利用電阻測(cè)量技術(shù)鑒別朱墨時(shí)序

韓 偉

（煙臺(tái)市公安局刑事科學(xué)技術(shù)研究所 山東 煙臺(tái) 264003）

1 引言

在案件的偵查和訴訟過程中，將會(huì)涉及許多文件物證，如借據(jù)、收條、遺囑、協(xié)議、合同等需要進(jìn)行鑒定以確定其真?zhèn)?。在我國，正式的文書需加蓋印章（包括公章和名章）后方可生效。其形成的正常順序，應(yīng)當(dāng)先寫好有關(guān)文字內(nèi)容，經(jīng)過審核認(rèn)可后再用印，即先墨后章。而作偽者卻經(jīng)常利用事先蓋好的印文，再添寫文字內(nèi)容，形成先章后墨的非正常形成時(shí)序。在法庭科學(xué)領(lǐng)域，朱墨時(shí)序檢驗(yàn)是識(shí)別偽造和變?cè)煳募囊豁?xiàng)重要的司法鑒定分支技術(shù)，主要通過筆畫墨跡與印文色料相互交叉、重疊的立體空間層次所呈現(xiàn)的理化特性和微觀形態(tài)特征來判斷朱墨物質(zhì)存在的先后順序，其中“朱”指紅色印泥或印油蓋印的印跡，“墨”指黑色或藍(lán)色油墨書寫的字跡。

目前，朱墨時(shí)序的檢驗(yàn)方法包括有損檢驗(yàn)和無損檢驗(yàn)兩類，其中由于有損檢驗(yàn)破壞檢材而不常被采用，傳統(tǒng)的無損檢驗(yàn)方法主要是利用光學(xué)設(shè)備的顯微與立體成像技術(shù)展開，從形態(tài)學(xué)的角度來分析和判斷[1-4]。同時(shí)，國內(nèi)外司法鑒定專家基于新技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了有益探討，如采用筆畫微痕色差[5]或?qū)挾茸兓痆6]等指標(biāo)確定筆畫的先后順序；利用激發(fā)熒光后所呈現(xiàn)的3D圖譜判斷不同顏色筆畫先后順序[7]；利用顯微激光全息成像技術(shù)確定同種顏色的墨水字跡的先后順序[8]；運(yùn)用靜電檢測(cè)技術(shù)鑒別字跡筆畫順序[9-10]。雖然上述方法在應(yīng)用中都存在一定的局限性，但從技術(shù)層面卻極大地拓展了鑒定方法的內(nèi)涵和外延。

現(xiàn)階段，市場(chǎng)上近70%的黑色簽字筆墨水成分含碳[11]，對(duì)黑色含碳筆形成的朱墨時(shí)序的檢驗(yàn)具有普遍性和復(fù)雜性。2007年，中國人民公安大學(xué)的黃建同教授依據(jù)黑色含碳書寫色料中炭黑的導(dǎo)電性能，首次提出將電阻測(cè)量法應(yīng)用于含碳筆種類鑒別中的思路，并利用電阻法測(cè)量法對(duì)朱墨時(shí)序的可行性進(jìn)行了初步研究[12-13]。之后，于璐[14]、林建成[15]對(duì)不同朱墨時(shí)序電阻數(shù)據(jù)的規(guī)律性進(jìn)行了探討，對(duì)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的表象性進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述，但并未對(duì)諸多影響因素進(jìn)行深入研究，缺乏統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的量化分析，更未形成方法應(yīng)用的具體依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。

本文主要利用電阻測(cè)量技術(shù)，研究印文和字跡交疊所構(gòu)成的立體結(jié)構(gòu)反映出的電阻特性，通過多因素?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，從建立技術(shù)操作方法和判斷標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)角度，通過量化的數(shù)據(jù)分析為解決含碳筆朱墨時(shí)序定性難題提供鑒別依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)原理

黑色含碳簽字筆墨水中的顏料主要成分是納米級(jí)的乙炔碳黑，碳黑是一種無定形碳[12]。字跡書寫形成后，筆畫中的碳含量基本恒定。筆畫電阻測(cè)量法以碳原子SP2雜化結(jié)構(gòu)解釋碳的導(dǎo)電性為切入點(diǎn)，從含碳物質(zhì)均可導(dǎo)電的特性衍生出含碳字跡中電阻測(cè)量的可行性為原理。根據(jù)電阻率R=ρ·L/S，其中ρ是電阻率，L是長度，S是橫截面積。如果待測(cè)量的字跡筆畫L和橫截面積S一定，那么電阻率ρ與電阻具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于不同品牌不同型號(hào)的含碳筆墨水的配方各不相同，電阻率ρ必然反映出不同墨水的種類差異。

在朱墨時(shí)序鑒別中，黑色含碳簽字筆色料中含有的炭黑成分具有一定的導(dǎo)電性，而印泥（油）的導(dǎo)電性較差。根據(jù)印文色料和筆畫墨跡的分布特征反映，簽字筆的硬筆頭在書寫時(shí)容易在紙張表面形成凹形溝痕，溝痕中的字跡和印文色料相互重疊構(gòu)成了具有層次的立體結(jié)構(gòu)，即紙張基底層、黑色墨跡層和紅色印跡層。因此，在先墨后朱（先字后章）時(shí)印文色料處于表層，覆蓋了字跡色料，但處于底層的字跡筆畫完整、連貫，墨跡均勻，筆畫作為一段碳顆粒分布均勻的導(dǎo)電體在電路連接時(shí)可形成閉合的電流回路，電阻測(cè)量?jī)x能夠測(cè)得該段含碳筆畫的電阻數(shù)值；在先朱后墨（先章后字）時(shí)，印文色料先附著于紙張表面，交叉點(diǎn)處的印文色料阻斷了字跡色料與紙張的直接接觸，易使墨跡在印文色料表面形成斷筆、露白、駐墨等現(xiàn)象，破壞了含碳筆畫的連續(xù)性，字跡筆畫容易斷續(xù)，無法形成有效的閉合電路，從而影響筆畫的導(dǎo)電性，其電阻值不易測(cè)得或阻值偏高。兩者在電阻數(shù)據(jù)的差異性構(gòu)成了朱墨時(shí)序鑒別中定量化判斷的客觀依據(jù)。

3 檢驗(yàn)方法的建立

3.1 儀器

便攜式含碳筆鑒別工作站（又稱筆跡電阻測(cè)量?jī)x，由中國人民公安大學(xué)與彩虹模識(shí)科技有限公司聯(lián)合研制）。通過探針測(cè)量固定長度筆畫的電阻值，將筆畫電阻數(shù)值轉(zhuǎn)化成電信號(hào)在屏幕中讀取，以宏觀電阻數(shù)值的形式反映黑色字跡油墨中含碳量的多少。

3.2 操作

（1）測(cè)量點(diǎn)。分別對(duì)黑色字跡筆畫與印文交叉部位電阻（以下簡(jiǎn)稱“交叉筆畫電阻”）、黑色字跡筆畫與印文重疊部位電阻（以下簡(jiǎn)稱“重疊筆畫電阻”）兩個(gè)部位的電阻進(jìn)行測(cè)量，通過比較兩者電阻特性差異，判斷字跡與印文形成的先后順序，如圖1、2所示。

圖1 電阻測(cè)量部位模擬圖示

圖2 電阻測(cè)量部位實(shí)測(cè)圖示

（2）測(cè)量方式。一是“單次測(cè)量模式”，在字跡筆畫中分別選取多個(gè)點(diǎn)手動(dòng)逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，獲得該油墨穩(wěn)定的電阻數(shù)據(jù)。二是“連續(xù)測(cè)量模式”，儀器對(duì)每個(gè)單點(diǎn)自動(dòng)連續(xù)測(cè)量10次，每個(gè)單點(diǎn)獲得一條電阻值歸一化譜線，如圖3所示。

3.3 方法

（1）測(cè)量點(diǎn)的選擇是保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性的基礎(chǔ)。測(cè)量點(diǎn)處的色料要均勻，不能選取有明顯空白、停頓、轉(zhuǎn)折、重疊的筆畫，否則將會(huì)造成阻值的波動(dòng)變化。避免在墨跡筆畫過細(xì)處或色料密度較小的部位選點(diǎn)，易受純紙張的影響，使實(shí)際阻值偏高。

圖3 5個(gè)朱墨時(shí)序樣本的電阻值歸一化譜圖

（2）測(cè)量方法的選擇是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性前提。測(cè)量時(shí)，在測(cè)量區(qū)域處移動(dòng)測(cè)量點(diǎn)，掌握該區(qū)域電阻的基本趨勢(shì)，然后將測(cè)量點(diǎn)位置固定下來；對(duì)于多處朱墨交叉部位，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)該是隨機(jī)多次，即在不同交叉部位多次選點(diǎn)。

（3）測(cè)量?jī)x器的規(guī)范操作是確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的關(guān)鍵。測(cè)量時(shí)應(yīng)避免晃動(dòng)儀器及桌面，不宜用手直接碰觸探針，切忌平行拖動(dòng)造成探針損壞或變形，以防影響測(cè)量精度。同時(shí)，測(cè)量過程中，應(yīng)將彈性的探針與測(cè)量部位自然接觸，避免用力下壓，造成測(cè)量部位污損。測(cè)量結(jié)束后用紙巾清除探針上的附著物，避免下次測(cè)量時(shí)形成交叉污染。

3.4 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，簽字筆自身含碳量（電阻值）的高低是此項(xiàng)檢驗(yàn)中分類判斷的重要標(biāo)準(zhǔn)。

（1）當(dāng)簽字筆自身電阻值超過1500MΩ時(shí)，其與印泥（油）形成的朱墨時(shí)序無法有效區(qū)別。此時(shí)，簽字筆油墨中其自身的含碳量比較少，電阻值偏大，當(dāng)筆畫與印泥（油）混合后，墨跡受印文色料的滲透融合、遮擋覆蓋等因素影響，使原本較少的碳含量筆畫的導(dǎo)電性更加微弱，導(dǎo)致電阻儀器無法測(cè)得電阻數(shù)值，

（2）當(dāng)簽字筆自身電阻值低于1500MΩ時(shí)，在同一個(gè)樣本上，朱墨重疊部位的電阻值普遍大于交叉部位的電阻值。其原因在于交叉部位的測(cè)量點(diǎn)可以使電阻測(cè)量?jī)x的探針接觸到黑色純墨跡；而重疊部位測(cè)量點(diǎn)的墨跡完全與印文色料重疊，探針接觸的是混合色料成分，導(dǎo)致兩者電阻數(shù)據(jù)的存在差異。電阻數(shù)據(jù)對(duì)比關(guān)系如圖4所示。

（3）當(dāng)簽字筆自身電阻值低于1500MΩ時(shí)，對(duì)于同一簽字筆和同種印文色料形成的樣本，不同時(shí)序條件下的電阻數(shù)據(jù)差異明顯，總體表現(xiàn)為后墨比先墨時(shí)的電阻值增大，如圖5所示。

圖4 交叉部位和重疊部位電阻數(shù)據(jù)關(guān)系

圖5 不同朱墨時(shí)序電阻數(shù)據(jù)關(guān)系

4 判斷標(biāo)準(zhǔn)的建立

4.1 程序設(shè)計(jì)

將實(shí)驗(yàn)測(cè)試的大量數(shù)值“數(shù)據(jù)庫”化，基于Visual Basic語言編程，通過“類模塊”的屬性界定特定類型的數(shù)據(jù)，進(jìn)行多因素條件比對(duì)（包括筆種類、印文色料種類、紙張種類、樣本形成時(shí)間）。同時(shí)，采取多元化比對(duì)方式，結(jié)合不同測(cè)試指標(biāo)（墨跡先后、測(cè)試次序、測(cè)試方式等）進(jìn)行交叉統(tǒng)計(jì)，保證統(tǒng)計(jì)結(jié)果的全面性。

4.2 數(shù)據(jù)處理

將數(shù)據(jù)按范圍分布分為6組，不同組的權(quán)重不同，分布范圍越密集，權(quán)重相比就越大；反之，則較小。具體處理步驟如下：

（1）設(shè)置參考值：取數(shù)據(jù)集合的平均值（去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值的影響）

各組分配系數(shù)依次為：-1/8，-1/16，0，1/16，1/8；即系數(shù)越大，電阻值越高。

（3）根據(jù)測(cè)試結(jié)果、平均值、測(cè)試結(jié)果所在值區(qū)間及對(duì)應(yīng)的系數(shù)，計(jì)算結(jié)果處理值：（其中表示第g個(gè)分組的系數(shù)值）

4.3 影響因素的統(tǒng)計(jì)分析

4.3.1 印泥（油）種類影響因素的統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)中選擇5種印泥（油）：雪奧牌印泥、得力牌印油、光敏章印油、熱壓滲透章印油、激光雕刻滲透印油，分別與16支黑色簽字筆制作朱墨時(shí)序樣本。

不同種類的印文色料與簽字筆油墨的氧化、還原、滲透、交聯(lián)等能力存在差異影響朱墨時(shí)序處電阻數(shù)據(jù)的表現(xiàn)。統(tǒng)計(jì)顯示，先墨后朱時(shí)，電阻值74%～97.69%分布在組1區(qū)間；先朱后墨時(shí)，電阻值63%～84.38%分布在組6區(qū)間。5種印泥（油）與DELI S80簽字筆先后時(shí)序的數(shù)據(jù)分布區(qū)間統(tǒng)計(jì)如圖6所示。

圖6 5種印泥（油）與DELI S80簽字筆先后時(shí)序 (交叉部位)數(shù)據(jù)分布區(qū)間統(tǒng)計(jì)

4.3.2 簽字筆種類影響因素的統(tǒng)計(jì)分析

經(jīng)光學(xué)檢驗(yàn)、薄層層析檢驗(yàn)、拉曼光譜檢驗(yàn)和電阻測(cè)量檢驗(yàn)四種方法篩選出16支油墨中含有碳成分的黑色簽字筆，分別與5種印泥（油）制作朱墨時(shí)序樣本。

不同簽字筆油墨中的含碳量不同，而且筆墨的流暢度，書寫垂直力度（溝痕）、水平力度（拖拉痕跡）、力的疊加（駐墨、斷筆）等，都會(huì)影響朱墨時(shí)序電阻數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)顯示，先墨后朱時(shí)，電阻數(shù)值64%以上分布在組1區(qū)間；先朱后墨時(shí)，電阻數(shù)值70%以上分布在組6區(qū)間。16支筆與5種印泥（油）形成時(shí)序的電阻數(shù)據(jù)分布率統(tǒng)計(jì)如圖7、8所示。

4.3.3 印文濃淡影響因素的統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)中選擇兩枚印章分別蘸取朱奧印泥和得力印油，蓋印在70g/m2的A4幅藍(lán)旗艦牌靜電復(fù)印紙上，形成蓋印濃度（濃、中、淡）不同的印文樣本，再依次與16支黑色簽字筆制作朱墨時(shí)序樣本。

印文的濃淡實(shí)質(zhì)是印文色料存在數(shù)量多寡的表現(xiàn)，其實(shí)質(zhì)直接影響樣本理化性質(zhì)變化的速度和程度，導(dǎo)致朱墨時(shí)序中電阻數(shù)據(jù)變化。統(tǒng)計(jì)顯示，濃淡度不同的印文與簽字筆墨跡形成的朱墨時(shí)序，隨著印文濃度的增大，電阻值增大。先墨后朱時(shí)，電阻數(shù)值79.38%以上分布在組1區(qū)間；先朱后墨時(shí)，電阻數(shù)值55.53%以上分布在組6區(qū)間。不同濃度的印文與16支簽字筆形成時(shí)序的電阻數(shù)據(jù)分布率統(tǒng)計(jì)如圖9、10所示。

圖7 16支筆與5種印泥（油）形成的先墨后朱的電阻數(shù)據(jù)分布率統(tǒng)計(jì)

圖8 16支筆與5種印泥（油）形成的先朱后墨的電阻數(shù)據(jù)分布率統(tǒng)計(jì)

圖9 不同濃度印文與16支筆形成的先墨后朱的電阻數(shù)據(jù)分布率統(tǒng)計(jì)

圖10 不同濃度印文與16支筆形成的先朱后墨的電阻數(shù)據(jù)分布率統(tǒng)計(jì)

4.3.4 紙張種類影響因素的統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)中選擇5種紙張，發(fā)票收據(jù)紙（定量28g/m2）、信箋紙（定量50g/m2）、作業(yè)本書寫紙（定量60g/m2）、靜電復(fù)印紙（定量為70g/m2）、銅板紙（定量80g/m2）。統(tǒng)計(jì)顯示，紙張纖維的種類、填料的質(zhì)量，影響印跡和墨跡在相互融合過程中對(duì)紙張的滲透和擴(kuò)散程度，導(dǎo)致朱墨時(shí)序中電阻數(shù)據(jù)的變化。先墨后朱時(shí)，電阻數(shù)值57%以上分布在組1區(qū)間；先朱后墨時(shí)，電阻數(shù)值72%以上分布在組6區(qū)間。5種紙張中朱墨時(shí)序的電阻數(shù)據(jù)分布率統(tǒng)計(jì)如圖11、12所示。

圖11 5種紙張中先墨后朱的電阻數(shù)據(jù)分布率統(tǒng)計(jì)

圖12 5種紙張中先朱后墨的電阻數(shù)據(jù)分布率統(tǒng)計(jì)

4.3.5 樣本形成時(shí)間影響因素的統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)中選擇制作樣本形成后的當(dāng)天、3天、15天、30天、90天、180天、360天共7個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。統(tǒng)計(jì)顯示，不同形成時(shí)間條件下，朱墨時(shí)序情況的電阻數(shù)據(jù)在組1和組6區(qū)間的分布率差異明顯，且呈現(xiàn)階段性變化規(guī)律。在樣本形成初期（30天之內(nèi)）分布率差異明顯，90天以后，分布率差異逐漸減弱，說明樣本形成30天之內(nèi)，是朱墨時(shí)序判斷的最佳時(shí)間段。7個(gè)時(shí)間點(diǎn)中得力印油印文與DELI S80簽字筆簽字筆形成的朱墨時(shí)序的電阻數(shù)據(jù)分布區(qū)間統(tǒng)計(jì)如圖13所示。

4.4 判斷標(biāo)準(zhǔn)

圖13 不同時(shí)間點(diǎn)形成的朱墨時(shí)序的電阻數(shù)據(jù)分布區(qū)間統(tǒng)計(jì)

本研究基于實(shí)驗(yàn)所建立的“數(shù)據(jù)庫”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過多因素影響分析，選擇統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中具有相對(duì)準(zhǔn)確性的閾值作為判斷依據(jù)，對(duì)判斷結(jié)果進(jìn)行分組：①確定結(jié)論；②傾向確定結(jié)論；③無法做出結(jié)論，需專家評(píng)估。

組1區(qū)間的分布率K1：當(dāng)K1＞ 74.38%，可以判斷先墨后朱；當(dāng)64%＜K1＜74.38%，傾向判斷先墨后朱；當(dāng)K1＜64%，難以確定，需專家評(píng)估。

組6區(qū)間的分布率K2：當(dāng)K2＞ 78.57%，可以判斷先朱后墨；當(dāng)55.53%＜K2＜78.57%，傾向判斷先朱后墨；當(dāng)K2＜55.53%，難以確定，需專家評(píng)估。

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

經(jīng)過對(duì)100份樣本的盲測(cè)，結(jié)果如圖14所示。

圖14 驗(yàn)證結(jié)果統(tǒng)計(jì)

（1）得出結(jié)論情況。確定結(jié)論86份（占全部樣本的86%）；傾向確定結(jié)論8份（占全部樣本的8%）；無法做出結(jié)論6份（占全部樣本的6%）。

（2）正確結(jié)論情況。針對(duì)確定結(jié)論和傾向確定結(jié)論統(tǒng)計(jì)，正確結(jié)論89份（占全部樣本的89%），錯(cuò)誤結(jié)論5份（占全部樣本的5%）。

（3）錯(cuò)誤結(jié)論和無法做出結(jié)論的情況。共有5份錯(cuò)誤結(jié)論和6份不確定結(jié)論，其中，先墨后朱（8份）比率高于先朱后墨（3份）。究其原因，在于部分先墨后朱測(cè)量部位的電阻穩(wěn)定性差、個(gè)別數(shù)值偏大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)區(qū)間分布零散，容易造成認(rèn)識(shí)偏差。

6 結(jié)論

電阻測(cè)量法利用印文和字跡交疊所構(gòu)成的立體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過對(duì)含碳墨水電阻屬性測(cè)量，可以反映出不同朱墨時(shí)序的電阻特性差異規(guī)律。依據(jù)所建立的系統(tǒng)檢驗(yàn)方法和判斷標(biāo)準(zhǔn)，能夠?yàn)槎ㄐ缘蔫b定意見提供定量判斷的依據(jù)，具有準(zhǔn)確、無損、便捷的優(yōu)勢(shì)。