IDenticoat500真空镀膜仪显现潜在手印优化条件研究
王聪1, 罗亚平1,*, 王礼迅2, 鲁林2
1.中国人民公安大学,北京100038
2.遵义市公安局,贵州 遵义563000
* 通讯作者:罗亚平(1965—),女,河南郑州人,博士,教授,研究方向为痕迹检验。E-mail: lyp6698@163.com

第一作者简介:王聪(1992—),女,吉林四平人,硕士研究生,研究方向为痕迹检验。E-mail: wangcong62@126.com

摘要

目的 本文基于IDenticoat500高真空镀膜仪探究了高真空镀膜技术显现潜在手印的优化条件。方法 通过改变客体摆放位置、金的用量、真空度等显现条件,利用硬纸板、透明塑料袋、塑料胶带、复印纸等物品作为手印承痕客体,探究了各影响因素的优化显现条件。结果 将客体放置在距离腔底部15cm、腔门4cm之间,首次镀金丝的长度不超过2mm,真空度优于2×10-4mbar时显现效果较好。结论 该优化条件为更好地应用高真空镀膜技术显现潜在手印提供了参考。

关键词: 高真空镀膜; 潜在手印; 显现; 优化条件
中图分类号:DF794.1 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2017)05-0365-07
Optimization of Developing Latent Fingerprints by Vacuum Metal Depositor IDenticoat500
WANG Cong1, LUO Yaping1,*, WANG Lixun2, LU Lin2
1. People’s Public Security University of China, Beijing 100038, China
2. Zunyi Public Security Bureau, Zunyi 563000, Guizhou, China
Abstract

Objective To investigate the optimal condition of developing latent fingerprints by vacuum metal depositor IDenticoat500.Methods Four kinds of substrates, cardboard, plastic bags, plastic tape and copy paper, were used to deposit the fingerprints. The optimized condition was explored on aspects of the locations of fingerprint-carrying substrates, the amount of gold used to coat, the degree of vacuum and others, those factors affecting the developing effects.Results On the conditions of the fingerprint-carrying substrates placing at about 15cm from the bottom of the cavity and meanwhile 4cm away from the door inside the IDenticoat500, the initially-deposited gold wire not longer than 2mm, and the vacuum degree held at 2×10-4 mbar or even much lower, the fingerprints will be better developed.Conclusion The optimization may offer one reference for fingerprint to be developed by vacuum coating technology.

Key words: VMD (vacuum metal deposition); latent fingerprint; development; optimization

真空镀膜技术起源于20世纪30年代, 并广泛应用于装饰装潢、照明等工业领域。从60年代起, 逐步用于法庭科学领域中物证客体表面潜在手印的显现[1]。高真空镀膜显现手印的原理是在高真空环境下, 金属作为蒸发料经过加热蒸发, 以气态分子或原子状态在四周喷射。由于手印物质与承痕客体表面清洁度或组成成分不同, 因而对蒸发料的吸附能力不同, 有无手印成分的部位成膜状态存在差异, 即有手印部位成膜或不成膜, 无手印物质部位成膜厚且均匀, 从而增强了反差, 显现出手印[2]。不少学者对高真空镀膜技术显现手印的影响因素进行了探索。Jones认为, 显现效果的差异最关键在于金膜的形成, 延伸开来, 客体表面本身这一因素对显现技术的影响就非常大。此外志愿者遗留手印的能力、遗留时间等对显现效果也都有不同程度的影响[3]。在遗留时间问题上, 他认为, 除了PET外, 随着遗留时间的增加, 显现手印最佳金量应当减少, 而我国研究人员在探究这一因素时得出了相反的结论, 认为显现遗留时间长的手印所需的金量应增加[4]。因不同设备的参数不同, 关于随着遗留时间增加金量应增加或减少的问题尚无定论, 实践应用中存在疑惑, 本文针对Identicoat500真空镀膜仪, 对影响手印显现的因素如客体摆放位置、金量、真空度等进行再探。Jones曾在实验后得出结论, 在金量固定的情况下, 电流大小、蒸发速率高低并不影响金膜的形成[5], 故本实验未将金、锌蒸发电流的大小作为考察内容。

1 材料与方法
1.1 仪器与材料

仪器设备:英国HHV公司Identicoat500 高真空镀膜仪, 采用抽拉式物证载物台, 含两个锌蒸发舟、一个金蒸发舟, 最大物证尺寸为72cm× 256cm; Nikon D5相机。

实验材料:1)蒸发材料。99.9 %纯度的金、0.3 mm厚度的锌箔; 2)工具。磁铁、放大镜、比例尺、手术刀、镊子、剪刀; 3)客体。硬纸板、透明塑料袋、透明胶带、复印纸。

1.2 实验设计

1.2.1 实验A横向摆放客体手印显现效果比较

选取硬纸板、塑料袋为承痕客体。实验客体须覆盖腔体内部横向各位置。5名志愿者参与样本制作, 每名志愿者在1条硬纸板或2条塑料袋上捺印手印, 捺印时尽量保证每条客体上各手印物质均匀。摆放时客体与客体(不同志愿者的手印与手印)之间间隔5 cm。比较横向各位置上手印显现效果。

1.2.2 实验B纵向摆放客体手印显现效果比较

选取硬纸板为承痕客体, 每条硬纸板须覆盖腔体内部纵向各位置。7名志愿者参与样本制作, 每名志愿者在1条硬纸板上捺印手印, 捺印时尽量保证每条客体上各手印物质均匀。摆放时客体与客体之间间隔2 cm。比较纵向各位置上手印显现效果。

1.2.3 实验C不同金量下手印显现效果比较

选取硬纸板、塑料袋、透明胶带(光面)等为承痕客体, 手印遗留时间为1、7、35 d。控制客体摆放位置一致, 使用直径0.2 mm、纯度99.9 %的2、3、4、5、6 mm金丝进行镀显, 显现时同一志愿者捺印的客体摆放在相同位置。比较不同金量下各客体手印显现效果。

1.2.4 实验D不同真空度下手印显现效果比较

选取硬纸板、复印纸为承痕客体, 控制客体摆放位置、金量等因素相同, 比较当腔体真空度分别达到1× 10-3、5× 10-4、1× 10-4、5× 10-5、1× 10-5mbar时的手印样本显现效果。

1.3 实验方法

1.3.1 样本制作

随机选取7名志愿者(5男2女), 年龄范围在20~45岁之间。手印捺印前半小时内不能洗手, 如需捺印汗手印则戴PVC手套3~5 min以保证汗液充足; 如需捺印油手印则用对应手指指腹摩擦前额、鼻翼等油脂丰富区域。每次捺印之间应间隔30 min。手印客体均放置于自然湿度及室温条件下。

实验A中, 由5名志愿者参与样本捺印(4男1女), 每个志愿者捺印在一条硬纸板上或一条塑料袋区域上(预先测量并划分好)。捺印前要求用十指摩擦前额、鼻翼等油脂丰富区域3次, 之后各指头相互摩擦, 以确保各手印物质均匀[6]。捺印时, 双手的拇、食、中、环指参与样本捺印, 每次按捺完毕后洗手, 并等待半小时再重复上述方法。针对塑料袋, 每人在同一横向区域捺印16枚手印, 随机选取其中3名志愿者参与两组捺印, 共制作8组手印样本, 故志愿者样本手印数=16枚× 8=128枚。对样本位置编号, 塑料袋表面手印从左至右依次编为1~16号, 其中1~8号与9~16号对称; 针对硬纸板, 每人在同一横向硬纸板区域捺印两组手印, 每组22枚, 共制作10组手印样本, 故志愿者样本手印数=22枚× 10=220枚。对样本位置编号, 硬纸板表面手印从左至右依次编为1~22号, 其中1~11号与12~22号对称(见图1)。

图1 实验A(左)和B(右)客体摆放图Fig.1 The tested sample A (left) or B (right) to have it placed

实验B中, 由7名志愿者参与样本捺印, 每个志愿者将油手印捺印在一条硬纸板上。捺印方法同实验A。每人捺印2组, 每组15枚手印, 共制作14组手印样本。故志愿者样本手印数=15枚× 14=210枚。对于样本位置编号, 由内向外依次编为1~15号(见图1)。

实验C中, 每名志愿者利用双手的食指、中指、环指参与捺印, 要求志愿者在硬纸板上捺印油手印, 在透明塑料袋和透明胶带(光面)上捺印汗手印。每份客体上由食指、中指、环指同时捺印, 并连续捺印5次, 同一遗留时间的同一客体上需要左、右手各捺一份样本。故志愿者样本手印数为:5枚× 3(手指数)× 2(手数)× 3(客体数)× 5(志愿者数)× 3(遗留时间数)=1350枚。每份样本均自手印中间劈开(即每份客体被剪为4份)其中左手样本自左向右用金的量分别为2、3、4、2 mm, 右手样本自左向右用金的量分别为4、5、6、4 mm(见图2)。

图2 实验C样本制作示意图Fig.2 The diagram on how to prepare the sample C

实验D中, 样本捺印方法同实验C, 每名志愿者利用双手的食指、中指、环指在客体硬纸板、复印纸上捺印油手印, 每份客体上由食指、中指、环指同时捺印, 并连续捺印5次。故样本手印数=5枚× 3(手指数)× 2(手数)× 2(客体数)× 5(志愿者数)=300枚。其中左手样本自左向右真空度分别为2× 10-2 mbar、2× 10-3 mbar、2× 10-4 mbar、2× 10-2
mbar, 右手样本自左向右真空度分别为2× 10-4 mbar、2× 10-5 mbar、2× 10-6 mbar、2× 10-4 mbar。

1.3.2 操作方法

实验设备参数:用放大镜、比例尺、手术刀将金丝长度切为2、3、4、5、6 mm, 锌片大小为12 mm× 6 mm; 腔体压力控制在5× 10-5 mbar以下进行操作; 金蒸发时电流表指数控制在0.25, 时间为30 s, 锌蒸发时电流表指数控制在1.7, 时间视手印显现情况而定, 待通过观察镜看到显现出的手印即将锌蒸发电流调为0, 取出样本后进行拍照固定。

1.3.3 手印评价标准

手印评价方法采用英国内政部推荐的手印质量评价标准(见表1), 将显现出的手印质量进行量化(见图3), 从而使结果更加科学、明确[7]

表1 英国内政部推荐的手印质量评价标准 Table 1 U.K. Home Office’ s grading system used to evaluate the developed fingerprints

图3 手印评分图例(图a~图e分别为:0、1、2、3、4分)Fig.3 Example for evaluation on the developed fingerprints (Photo a to e: score of 0, 1, 2, 3, 4)

2 结果与讨论
2.1 实验A横向摆放客体手印显现质量比较

实验结果中, 在塑料袋客体上, 样本未出现异常, 128枚手印均予以采用。统计分析时, 在对每一枚手印进行评分后, 采用将各位置上对应的不同志愿者的手印分数相加的方式, 对总分数进行分析、制图。例如, 横向摆放的1号位置上, 8枚手印的总分数为31分; 2号位置上, 手印的总分数为30.8分, 而16号位置上, 手印总分数为31.1分。统计后的数据显示, 从腔体左侧至腔体右侧的各位置手印的显现情况比较稳定(见图4)。随着手印位置的变化, 分数无明显上升或下降的趋势, 腔体横向各位置手印样本的显现质量也无明显差别(见图5)。

图4 横向摆放塑料袋上各位置手印分数Fig.4 Scores of fingerprints on the plastic bag placing at different transverse positions

图5 塑料袋上第6组手印样本(图a至f分别为:面向腔体左侧数起第1、2、6、9、14、15枚手印)Fig.5 The 6th set of fingerprints on the plastic bag (Photo a to f: 1st, 2nd, 6th, 9th, 14th, 15th fingerprint facing the left of cavity)

在硬纸板客体上, 5号志愿者所捺印的第9、10组样本仅在拇指捺印处呈现浅淡完整手印, 其余显现效果都处于2分以下, 同时客体背景整体着色轻, 分析原因一是捺印中未能充分搓匀十手指, 导致各手指物质未交换均匀, 二是该横向位置手印显现效果整体很差, 故在统计结果时将5号志愿者的两组手印排除, 剩余1~8组实验样本。1号志愿者捺印的第1组、第2组样本中, 前7枚手印均只见轮廓, 且背景处锌附着颜色很淡, 明显不同于其他手印样本。考虑到样本的摆放呈对称方式, 故在选择1~8组手印样本进行统计后, 仅对硬纸板的右半部分即位置12~22号手印显现质量进行比较; 而在对全部样本即位置1~22号手印的显现质量进行比较时, 则选择使用3~8组的手印样本。

通过比较可以发现, 从腔体左侧至腔体右侧的各手印位置的显现分数, 随着手印位置的变化无明显上升或下降的趋势(见图6、图7), 腔体横向各位置手印样本的显现质量也无明显差别(见图8)。可见, 在利用Identicoat500进行高真空镀膜显现手印时, 同一横向摆放位置中各位置对手印显现的影响不大。

图6 横向摆放硬纸板上各位置手印分数(6组手印样本)Fig.6 Scores of fingerprints on the cardboard placing at different transverse positions (6 sets of fingerprints)

图7 横向摆放硬纸板上右侧各位置手印分数(8组手印样本)Fig.7 Scores of fingerprints on the cardboard placing at different transverse positions (8 sets of fingerprints)

图8 硬纸板上第3组手印样本(图a至d分别为:面向腔体左侧数起第1、10、17、22枚手印)Fig.8 The 3rd set of fingerprints on the cardboard (Photo a to d: 1st, 10th, 17th, 22nd fingerprint facing the left of cavity)

2.2 实验B纵向摆放客体手印显现质量比较

通过观察实验结果, 样本未出现明显异常, 全部予以采用。经统计发现, 靠近腔体内侧的前三枚即1号、2号、3号手印(距内侧边缘13 cm以内)及靠近腔门第一枚即15号手印(距外侧边缘4 cm以内)客体表面上及手印小犁沟处锌沉积少, 反差不明显, 显现效果较差(见图9)。从靠内侧第四枚即4号手印(距内侧边缘15 cm)至靠腔门第二枚即14号手印(距外侧边缘5 cm)的显现效果理想(见图10)。

图9 纵向各位置手印显现分数(5名志愿者)Fig.9 Scores of fingerprints at different longitudinal positions

图10 同一纵向摆放的硬纸板上手印显现情况(图a~f分别为:自内向外第1、2、3、4、14、15枚手印)Fig.10 The fingerprints on the cardboard at the same longitudinal position (Photo a to f: 1st, 2nd, 3rd, 4th, 14th, 15th fingerprint)

2.3 实验C最佳金量探究

2.3.1 预实验

选取透明胶带光面、塑料袋为客体, 由5名志愿者捺印手印, 用金5、10、15 mm的量进行镀显。结果显示, 当金量达到10 mm和15 mm时, 在连续捺印的5枚汗手印中, 每名志愿者捺印的后3枚手印即手印物质量少的手印上, 会不同程度地出现金过量— — 手印纹线中出现锌金属的沉积, 颜色反差受到很大影响, 甚至导致显现失败(见图11)。而金量为5 mm时, 只有2名志愿者的手印显示时出现金过量问题。在连续捺印的油手印中, 金量大的显现效果较好, 5 mm和10 mm显现手印大多数呈现空白手印, 这种情况下再逐渐加大金的用量, 重复镀膜方能得到好的显现效果。但考虑到实际案件中技术人员很难判断手印物质成分, 同时很难判断手印物质遗留的量, 为了避免一次金过量导致显现出来的手印全部糊掉, 而对手印证据造成难以挽回的损失, 故建议探索金量实验中, 在2~6 mm中小幅度增加金量, 比较显现效果。

图11 透明胶带光面上各金量显现潜在手印的效果(a: 左10㎜ , 右15㎜ 第1 枚; b:左10㎜ , 右15㎜ 第5枚; c: 左15㎜ , 右5㎜ 第5枚)Fig.11 On the scotch tape’ s smooth side, the latent fingerprints were developed with different amounts of gold (a: 1st fingerprint at gold amount of 10mm (the left), 15mm (right); b: 5th fingerprint, same as a; c: 5th fingerprint at 15mm(left), 5mm(right))

2.3.2 实验

在2~6 mm的金量探究中, 发现在遗留1d的手印中, 2~6 mm金量均可能显现出清晰手印, 塑料袋和硬纸板上的潜在手印中, 2 mm显现分数最低, 且其显现出来的手印与背景颜色反差较小, 影响对手印的观察和记录; 其次是6 mm, 个别手印出现了金过量; 3、4、5 mm显现效果差异不大。透明胶带光面上的手印, 各金量下显现分数均为满分(见图12~15)。

图12 各金量显现各客体表面遗留1d潜在手印分数Fig.12 Scores of 1-day-old fingerprints on different substrates to develop with different amounts of gold

图13 不同金量显现塑料袋上遗留1d潜在手印情况(a:左2㎜ , 右3㎜ ; b:左3㎜ , 右4㎜ ; c: 左4㎜ , 右2㎜ ; d: 左4㎜ , 右5㎜ ; e: 左5㎜ , 右6㎜ ; f: 左6㎜ , 右4㎜ )Fig.13 The 1-day-old latent fingerprints on the plastic bag to develop with different amounts of gold (a: left 2mm, right 3mm; b: left 3mm, right 4mm; c: left 4mm, right 2mm; d: left 4mm, right 5mm; e: left 5mm, right 6mm; f: left 6mm, right 4mm)

图14 不同金量显现硬纸板上遗留1d潜在手印情况(a:左2㎜ , 右3㎜ ; b:左3㎜ , 右4㎜ ; c: 左4㎜ , 右2㎜ ; d: 左4㎜ , 右5㎜ ; e: 左5㎜ , 右6㎜ ; f: 左6㎜ , 右4㎜ )Fig.14 The 1-day-old latent fingerprints on the cardboard to develop with different amounts of gold (a: left 2mm, right 3mm; b: left 3mm, right 4mm; c: left 4mm, right 2mm; d: left 4mm, right 5mm; e: left 5mm, right 6mm; f: left 6mm, right 4mm)

图15 不同金量显现透明胶带上遗留1d潜在手印情况(a:左2㎜ , 右3㎜ ; b:左3㎜ , 右4㎜ ; c: 左4㎜ , 右2㎜ ; d: 左4㎜ , 右5㎜ ; e: 左5㎜ , 右6㎜ ; f: 左6㎜ , 右4㎜ )Fig.15 The 1-day-old latent fingerprints on the scotch tape to develop with different amounts of gold (a: left 2mm, right 3mm; b: left 3mm, right 4mm; c: left 4mm, right 2mm; d: left 4mm, right 5mm; e: left 5mm, right 6mm; f: left 6mm, right 4mm)

在遗留7 d的手印中, 2~6 mm金量均可能显现出清晰手印(见图16), 但各金量显现手印的评价分数相比于遗留1 d的手印分数有所下降。塑料袋上的潜在手印显现中, 2、3 mm显现分数较低。但在硬纸板及透明胶带上的手印显现中, 5组金量显现效果差异不明显(见图17), 且2 mm显现分数相比于遗留1d的手印均呈现上升的趋势。

图16 不同金量显现透明胶带上遗留7d潜在手印情况(a:左2㎜ , 右3㎜ ; b:左3㎜ , 右4㎜ ; c: 左4㎜ , 右2㎜ ; d: 左4㎜ , 右5㎜ ; e: 左5㎜ , 右6㎜ ; f: 左6㎜ , 右4㎜ )Fig.16 The 7-day-old latent fingerprints on the scotch tape to develop with different amounts of gold (a: left 2mm, right 3mm; b: left 3mm, right 4mm; c: left 4mm, right 2mm; d: left 4mm, right 5mm; e: left 5mm, right 6mm; f: left 6mm, right 4mm)

图17 各金量显现不同客体表面遗留7d手印分数Fig.17 Scores of 7-day-old fingerprints on different substrates to develop with different amounts of gold

在遗留30 d的手印中, 2~6 mm金量仍可显现出完整、连贯的手印(见图18)。三种客体上各金量显现效果的差异并不明显, 但各金量显现手印的评价分数比遗留7 d的手印分数有所下降。相比于4、5、6 mm的金量, 2、3 mm的分数下降率更低(见图19)。

图18 塑料袋上各金量显现遗留30d潜在手印效果(a:左2㎜ , 右3㎜ ; b:左3㎜ , 右4㎜ ; c: 左4㎜ , 右2㎜ ; d: 左4㎜ , 右5㎜ ; e: 左5㎜ , 右6㎜ ; f: 左6㎜ , 右4㎜ )Fig.18 The 30-day-old latent fingerprints on the plastic bag to develop with different amounts of gold (a: left 2mm, right 3mm; b: left 3mm, right 4mm; c: left 4mm, right 2mm; d: left 4mm, right 5mm; e: left 5mm, right 6mm; f: left 6mm, right 4mm)

图19 各金量显现不同客体表面遗留30d潜在手印分数Fig.19 Scores of 30-day-old fingerprints on different substrates to develop with different amounts of gold

2.4 实验D不同真空度下手印显现效果研究

实验发现, 当真空度低于2× 10-3 mbar时, 由于不能为金属蒸发创造真空环境, 蒸发舟上的金不能蒸发甚至不能熔化, 客体表面的潜在手印不能得到显现。个别极易镀上金属膜的客体如复印纸可能显出手印轮廓, 但由于腔内气体分子的影响, 阻碍了金原子对客体表面的附着及金膜的形成, 故可能出现与金不足相同的显现效果, 锌不能在客体上沉积, 不能呈现手印细节。观察发现, IDenticoat500真空镀膜仪在真空度为2.9× 10-3 mbar左右时抽真空程序正处于第二阶段, 即高真空泵抽的启动状态。当高真空泵完全打开, 真空度会在几秒钟内跳到2× 10-4 mbar, 并进入“ 精抽真空” 环节。而实验结果中, 真空度优于2× 10-4 mbar时, 金属镀膜均匀, 真空度足以用于手印显现。真空度越高, 气体分子之间的平均自由程越大, 镀膜越均匀, 实验效果越好。但在腔内客体较多且为渗透性客体时, 抽真空消耗的时间会增加, 此外在镀膜的过程中, 真空度会略有下降。综上, 推荐当真空度优于2× 10-4 mbar即可进行金属镀膜, 既节约抽真空时间, 又能够保证显现效果。

2.5 其他影响因素探究

金、锌蒸发电流的大小影响金属蒸发的速度, 而金膜的形成与客体表面类型及金量有关。对于设定好的金量, 不同的电流值对应着不同的蒸发时间, 而不同的蒸发舟因电阻不同可能也对应着不同的电流值。通过实验观察记录推荐金、锌电流值及镀膜时间分别如下:金在电流旋钮为刻度80时, 可确保金蒸发舟内的金进行蒸发, 且不会烧断蒸发舟。随着金量不同, 蒸发的时间也不同, 一般完成金的蒸发时间在30 s~2 min; 锌在电流旋钮为刻度64时, 可平缓完成镀膜— — 既不会时间过久, 又不会因蒸发速度太快而导致手印镀膜过重。镀锌的时间依赖于客体表面、镀金的量、手印物质成分等因素, 为此镀膜时间的控制必须依靠技术员通过观察窗肉眼观察到可见手印而定。根据实验经验, 在上述推荐电流值下, 一般在40 s左右会开始出现颜色反差, 但并不绝对, 比如棉布、黑色垃圾袋等客体则需要大约2 min的时间。

3 结论

通过实验, 从客体摆放位置、金的用量、蒸发的真空度等方面对IDenticoat500真空镀膜仪显现潜在手印的条件进行了优化。结果显示, 客体摆放时, 横向各位置不影响显现效果, 而纵向摆放中, 距腔门5 cm至距腔体底部15 cm范围内(即两个锌蒸发舟正上方范围内)效果较好且差异不大。使用中, 真空度应优于(即数值低于)2× 10-4 mbar。在金量选择方面, 新鲜手印建议用3~4 mm的金丝(纯度99.9 %, 直径0.25mm), 陈旧手印建议适量减少金的用量至2 mm, 防止因手印成分减少而金使用过量导致显现失败。金的蒸发电流推荐电流旋钮调至刻度80, 时间30 s~2 min至金蒸发净为止; 锌的蒸发电流推荐电流旋钮调至刻度64, 时间视手印显现情况而定, 一般为40~80 s。由于各真空镀膜系统参数存在差异, 最佳推荐条件亦有不同。但总体来讲, 影响因素相同, 故当使用其他镀膜系统进行手印显现时, 可以参考本研究确定的最佳条件。此外, 显现条件受制于不同的客体、不同的手印状态, 技术人员在操作时也应视具体情况, 结合真空镀膜技术显现手印的原理, 合理调整影响要素, 保证最佳显现效果。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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