新型無(wú)毒熒光顯現(xiàn)劑
——螺旋藻粉末在指印顯現(xiàn)中的應(yīng)用

代雪晶 馬瑞聰

（中國(guó)刑事警察學(xué)院聲像資料檢驗(yàn)技術(shù)系 遼寧 沈陽(yáng) 110035）

1 引言

粉末顯現(xiàn)法是在現(xiàn)場(chǎng)勘查中應(yīng)用非常廣泛的一種傳統(tǒng)有效的指印顯現(xiàn)方法，具有成本低、攜帶方便、操作簡(jiǎn)便、顯現(xiàn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，是非滲透性客體上新鮮汗?jié)摵陀蜐撝赣★@現(xiàn)的重要方法之一[1]。當(dāng)使用傳統(tǒng)粉末顯現(xiàn)指印時(shí)，最大的問(wèn)題是選擇哪一種粉末，使得這種粉末與指印所存在的背景具有最大的對(duì)比度，例如，黑色背景上的白色粉末，或者淺色背景上的深色粉末。如果所需客體表面的背景是多種顏色、圖案的話，那么粉末的選擇就會(huì)受到極大的限制。迄今為止，國(guó)內(nèi)用于顯現(xiàn)指印的傳統(tǒng)熒光粉和新型熒光粉[2]，大多數(shù)是基于它們的光致可見(jiàn)熒光特性，即能夠在紫外線或者藍(lán)綠光的激發(fā)照射下發(fā)出可見(jiàn)光（400～700nm）。但是由于有些承痕客體在紫外線照射下，背景自身也會(huì)發(fā)出可見(jiàn)熒光，這就使得指印與背景之間的反差降低，從而無(wú)法清晰地顯現(xiàn)出指印。我們比較熟悉的光有3種，分別是紫外光、可見(jiàn)光和紅外光。紅外光目前主要用于各種形式的成像，如紅外攝影[3]、夜視設(shè)備和熱成像[4]，但尚未普遍用于潛在指印顯現(xiàn)中，主要是由于缺乏合適的紅外熒光材料。文件檢驗(yàn)員在分析書寫和印刷油墨時(shí)，通常會(huì)進(jìn)行紅外線反射和發(fā)光檢驗(yàn)，由此本文提出了一種新型的紅外熒光粉末，即螺旋藻粉末。螺旋藻是一種天然存在的無(wú)毒藻類，它含有防癌、治癌作用的藻類蛋白，以及其他大量礦質(zhì)元素和提高機(jī)體免疫力的生物活性物質(zhì)，目前被廣泛的應(yīng)用在食品工業(yè)當(dāng)中[5]。為了探索這種新型粉末在指印顯現(xiàn)過(guò)程中的應(yīng)用潛力，嘗試了各種具有復(fù)雜背景的非滲透和半滲透客體表面的汗?jié)摵陀蜐撝赣〉娘@現(xiàn)，并且比較了不同條件下的指印顯現(xiàn)效果，對(duì)螺旋藻粉末的顯現(xiàn)能力作了綜合評(píng)估。

2 實(shí)驗(yàn)原理

發(fā)光是物體在外界因素作用下發(fā)射電磁輻射的現(xiàn)象，有許多外界因素可以導(dǎo)致物體發(fā)光，其中包括電發(fā)光、摩擦發(fā)光、化學(xué)發(fā)光、生物發(fā)光和光致發(fā)光等[6]。光致發(fā)光是指物體依賴外界光源進(jìn)行照射，從而獲得能量，產(chǎn)生激發(fā)導(dǎo)致發(fā)光的現(xiàn)象，它是經(jīng)過(guò)吸收、能量傳遞及光發(fā)射3個(gè)主要階段，光的吸收及發(fā)射都發(fā)生于能級(jí)之間的躍遷，都經(jīng)過(guò)激發(fā)態(tài)。而能量傳遞則是由于激發(fā)態(tài)的運(yùn)動(dòng)。紫外輻射、可見(jiàn)光及紅外輻射均可引起光致發(fā)光。光致發(fā)光攝影的優(yōu)點(diǎn)在于：相比于常規(guī)反射攝影，靈敏度是其104倍，這樣有利于細(xì)微指印的顯現(xiàn)。另外，光致發(fā)光攝影可以減弱甚至消除復(fù)雜顏色背景對(duì)痕跡拍攝效果的干擾和增大指印紋線與背景的反差，從而達(dá)到最佳的顯現(xiàn)效果[7]。光致紅外熒光攝影是指利用400～700nm的光照射被檢驗(yàn)物體，接收記錄物體在700～1000nm的近紅外區(qū)內(nèi)發(fā)光亮度分布圖像，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 光致紅外熒光攝影裝置圖

螺旋藻粉末在紅光的照射下，會(huì)發(fā)出近紅外光譜區(qū)的熒光[8]，將螺旋藻粉末刷在待顯現(xiàn)的指印紋線上，然后使用光致紅外熒光攝影進(jìn)行拍照固定，可以得到清晰的指印圖像。相比于其他傳統(tǒng)有毒有害的熒光粉末，螺旋藻粉末成本低、無(wú)污染，有益于身體健康，且多色客體背景很少能發(fā)出紅外熒光，因此可以獲得較大反差的指印圖像。

3 材料和方法.

3.1 實(shí)驗(yàn)器材

螺旋藻粉末（美越飼料有限公司生產(chǎn)）、佳能EOS700D單反相機(jī)1臺(tái)、佳能EOS70D紅紫外數(shù)碼相機(jī)1臺(tái)、多波段光源1套、便攜式紫外燈（254nm）、濾光鏡若干（700～850nm）、翻拍架。

3.2 實(shí)驗(yàn)樣本

第一部分實(shí)驗(yàn)中樣本為半滲透和具有復(fù)雜背景非滲透的客體表面的新鮮汗?jié)撝赣。嘤r(shí)間均在1d之內(nèi)，主要有05版100元人民幣、沙琪瑪包裝紙、雜志封面2頁(yè)（光面紙）、雀巢易拉罐和硬質(zhì)手機(jī)殼；第二部分實(shí)驗(yàn)中樣本為牛奶箱子，呀土豆包裝袋，遺留時(shí)間為1d、2d、4d、7d和15d的汗液指??；第三部分實(shí)驗(yàn)中樣本為勁酒包裝盒表面的新鮮汗?jié)撝赣　?/p>

3.3 實(shí)驗(yàn)操作

首先，我們需要測(cè)定螺旋藻粉末最佳激發(fā)波長(zhǎng)，分別使用了615nm的紅光、565nm的綠光和465nm的藍(lán)光分別對(duì)粉末堆進(jìn)行激發(fā)照射，在相機(jī)前加用730nm的紅外濾光鏡拍攝螺旋藻粉末，得到圖2所示的結(jié)果。

圖2 使用紅光（左）、綠光（中）、藍(lán)光（右）激發(fā)照射對(duì)螺旋藻粉末進(jìn)行光致紅外熒光攝影效果

可以清晰地看到，使用615nm的紅光進(jìn)行激發(fā)照射可以得到最佳的熒光強(qiáng)度，藍(lán)綠光激發(fā)照射下也可以發(fā)出一定強(qiáng)度的熒光，視情況也可以使用。

其次，我們還需要了解經(jīng)激發(fā)后的螺旋藻粉末在近紅外光譜區(qū)各個(gè)波段的熒光強(qiáng)度，使用波長(zhǎng)615nm的紅光進(jìn)行激發(fā)，而后分別在相機(jī)鏡頭前加700nm、730nm、800nm和850nm的濾光鏡，得到如圖3所示的結(jié)果。

圖3 螺旋藻粉末在幾個(gè)波段的熒光強(qiáng)度示意圖

可以看到：在700nm、730nm、800nm這3個(gè)波段，螺旋藻粉末都有著比較不錯(cuò)的熒光強(qiáng)度，在850nm波段處，雖然熒光強(qiáng)度較低，但是照片經(jīng)放大后也可觀察到清晰的紋線，同時(shí)所有照片上的背景基本被消除。由于拍攝是在暗環(huán)境下進(jìn)行，所以在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)考慮環(huán)境因素的干擾。指印紋線稍微有些不清晰，這是因?yàn)樗?gòu)買的螺旋藻粉末原本是做為魚的飼料而被加工制造出來(lái)的，所以它的粉末顆粒直徑較大，以至顯現(xiàn)出的指印紋線有些模糊，購(gòu)買后需要經(jīng)過(guò)研磨成合適的大小再進(jìn)行顯現(xiàn)會(huì)呈現(xiàn)最佳效果，本次實(shí)驗(yàn)由于不具備研磨粉末的條件所以沒(méi)有進(jìn)行這項(xiàng)工作。

具體的實(shí)驗(yàn)操作是首先使用佳能相機(jī)拍攝檢材的原貌，然后使用軟毛刷粉末均勻地將螺旋藻粉末刷在樣本的指印上。將紅外數(shù)碼相機(jī)安裝到翻拍架上，插入紅外濾光鏡，將實(shí)驗(yàn)樣本依次放至相機(jī)鏡頭光軸處，使用多波段光源615nm的紅光，45°角均勻配光，手動(dòng)調(diào)焦至指印紋線清晰后拍照記錄。第三部分實(shí)驗(yàn)中對(duì)于常用紫外熒光粉顯現(xiàn)的指印使用紫外燈配光，并使用安裝濾光鏡的佳能相機(jī)拍照記錄。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 螺旋藻粉末顯現(xiàn)不同客體表面指印

4.1.1 雜志封面的指印顯現(xiàn)效果

根據(jù)圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以明顯的得出：對(duì)于各種顏色的雜志光面紙，可以很容易地拍攝出清晰的指印，但是用其他拍攝方法來(lái)對(duì)付如此復(fù)雜的背景是有一定困難的。在圖4（b）和（d）的黑色顏料部位，顯現(xiàn)效果不佳，幾乎無(wú)法看到紋線，這是螺旋藻粉末存在著的不足之處，不過(guò)瑕不掩瑜，顯現(xiàn)效果尚可。

圖4 雜志封面原貌與拍攝效果圖（615nm 激發(fā)，780nm 濾光鏡）

4.1.2 易拉罐表面的指印顯現(xiàn)

易拉罐屬于曲面物品，其表面的指印不在同一水平面上，對(duì)于這種情況人們已經(jīng)研究出了一些顯現(xiàn)方法[9]。常規(guī)拍攝曲面物體上的指印應(yīng)該使用雙面打光進(jìn)行拍攝。本次實(shí)驗(yàn)由于設(shè)備不足只能進(jìn)行單側(cè)配光。結(jié)果如圖5所示，雖然能夠比較清晰的顯現(xiàn)出指印，紋線也比較清晰，只不過(guò)反差比圖4弱，顯現(xiàn)效果不佳。

圖5 雀巢易拉罐表面原貌與拍攝效果圖（615nm 激發(fā)，730nm 濾光鏡）

4.1.3 光滑手機(jī)殼表面指印顯現(xiàn)

手機(jī)殼為典型且常見(jiàn)的非滲透性客體，也是非常容易留下指印的地方，本次所選用的手機(jī)殼表面光滑。如圖6（a）所示，指印所在位置為高樓圖案處，背景比較復(fù)雜，但是拍攝效果良好，除了窗子圖案邊緣深藍(lán)的陰影部位無(wú)法顯現(xiàn)，這與圖4是同一個(gè)問(wèn)題?；鞠吮尘暗母蓴_，紋線完整，特征明顯，顯現(xiàn)效果良好。

圖6 硬質(zhì)手機(jī)殼表面原貌與拍攝效果圖（615nm 激發(fā)，730nm 濾光鏡）

4.1.4 沙琪瑪包裝紙表面指印顯現(xiàn)

圖7（a）所示客體背景為沙琪瑪?shù)耐獍b紙，背景極為復(fù)雜。但是其油墨在近紅外光譜區(qū)在相機(jī)中幾乎不發(fā)出熒光，只有指印紋線發(fā)光。顯現(xiàn)出的指印清晰完整，特征明顯，顯現(xiàn)效果卓越。

圖7 沙琪瑪包裝紙外側(cè)原貌與拍攝效果圖（615nm 激發(fā)，700nm 濾光鏡）

4.1.5 百元人民幣表面指印顯現(xiàn)

各國(guó)貨幣的種類式樣千差萬(wàn)別，但是都采用最高級(jí)的印刷技術(shù)，人民幣也是如此，其本身的設(shè)計(jì)使得粉末顯現(xiàn)法并不適用于顯現(xiàn)其表面的指印，使用常用的可見(jiàn)光譜區(qū)的熒光粉末對(duì)人民幣進(jìn)行拍攝，指印幾乎不可見(jiàn)，因?yàn)槿嗣駧攀怯啥喾N印刷方法印刷而成，其所用的油墨染料在紅光的激發(fā)下，也會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光譜區(qū)的熒光，甚至在700～730nm區(qū)也會(huì)有熒光產(chǎn)生，所以選用800nm的紅外濾光鏡。可以看到背景幾乎不發(fā)出這段波的熒光，幾乎全部被消除。但是由于人民幣表面為粗糙表面，排列著很多的網(wǎng)格線，顯現(xiàn)出來(lái)的指印如圖8所示，上半部比較模糊，下半部分比較清晰，中心斗形紋較明顯，人民幣顯現(xiàn)效果不佳。

圖8 百元人民幣原貌與拍攝效果圖（615nm 激發(fā)，800nm 濾光鏡）

上述所選客體都具有不錯(cuò)的代表性，總體來(lái)說(shuō)螺旋藻粉末對(duì)于這些客體都具有不錯(cuò)的顯現(xiàn)效果。由于螺旋藻粉末呈深綠色，其指印在白色、灰色或其他單色背景上具有不錯(cuò)的反差。當(dāng)然，這種對(duì)比不能與在白色背景上應(yīng)用的黑色粉末相比，但是仍然很容易在背景上顯現(xiàn)指印。與所有的指印粉末一樣，多色圖案背景在白光照射下幾乎無(wú)法辨別指印，顯現(xiàn)出來(lái)的指印只有一部分是可見(jiàn)的，如圖4、圖6。但是在大多數(shù)情況下，反差是否明顯與背景的顏色是無(wú)關(guān)的。

4.2 用螺旋藻粉末顯現(xiàn)不同遺留時(shí)間的汗液指印

4.2.1 牛奶箱子表面指印顯現(xiàn)效果對(duì)比

牛奶箱子屬于典型的半滲透性客體，且表面為半光滑性質(zhì)，比較適合使用螺旋藻粉末進(jìn)行顯現(xiàn)。圖9中（a）為牛奶箱子原貌圖，其他按順序依次是遺留時(shí)間為1d、2d、4d、7d和15d的汗液指印的顯現(xiàn)效果圖，可見(jiàn)在7d之內(nèi)的顯現(xiàn)效果較為清晰，存留15d由于汗液中水分幾乎完全蒸發(fā)導(dǎo)致顯現(xiàn)效果不佳。牛奶箱子表面的新鮮指印顯現(xiàn)效果為1d極佳，2d～7d的指印顯現(xiàn)效果良好，15d的顯現(xiàn)效果不佳。

圖9 牛奶箱子表面原貌及不同遺留時(shí)間指印顯現(xiàn)圖（615nm 激發(fā)，730nm 濾光鏡）

4.2.2 零食包裝紙表面指印顯現(xiàn)效果對(duì)比

對(duì)于呀土豆零食包裝袋這類光滑表面的汗液指印，通常不采用粉末顯現(xiàn)法，因?yàn)榭腕w表面光滑不易刷粉，容易模糊，本次實(shí)驗(yàn)在操作過(guò)程中便遇到了這個(gè)問(wèn)題。但是圖10說(shuō)明使用螺旋藻粉末對(duì)其也有不錯(cuò)的顯現(xiàn)效果。其中圖10（a）為檢材原貌，其他按順序依次是遺留時(shí)間為1d、2d、4d和7d的汗液指印的顯現(xiàn)效果圖，可見(jiàn)對(duì)于4d內(nèi)的指印具有良好的顯現(xiàn)效果。

圖10 包裝袋原貌及表面指印顯現(xiàn)（615nm 激發(fā)，700nm 濾光鏡）

實(shí)驗(yàn)表明對(duì)于短時(shí)間內(nèi)形成的汗液指印，螺旋藻粉末具有良好的顯現(xiàn)效果。對(duì)于形成時(shí)間較長(zhǎng)的指印根據(jù)客體的不同也具有一定的顯現(xiàn)效果。由于本次實(shí)驗(yàn)全程在封閉的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行操作，沒(méi)有刮風(fēng)等環(huán)境的干擾，所以在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該增加考慮環(huán)境對(duì)指印的影響。

4.3 螺旋藻粉末與常用紫外熒光粉末對(duì)比實(shí)驗(yàn)

圖11中（c）和（d）是用常用的紅、綠熒光粉進(jìn)行顯現(xiàn)，使用波長(zhǎng)為254nm的紫外光激發(fā)后采用紫外熒光攝影方法拍攝，它的優(yōu)點(diǎn)是在紫外光的照射下，可以用肉眼直接觀察到粉末分別發(fā)出橙紅色和綠色的熒光，易于定位指印的位置，但是這種方法也存在著一定的不足之處。照片中指印的背景尤其是文字部分在紫外線的照射下會(huì)發(fā)出與指印發(fā)出的熒光相同顏色的可見(jiàn)熒光，形成局部的重疊。而圖11（b）是用螺旋藻粉末進(jìn)行顯現(xiàn)，采用光致紅外熒光攝影方法拍攝的照片，與紫外熒光攝影拍出的照片有著明顯的差別，主要是背景在近紅外光譜區(qū)幾乎沒(méi)有發(fā)出的熒光而使得文字呈黑色，與粉末發(fā)出的白色熒光呈現(xiàn)鮮明的對(duì)比，反差更加明顯。

圖11 檢材原貌及3 種粉末顯現(xiàn)效果對(duì)比效果

5 實(shí)驗(yàn)討論

螺旋藻粉末作為一種新型的熒光粉，它相比于其他熒光粉末主要有兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：一是其他熒光粉末都是由有毒有害的物質(zhì)合成的，而螺旋藻粉末對(duì)人體完全無(wú)毒無(wú)害；二是現(xiàn)有熒光粉末大都使用紫外激發(fā)，導(dǎo)致檢材的背景會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光譜區(qū)的熒光呈現(xiàn)與紋線相同的白色，但是在近紅外光譜區(qū)，背景卻不會(huì)發(fā)出熒光而呈深色，與白色的指印紋線有較大的反差，而螺旋藻粉末發(fā)出的熒光在多個(gè)波段都有著不錯(cuò)的強(qiáng)度。本次實(shí)驗(yàn)也存在著一些不足：一是由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，無(wú)法測(cè)定螺旋藻粉末的光譜曲線從而得到它的最佳激發(fā)波長(zhǎng)，只能應(yīng)用現(xiàn)有的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；二是這次購(gòu)買的螺旋藻粉末原本是用作魚飼料的，粉末顆粒的直徑較大未經(jīng)過(guò)后期的研磨，所以可以見(jiàn)到用其顯現(xiàn)的紋線有些密集不清晰。而且這種大直徑的顆粒在光滑的表面上不易刷粉，容易模糊。

6 結(jié)論

利用自然生成的深綠色海藻作為顯現(xiàn)指印的熒光粉末是很有前途的，因?yàn)樗哂性诮t外光譜區(qū)尤其是在700～800nm之間有發(fā)出強(qiáng)烈熒光的能力。使用螺旋藻粉末進(jìn)行光致紅外熒光攝影，可以顯現(xiàn)一些具有復(fù)雜多色背景的半滲透和非滲透性客體表面的汗液和油指印。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用激發(fā)光為多波段光源615nm的紅光效果較好，鏡頭前面的吸收濾光鏡則根據(jù)客體背景來(lái)選擇700～800nm的紅外濾光鏡，以避開背景熒光。對(duì)于1周之內(nèi)形成的汗液指印，螺旋藻粉末都具有不錯(cuò)的顯現(xiàn)效果。與使用紫外熒光粉顯現(xiàn)法相比，極大地減少了來(lái)自背景的熒光干擾，這意味著以往難以處理的客體背景，如人民幣和雜志光面紙頁(yè)，可以顯示強(qiáng)反差的指印與良好的紋線細(xì)節(jié)。綜上所述，螺旋藻粉末可以作為一種新型的熒光粉末應(yīng)用到實(shí)際工作中去。