 为了进一步提升MoS2悬浮液的显现效果, Springer等[14]向小微粒悬浮液的储备液中加入基础黄40(Basic Yellow 40)的乙醇溶液配制出了荧光小微粒悬浮液, 取得了很好的显现效果.2014年, Rohatgia等[15]利用基于结晶紫的小颗粒悬浮液成功显现了潮湿非渗透性客体上潜在手印.我国上世纪90年代开始报道对微粒悬浮液方法实验研究成果, 对其配方, 适用范围, 效果, 配方稳定性以及与其他方法的操作程序进行了研究.

1.4 502胶显现法

502胶, 也称超级胶(Superglue).1982年, Kendall在《Identification News》上首次刊登了502熏显法成功显现非渗透性客体表面汗潜手印的报道.此后, 大量研究人员开始探讨502胶显现手印的最佳条件, 影响因素及相关设备改进.近年来, 研究人员一直致力于502同步熏显染色技术的研究, 但收效甚微.2012年, 英国Foster公司研发出的新型荧光粉末Poly Cyano UV, 成功实现了熏显和荧光染色的同步进行, 但弊端在于特殊熏显设备和较高熏显温度的要求, 会使氰基丙烯酸酯类化合物在高温下分解生成剧毒的氢氰酸气体.2013年, Prete等[16]报道了一种新型的荧光氰基丙烯酸酯Lumicyano™ , 利用极易升华的小分子荧光化合物在120℃ , 80%湿度的常规条件下即可实现一步荧光熏显.2014年, Kevin等[17]进一步对其在塑料袋上潜在手印的显现效果进行了评价实验.

1.5 高真空金属镀膜

高真空金属镀膜(vacuum metal deposition, VMD)早期是一种金属喷涂工业技术, 其显现原理是真空条件下蒸发的金属气体在手印物质和客体上不同的沉积, 从而形成其相互之间反差.真空金属镀膜法是显现多种客体表面潜在手印的一种极其灵敏和有用的方法, 并且它可以配合其他方法(如502胶熏显法)使用.研究表明与真空502技术相比, VMD显现手印的灵敏度更高, 尤其是对于陈旧手印效果更佳.

1964年, S. Tolansky教授首次用Ag做镀膜材料成功显现出了玻璃上的汗潜指纹.此后, 镀膜材料被扩展到了Zn, Sb和Cu的混合粉末.近年来, 随着高真空镀膜设备的不断改进, 显现效果和适用性也得到了很大提高.2001年, Jones成功利用VMD法显现了各种不同聚合物塑料表面的汗潜手印, 并制定了VMD法显现聚合物表面汗潜手印的操作程序[18, 19].2002年, Flynn等人利用VMD法成功显现遗留在钞票及其他疑难半渗透性客体上的陈旧手印[20].正是由于其特殊的灵敏性, 对于多种疑难客体上潜在手印VMD显现方法的探索也成为近年来研究的热点.2013年, Bremner小组用银代替传统金, 锌镀膜, 成功显现了深色纤维表面的潜在手印[21], 并与502熏显法进行了对比研究[22].

2 渗透性客体表面潜在手印显现方法
2.1 茚三酮类化合物

1954年, Oden首次提出利用茚三酮显现汗潜手印, 其原理是手印物质中的氨基酸可与茚三酮发生鲁赫曼紫反应.该方法操作简单, 显出手印质量较高, 成为显现渗透性客体上潜在手印最常用的方法, 并沿用至今.此后, 大量研究围绕试剂配方的优化和显现效果增强展开.实验表明, 利用Zn或Cd盐对茚三酮手印进行二次处理, 可形成具有荧光效果的金属络合物, 极大增强了显现效果.该方法同样适用于1, 8-二氮杂芴-9-酮(DFO), 茚二酮显现的后续处理.1982年, Almog合成了5-甲氧基茚三酮, 苯并茚三酮, 5-甲硫基茚三酮等多种不同的茚三酮衍生物来显现潜手印.Joullié 小组也合成了噻吩并茚三酮等一系列同系物.实验证明, 5-甲硫基茚三酮的显现灵敏度明显高于茚三酮, 甚至超过了5-甲氧基茚三酮, 但是这些化合物大多价格昂贵且溶解度较低, 使用不方便, 因此不足以作为一种常规试剂用于手印的显现.

1990年, Pounds发现 DFO化合物可与氨基酸反应生成浅紫色产物, 无需二次处理, 即可在室温下发出强烈荧光.通过对案件中实际检材的显现实验发现:与茚三酮相比, DFO可以显现出大约超过其2~3倍的潜在手印, 而且DFO处理过的手印可以用茚三酮显现法进行再次处理, 但其使用过程中对溶剂的要求较高, 大大影响了其推广普及.罗亚平小组[23, 24]通过优化试剂配方, 利用DFO/PVP法成功显现出热敏纸上遗留180 d以上的潜在手印, 并将此方法扩展到了热敏纸上茚二酮显现方法.

1997年, Ramotowski首次合成了多种取代和未取代的1, 2-茚二酮(IDO)化合物, 并对纸张上不同浓度甘氨酸的显现能力进行了研究, IDO类化合物显现手印后的反应产物呈浅粉色, 无需二次金属增强就能发出很强的荧光.对比实验发现, IDO类化合物中5, 6-二甲氧基-1, 2-茚二酮的显现效果最好, 经锌盐增强处理后的荧光效果明显优于DFO显现法.此后, Russel等人通过大量案件实际检材处理发现IDO法比DFO-茚三酮法显出手印的数量和可鉴定率更高, 且灵敏度, 溶解度, 价格等都优于DFO[25, 26, 27], 因此, 已被世界各地警察机构作为显现渗透性客体上汗潜手印的常规程序用于案件处理.

近几年, 一些新型氨基酸敏感试剂, 如萘醌[28], 京尼平[29]以及使用生物共轭柠檬酸金自组装单分子纳米微粒定位潜在手印中的氨基酸技术等都被用于潜在手印的显现, 虽然此类试剂大多无毒无害, 但在显现效果上并不能完全替代茚三酮及其同系物, 因此并未被广泛接受.

2.2 物理显影液

物理显影液(physical developer, PD)是20世纪70年代由英国原子武器研究中心(AWRE)依据英国警用科学发展部(PSDB)标准制定的一种可用于渗透性客体表面潜在手印的显现技术.与茚三酮和DFO不同的是, PD对潜在手印中的非水溶性物质较敏感, 是目前显现潮湿纸张或水中浸泡过的纸张上汗潜手印最有效的方法, 实验表明, 与油红O相比, PD更适用于遗留时间较长的客体, 如需同时使用时, 油红O应在PD前使用[30].

物理显影液法的主要缺点:试剂在配制过程中易受污染且繁琐耗时, 价格相对昂贵, 工作液使用寿命较短, 对检材破坏性较强明显.尽管此方法有很多缺陷, 但作为一种非常灵敏的显现方法, 在其他方法无法显现时, 物理显影液法常常可以得到良好的显现效果.因此物理显影液可做氨基酸显现试剂的补充, 用于显现一些传统方法难以显现的疑难手印.

3 半渗透性客体上潜在手印的显现方法

介于两者之间的半渗透性客体有时较难处理, 此类客体包括:蜡纸, 光面纸, 哑光喷涂的客体表面以及有些橡胶, 乳胶手套等, 对于此类客体使用单一显现方法很难具有良好的显现效果, 因此, 最好的方法是结合多种显现技术, 按照最佳的显现程序进行, 当遇到性质特殊的半渗透性客体时, 应先在其他同类客体上进行预实验.

4 适用于多种客体表面的综合显现法
4.1 熏显法

熏显法主要依靠物质升华或燃烧形成蒸气与手印物质作用从而显现手印, 常见的处理方法有碘熏和烟熏, 但都存在污染且显现手印不易保存.Almog利用氨茴酸, 蒽等荧光物质, 成功熏显出渗透性客体上汗潜手印.此外, Micik等人还分别尝试利用HF, HNO3, HCl等, 成功显现出玻璃, 黄铜弹壳及热敏纸上的汗潜手印, 但由于这些物质的高度腐蚀性和较为繁琐的预防措施, 使得该技术在实践中没有被广泛采用[31].

由于在操作过程中避免了有机试剂的使用, 熏显法成为处理一些疑难客体表面汗潜手印(如热敏纸)行之有效的方法.1995年, Brennan利用对二甲氨基肉桂醛(DMAC)成功显现了热敏纸上遗留时间超过4个月的手印[32], 而且显现出的手印可同时在白光和荧光条件下观察.1996年, Ramotowski报道了新型DMAC无水转印法, 2002年, Francis进行了DMAC无水转印膜的制备及其显现研究, 将干净的复印纸用0.25%的DMAC甲醇溶液(w/v)处理制备无水转印膜, 待浸润完全后干燥, 密封冷藏.使用时将检材夹在转印膜中间冷压1 h即可显现出指纹.基于同样的方法, 杨瑞琴等[33]人制备了茚三酮无水转印膜, 成功显现出多种客体上潜在手印.2009年, Jasuja等[34]也成功利用碘熏法显现了热敏纸表面的汗潜手印.

4.2 脂肪类染色法

2001年, Sodhi利用Eosin-blue (I) 在相转移催化剂作用下成功显现出在水中浸泡36 h的多种客体上的手印[35].2004年, Alexandre使用脂肪类染色剂油红O进行汗潜手印(特别是油脂类)的显现取得了很好的效果.2013年, Braasch小组[36]利用Nile red显现潮湿渗透性客体表面油脂手印, 并与物理显影液进行了比较.实验表明, Nile red在显现方法和灵敏度均优于PD, 但是对于遗留5年的陈旧性指纹, PD仍然显现出较好的效果.

4.3 多金属沉积法(MMD)

1989年, Saunders首次提出多金属沉积法(multimetal deposition, MMD), 在较低pH条件下, 利用胶体金颗粒结合改进的物理显影液(MPD)显现潜在手印, 渗透性或非渗透性, 潮湿或干燥的客体都可以使用此方法进行处理.此外, 此方法还可以增强潜血手印的显现效果.2001年, Margot等人又提出了优化了的多金属沉积MMDII法, 提高了其显现灵敏度和特异性, MMDII法对潜在手印细节特征的显现效果更佳, 特别是对一些半渗透性客体的显现效果尤为明显.

综合来说, 多金属沉积法(MMD和MMDII)对于一些传统技术无法显现的疑难客体仍具有良好的显现效果.但是同样也存在与传统PD法相同的弊端:试剂配制操作易受污染, 繁琐耗时, 且价格昂贵, 对检材有一定破坏性, 因此仅可作为显现程序的最后一步使用.

5 新型仪器分析增强显现技术

现代仪器分析技术的发展使得法庭科学领域的研究也进入到了高科技化的新时代, 自2003 年Exline小组开创性地将光谱成像法[37, 38]应用于汗潜手印的显现以来, 越来越多新仪器应用在潜在手印的显现上, 极大程度上提高了手印显现灵敏度.

5.1 扫描电化学显微镜法

2007年, Zhang等[39]利用扫描电化学显微镜法(scanning electrochemical microscopy, SECM)与多金属沉积法相结合成功显现潮湿客体表面的汗潜手印, 利用该方法不但可以观察到清晰的手印纹线, 而且手印的三级特征也可以清晰的反应出来.此方法适用于渗透性客体和非渗透性客体表面, 尤其是潮湿的客体表面.实验证明, 此方法对于潜血手印仍然具有良好的显现效果.此后, 利用SECM与多金属沉积相结合的方法进行手印显现增强也有大量的报道[40].

5.2 电化学表面等离子共振光谱法

电化学表面等离子共振光谱法(surface plasmon resonance, SPR)是一种新型的生物分子检测技术, 广泛的应用于生物传感器研究中.2010年, Shan等[41]首次将SPR用于手印物质中痕量的TNT检测, 取得了良好的效果.

5.3 电化学沉积法显现金属表面汗潜手印

金属表面潜在手印的显现一直是法庭科学领域研究的难点, 2001年, Bersellini等[42]利用电化学沉积法将聚吡咯沉积在遗有汗潜手印的金属表面, 取得了良好的效果.基于此原理Beresford小组[43]做了进一步改进, 采用稳定性更好的聚苯胺做导电聚合物成功显现不锈钢上的汗潜油手印.浙江大学苏彬研究小组成功使用无损的电化学发光法对不锈钢表面的潜在手印进行了增强显现取得了很好的效果[44].

此外, 红外光谱成像[45], 质谱成像法[46]也被广泛的应用到了汗潜手印的显现中.

6 手印显现方法研究发展趋势及展望

潜在手印显现技术的研究长期以来一直是建立在化学, 物理等学科的基础之上.而今, 手印显现技术明显的研究发展趋势是多种自然科学技术手段的综合运用, 主要表现在如下几方面:

6.1 手印显现与生物技术及生物物证提取相结合

2009年, Drapel [47]利用手印物质中微量蛋白质进行免疫反应显现汗潜手印, 选取手印中含量较多的蛋白做抗原, 相应的抗体做显现试剂, 成功显现了PVDF膜及纸张上的潜在手印.该研究首次将免疫技术引入手印显现领域, 抗体抗原之间的超灵敏特异性结合使得其极有可能成为潜在手印显现发展的一个重要方向.

从实用角度考虑, 如何处理好潜在手印显现与生物物证提取之间的关系也是技术人员关注的重点.针对这一课题, 近几年来国内研究人员开展了一些研究, 但实验规模不大且系统性不足.欧盟一些国家的实验室研究人员已通过跨国研究合作, 较大规模地开展对手印显现与生物物证提取应用相结合的实践研究, 并取得了一定的研究成果, 对实际工作有很强的指导意义.

6.2 手印中物质成分的综合分析与应用

近些年来, 国内外指纹研究人员利用多种技术手段, 如气相色谱, 气质联用, 扫描电镜, 拉曼光谱, 傅里叶红外光谱, 高效液相色谱等, 系统研究手印物质的组成, 随时间的变化, 在光照/加热条件下的变化, 为显现技术的进一步发展提供了理论基础.综合利用各种技术手段开展对手印中各类物质成分的分析, 研究显现汗潜手印的新设备, 研发用于汗潜手印显现的无毒, 灵敏的新材料是手印显现研究的发展趋势.

随着对手印显现研究的不断深入, 对手印中的物质成分的深度挖掘也成为近年来研究的一大趋势.如:(1)人体手掌面分泌物, 汗液物质成分等; (2)人体代谢出的其他特殊物质成分, 如药物, 毒品等; (3)手印中粘附的外来物质成分, 如自身其他部位的物质, 如人脸面部, 头部等其他部位物质, 如手触摸或拿取其他物品所粘附的物质, 如触摸铁器所粘附的铁, 接触炸药, 毒品[48]等; (4)依附人体手掌面生长的其他物质, 主要指手掌面的微生物.手掌面分泌的物质成分, 脱落表皮细胞, 各种粘附物质以及微生物共存于汗潜手印之中, 相应显现技术手段的使用以及其相互之间的关系将会是未来手印中物质成分的综合分析与应用研究的重点.

The authors have declared that no competing interests exist.

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