引用本文
廉哲, 梁鲁宁, 林雷祥, 石高军, 李志豪, 王蔚昕, 光晓俐. 黑色激光打印墨迹磁性检验初步研究[J].刑事技术, 2022,47(4):347-352
LIAN Zhe, LIANG Luning, LIN Leixiang, SHI Gaojun, LI Zhihao, WANG Weixin, GUANG Xiaoli. Preliminary Probing into Magnetic Substance from Black Laser Printouts[J]. Forensic Science and Technology,2022,47(4): 347-352  
Doi: 10.16467/j.1008-3650.2022. 0022
Permissions
Copyright©2022, 《刑事技术》编辑部
《刑事技术》编辑部
黑色激光打印墨迹磁性检验初步研究
廉哲, 梁鲁宁*, 林雷祥, 石高军, 李志豪, 王蔚昕, 光晓俐
公安部物证鉴定中心,北京100038
* 通信作者简介：梁鲁宁,女,山东威海人,硕士,研究员,研究方向为书写材料检验。E-mail: cooly8828@163.com

第一作者简介：廉哲,男,山东济南人,博士,助理研究员,研究方向为书写材料检验。E-mail: lianzhe@cifs.gov.cn

收稿日期: 2022-01-27 修回日期: 2022-05-07
基金资助: 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（2021JB014、2015JB003）
摘要

本文建立了一种基于磁性的激光打印墨迹检验方法,通过对国内常见的75种激光打印机形成的打印墨迹进行检验,发现约15%的打印墨迹中存在磁性物质,其中佳能、惠普品牌墨粉中添加磁性物质情况更为常见。经磁性扫描,发现这些磁性物质均匀分布于墨迹中,其磁性和分布较稳定,随时间变化不显著。对不同型号打印机,其墨迹磁性强度存在差异。通过墨迹中磁性物质的有无和磁性强弱可将墨迹分为3类。选取一种磁性墨迹进行了污损和老化实验,结果表明本方法也可为污损文件检验和字迹显现提供重要信息。这种方法快捷无损,是一种较好的文件预检验方法,具有一定的推广价值。

关键词: 激光打印; 墨迹; 磁性; 区分率; 污损文件; 磁性扫描
中图分类号:DF794.2 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2022)04-0347-06
Preliminary Probing into Magnetic Substance from Black Laser Printouts
LIAN Zhe, LIANG Luning*, LIN Leixiang, SHI Gaojun, LI Zhihao, WANG Weixin, GUANG Xiaoli
Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security, Beijing 100038, China
Abstract

The physicochemical analysis is often utilized for identification of printing inks and printed marks, capable of effectively discerning the page-altered files, realizing comparison and differentiation of various types of printers (toner cartridges), and technically supporting the authentication of printers with unknown files. Some powdered toners hold magnetic substance, making them able to distinguish from those that have no magnetic substance added. The magnetic scanner is difinitely a suitable choice to depict the magnetic material from one laser-printed ink. Presently, there are overseas researches on scanning magnetic ink, yet few in China (no report known or disclosed). Consequently, some common laser printer-used inks were tested of their magnetism in this paper, together with the discussion about the feasibility and effectiveness for magnetic test to distinguish brand-different printing inks, therewith having a magnetism-based examination method established for laser printouts. Among the 75 common laser printouts analyzed, about 15% were revealed of containing magnetic substances, with the Canon-/HP-brand toners having more common addition. The magnetic scanning also showed that the magnetic substances are evenly distributed in the printouts, leaving in such a relatively stable magnetism and/or distribution that does not change significantly with time. However, different types of printers displayed different magnetic strength from their ink. Moreover, the printouts were found capable of dividing into three categories by presence or absence of magnetic substances and magnetic strength. Furthermore, the experiment for a kind of magnetic ink to damage and/or put into aging demonstrated that forensic examination can borrow support from the magnetic test method to provide important information with the damaged documents and/or have the printouts appeared. Conclusively, the magnetic test/scanning method is fast and nondestructive, eligible for a fine document pre-examination approach and popularization value.

Key words: laser printing; printout; magnetism; discrimination rate; damaged document; magnetic scanning

激光打印、复印文件的检验一直是刑事技术工作者关注的问题[1, 2, 3, 4, 5]。对打印墨迹进行理化分析, 可以有效识别换页文件、实现不同机型打印机（硒鼓）的比对区分, 并为未知文件的打印机识别提供技术支持。树脂和碳黑是黑色墨粉最主要的组成部分, 国内外已经进行了大量研究报道, 形成了较为成熟的方法[6, 7, 8, 9, 10]。在一些品牌的墨粉中, 另外添加了磁性物质作为载体, 以达到较佳打印效果。2013年以来, 国际上一些研究者开始使用磁性扫描仪研究打印墨迹的磁性。磁性扫描仪最初是为了检验纸币、护照等证件的磁性印刷而开发的, 但基于同样的原理, 这种仪器也可以扫描激光打印墨迹的磁性物质分布, 并输出分布图像。Mieremet[11]较早提出可以通过磁性来区分不同黑白打印机形成的墨迹, 一些学者对这种方法进行了研究[12, 13, 14], 这些研究主要集中于国外打印机型。国内相关研究较少, 尚未见报道。本文对若干国内常见激光打印机墨迹的磁性进行了检验, 探讨通过磁性检验区分不同品牌打印机墨迹方法的可行性和有效性。

1 材料与方法
1.1 实验材料

不同打印机（均为原装硒鼓）形成的打印墨迹75种, 编号及打印机具体厂家型号见表1。

表1 实验用打印墨迹样本对应打印机信息 Table 1 Printers sampled in this study and their information
1.2 实验仪器与参数设置

Regula 7701M磁性扫描仪, 软磁性扫描, 最长扫描时间：5.5 min; 扫描幅面：A4竖向, 补偿磁场0.1~4.8 mT, CCD阵列：640× 512, 像素面积：29 μ m× 29 μ m。仪器自带软件CADR Version 0.80, 在软件磁化强度选项中, 将各像素点的磁通量强度划分为10级, 按不同等级为各像素点赋予不同色彩, 输出伪彩色图像。

1.3 实验方法

将样本置于磁性扫描仪上, 选定合适区域, 扫描器附加强磁体后进行扫描, 软件根据各像素点磁通量扫描情况, 输出样本磁性物质分布的单色图像, 按需使用软件对单色图像涂色, 生成伪彩色图像, 增强可视效果。

2 结果与讨论
2.1 墨迹的磁性检验

部分墨迹具有磁性, 得到的扫描图像较好地复原了原图文, 文字可清晰识读, 由此可知其磁性物质均匀分布于墨迹中（图1a）。其余墨迹不具有磁性, 得到的扫描图像为空白（图1b）。经检验, 发现佳能的20~27号样本, 柯尼卡美能达的46号样本, 惠普的57、58号样本具有磁性, 共计11种, 其余的64种样本墨迹不具有磁性。仅就本实验样本而言, 磁性墨粉占比约为15%, 其中佳能、惠普墨粉中添加磁性材料情况相对更常见。

图1 两种不同型号打印机打印墨迹及其磁性扫描图像Fig.1 Two types of printouts and their magnetic scanning images

2.2 通过磁通量强度区分磁性打印墨迹

进一步研究发现, 在11种磁性墨迹样本中, 墨迹的磁性强度存在明显差异, 全部佳能样本（20~27号）、惠普的M1005（58号）磁性强, 其磁性扫描图文清晰可见, 而另外的46、57号样本磁性相对弱, 以至于图文需进行放大才能识别。按照各像素点磁性强度生成伪彩色图像（图2）, 较直观地展现了这种差异。图2中a、b两种墨迹中, 大多数字迹的磁性强度均达到80~100, 而c、d字迹的磁性强度最大不超过20, 一般在10~20之间。

图2 四种不同型号打印机打印墨迹磁性图像（左为局部扫描图, 右为伪彩色图像）Fig.2 The magnetic scanning images from 4 types of printouts (Left: the partially-scanning image; Right: the pseudo-color image)

考虑到实验样本均为正常状态下打印, 不存在墨粉量低、打印故障等情况, 磁性强度存在差异的主要原因不是字迹含有墨粉量不同, 而更可能是墨粉中磁性物质的配比或种类存在差异。这种配方的差异是由打印机的相关工艺参数决定的。需要注意的是, Mazzella等[13]研究数据显示, 旧硒鼓打印的墨迹磁性不均匀性较大, 极端情况下同一张纸上墨迹最浅处的磁性仅为最强处的40%左右, 但存在这种差异的墨迹在外观上可轻易识别。因此, 通过较明显的磁性强度差异区分正常打印墨迹是完全可行的。

2.3 样本区分率

根据2.1、2.2实验结果, 可将本实验75种墨迹分为强磁性（9种）、弱磁性（2种）和无磁性（64种）, 将本实验涉及样本两两组对可得到2 775种组合, 其中可得到区分的组对数为722, 其区分率达到了26.0 %。以该区分率估算, 对随机组合的两种打印墨迹, 只使用磁性比对即可得以区分的可能性超过了25%, 因此, 作为一种无损的预检验方法, 磁性比对检验在实际案例中具有应用潜力。

2.4 字迹掩盖与老化实验

本研究选择惠普M1005打印样本（58号样本）进行了污损和老化文件检验的初步研究。选取部分区域, 分别使用签字笔和喷墨打印墨水掩盖打印字迹, 随后对字迹区域进行磁性扫描, 结果见图3。由图3可知, 被掩盖的墨迹完全可以被清晰识读, 且其磁信号强度无显著变化。这意味着磁性扫描的方法可以有效应用于污损（篡改）文件上字迹的无损显现, 不需要额外的清洁、剥离等工序。必须指出, 该方法应用的前提是磁性字迹未被彻底移除, 且其上掩盖墨迹或污损痕迹中不含同类磁性物质。

图3 污损文件及其磁性扫描图Fig.3 The altered document and its magnetic scanning image

取新制墨迹样本后进行磁性扫描, 随后分别刻取两部分字迹, 一部分置于85 ℃烘箱中加热, 另一部分置于红外烤灯下照射, 其余部分室内正常放置。 24 h后拼合字迹再次进行磁性扫描, 结果见图4。由图4可知, 两种环境下放置, 墨迹中磁性物质的分布和强度均未发生明显变化, 即使纸页部分区域已经碳化, 其上磁性墨迹的图文依然保存完好。这提示本方法在烧毁文件检验和字迹显现中也可发挥重要作用。

图4 HP M1005新制墨迹和老化墨迹及其磁性图像（左为新制墨迹, 右为老化墨迹）Fig.4 The newly-printed and aged printouts from HP M1005 and their magnetic images (Left: newly-printed; Right: aged)

此外, 本实验使用的部分样本已经在室内自然放置了5年以上, 与新制样品相比, 同样未发现其磁性发生明显变化。这说明, 磁性物质在树脂包埋的情况下, 较难与外界的氧气或水发生反应, 可在较长时间内保持稳定。因此, 仅通过墨迹磁性变化推断文件形成时间不可行。

2.5 案例应用

检材“ 房屋抵押合同” 一页（图5）, 检验要求为检验该合同是否存在变造等情况。对于该检验, 常规的形态学检验和理化检验方法都是适用的, 但这并不妨碍先使用本研究的方法对检材进行无损预检验。磁性扫描的结果见图5, 由图可见仅有一行字迹存在较强的磁性, 合同其他部位的字迹均未检出磁性。这说明该部分字迹与其他字迹的成分不同, 可据此直接得到“ 检材存在变造” 的结论。该方法的预检验结果也为后续的理化检验明确了重点区域。

图5 某变造文件及其部分区域磁性扫描图像Fig.5 An altered document and its partial magnetism-scanning image

3 结论与展望

本文研究了墨迹磁性的检验方法, 对国内常见的75种激光打印机形成的墨迹进行了检验, 发现约15%的打印墨迹中存在磁性物质, 这些磁性物质均匀分布于墨迹中, 其磁性和分布较稳定, 随时间变化不显著, 对不同型号打印机, 其墨迹磁性强度存在差异。通过墨迹中磁性物质的有无和磁性强弱可将墨迹分为3类, 仅就本实验涉及样本, 可计算样本区分率为26.0 %。

本研究的方法针对墨迹中的磁性物质进行检验, 是一种快捷无损的预检验方法, 可以与主要针对树脂、碳黑等的光谱方法（如红外、拉曼等）互补, 进一步提升对激光打印墨迹的无损区分能力。同时, 该方法基本不受污染影响, 可应用于掩盖字迹、污损或烧毁老化等检验场景。

未来研究方向一是深入研究磁性物质的表征方法, 如磁性物质种类、分子构型、粒度、磁性质（如软磁性/硬磁性等）, 以进一步实现磁性墨迹的细分, 提升本方法区分能力; 二是扩充打印墨迹样本库, 汇总样本磁性、红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜能谱等数据信息, 建立墨迹无损检验数据库, 综合发挥各方法优势, 更好地实现激光打印墨迹的比对区分和溯源。

参考文献
[1] 许士国, 王虹, 姜峰. 栅格特征在打印文件检验中的应用研究[J]. 刑事技术, 2022, 47(1): 58-63.
(XU Shiguo, WANG Hong, JIANG Feng. Applicability of grid features in examination of printed documents[J]. Forensic Science and Technology, 2022, 47(1): 58-63. ) [本文引用:1]
[2] 刘奕霏, 廉哲, 王蔚昕, 等. 热裂解气相色谱-质谱联用技术检验激光打印黑色墨迹[J]. 刑事技术, 2017, 42(6): 467-470.
(LIU Yifei, LIAN Zhe, WANG Weixin, et al. Determination of black laser printing traces by pyrolytic gas chromatography- mass spectrometry (PyGC-MS)[J]. Forensic Science and Tech- nology, 2017, 42(6): 467-470. ) [本文引用:1]
[3] TCHAN J S. Forensic examination of laser printers and photocopiers using digital image analysis to assess print characteristics[J]. Journal of Imaging Science and Technology, 2007, 51(4): 299-309. [本文引用:1]
[4] WU X, OUYANG G, LI B, et al. Determining line-crossing sequences between laser printing and writing pen using coaxial light: line-crossing sequences determination[J]. Journal of Forensic Sciences, 2020, 65(4): 1242-1246. [本文引用:1]
[5] LI B, QU Y, WANG C, et al. Studies about quantitative examination of laser printed documents based on image physical metric[J]. Forensic Science International, 2021, 318(12): 110603. [本文引用:1]
[6] MATERAZZI S, RISOLUTI R, PINCI S, et al. New insights in forensic chemistry: NIR/Chemometrics analysis of toners for questioned documents examination[J]. Talanta, 2017, 174: 673-678. [本文引用:1]
[7] BERSANI S, LOTTICI P P, PLACIDI M, et al. Forensic applications of Raman spectroscopy: investigation of different inks and toners [C]//GNSR 2001: State of Art and Future Development in Raman Spectroscopy and Related Techniques. Amsterdam: IOS Press, 2002, 36. [本文引用:1]
[8] 许可, 梁鲁宁, 连园园. 线聚焦显微激光拉曼光谱技术区分激光打印墨粉[J]. 中国司法鉴定, 2011(2): 27-30, 79.
(XU Ke, LIANG Luning, LIAN Yuanyuan. Classification into toners of laser printers with micro Raman spectroscopy[J]. Chinese Journal of Forensic Sciences, 2011(2): 27-30, 79. ) [本文引用:1]
[9] ASSIS A, BARBOSA M F, NABAIS J, et al. Diamond cell Fourier transform infrared spectroscopy transmittance analysis of black toners on questioned documents[J]. Forensic Science International, 2012, 214(1-3): 59-66. [本文引用:1]
[10] TREJOS T, TORRIONE P, CORZO R, et al. A novel forensic tool for the characterization and comparison of printing ink evidence: development and evaluation of a searchable database using data fusion of spectrochemical methods[J]. Journal of Forensic Sciences, 2016, 61(3): 715-724. [本文引用:1]
[11] MIEREMET M. The use of magnetism to discriminate between different laser printers [D]. Hague: Netherland s Forensic Institute, 2013. [本文引用:1]
[12] BIEDERMANN A, BOZZA S, TARONI F, et al. Analysis and evaluation of magnetism of black toners on documents printed by electrophotographic systems[J]. Forensic Science International, 2016: 157-165. [本文引用:1]
[13] MAZZELLA W, LI B. Is magnetic flux a valuable tool for the analysis of electrophotographic-printed documents?[J]. Journal of Forensic Science and Medicine, 2018, 4(4): 197-202. [本文引用:2]
[14] POLSTON C, THOMPSON D, BUZZINI P. The assessment of the impact of induction spatial effects on magnetic flux measurements of toner-printed documents to the detection of forged or altered documents[J]. Journal of Forensic Sciences, 2021, 66(5): 1956-1965. [本文引用:1]