有色布料上尿斑的激光檢驗

陳 壯， 郝丁成

(1.甘肅政法大學(xué)， 甘肅蘭州 730070; 2.甘肅省蘭州市公安局西固分局， 甘肅蘭州 730060)

0 引言

尿斑是一種含有DNA信息的常見物證之一[1-2]，常附著于衣褲、紙張等客體上，尿斑的發(fā)現(xiàn)將對偵查破案有著極為重要的影響。在公安工作中，對精液、血液、唾液、汗液等人體體液的尋找與發(fā)現(xiàn)有著較為系統(tǒng)的研究[3-5]，但利用光學(xué)無損方法有效快速地檢驗有色布料上的尿斑尚缺乏較為深入的研究。

激光具有激發(fā)照明強度大，光輻射方向和能量高度集中的特點，能夠輸出不含雜光的單一波長高強度色光。在現(xiàn)場勘查和檢驗鑒定中，激光能夠有效地提高物質(zhì)探測靈敏度，常被用于尋找難以發(fā)現(xiàn)的物證，如唾液、精斑、血液、書寫文字等[6-10]。

日常生活中，服飾、毛巾等家居用品主要由有色布料制作而成，常見的布料原材料有棉、麻、絲、毛、皮、化纖等[11]，在布質(zhì)家居用品的穿著或使用中，尿液往往會附著在這些布料上形成尿斑。在前期實驗研究中，筆者發(fā)現(xiàn)使用光輻射能量相對較弱的多波段光源作為激發(fā)光很難顯現(xiàn)有色布料上的尿斑痕跡，因此改用能量更高的激光進行檢驗，使用波長為405 nm紫光、445 nm藍光和520 nm綠光的LD02電筒式激光物證發(fā)現(xiàn)儀，結(jié)合ST- 2999EMUVR超寬光譜現(xiàn)場物證搜索攝錄系統(tǒng)，選擇490 nm、515 nm等8種不同波段的吸收濾光鏡，對遺留有尿斑的棉布、麻布、滌綸、人造絲綢和絨布這5種類型多種顏色的布料進行激光檢驗，證明了激光檢驗?zāi)虬叩目尚行裕⒎治鲇绊懠す鈾z驗效果的因素。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

尿液由多種成分組成，除了含有大量的水之外，還含有微量的上皮細胞、蛋白質(zhì)、尿素、尿酸、核黃素、糞卟啉、辛卟啉等物質(zhì)，其中核黃素、糞卟啉、辛卟啉等物質(zhì)在藍光、紫光等光源照射下都會激發(fā)出不同波段的黃綠熒光，借助熒光光譜分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)，實際測得的尿液熒光數(shù)據(jù)正是這些熒光疊加的結(jié)果[12-13]。

與材質(zhì)的布料吸水性、著色性、光澤度、織物結(jié)構(gòu)疏散性等特性不同，經(jīng)過漂白、染色、熱壓等特殊工藝制成家居日用品，布料制作中往往也會添加熒光增白劑或者其他熒光染料，在某些波段光源的激發(fā)照射下，添加有熒光物質(zhì)的布料往往也會激發(fā)出不同波段的熒光。

有色布料上尿漬痕跡干燥后形成尿斑，在不同激發(fā)光的照射下，尿斑與布料產(chǎn)生的熒光強度不同。當(dāng)選擇不同的吸收濾光鏡濾去不發(fā)光的干擾波長后，照相機記錄的熒光強度也不同。當(dāng)布料與尿布二者間有一定的熒光亮度差時，便可以拍攝固定有色布料上的尿斑痕跡。

1.2 實驗器材及條件

1.2.1 實驗器材

波長為405 nm紫光、445 nm藍光和520 nm綠光的LD02電筒式激光物證發(fā)現(xiàn)儀；裝有35 mmF3.0復(fù)消色差微距超寬光譜物鏡的ST- 2999EMUVR超寬光譜現(xiàn)場物證搜索攝錄系統(tǒng)；EL3imaging全光譜20波段接收濾光鏡，如圖1所示。

圖1 主要實驗器材

1.2.2 實驗條件

本文所有的實驗均在黑暗、無外界雜光干擾的暗環(huán)境條件下進行，且實驗室室溫維持25 ℃，相對濕度48%左右。

1.3 實驗樣本的制作

(1)收集5種類型的布料，分別是棉布、麻布(粗厚型)、滌綸、人造絲綢和絨布，如圖2所示。其中棉布20種顏色，麻布22種顏色，滌綸24種顏色，人造絲綢23種顏色、絨布13種顏色，如表1所示。

圖2 5種不同類型的布料

表1 5種布料的顏色匯總表

(2)收集健康男性新鮮尿液，用膠頭滴管滴一滴約0.5 mL尿液至布料上并將布料放于溫度25 ℃相對濕度48%左右的密閉空間內(nèi)讓其自然晾干，形成干燥的有色布料上的尿斑痕跡。制作百余個遺留有尿斑痕跡的有色布料樣本，分別是20種顏色的棉布、22種顏色的麻布、24種顏色的滌綸、23種顏色的人造絲綢、13種顏色的絨布。

1.4 實驗方法

1.4.1 有色布料上尿斑的激光檢驗

將ST- 2999EMUVR超寬光譜現(xiàn)場物證搜索攝錄系統(tǒng)與35 mmF3.0復(fù)消色差微距超寬光譜物鏡組裝好并固定在翻拍架上，并將實驗樣本置于鏡頭下。在可見光下，對樣本進行調(diào)焦，調(diào)焦清晰后，在黑暗無雜光的實驗條件下分別選擇405 nm紫光、445 nm藍光和520 nm綠光以45°照射方向進行配光[14-16]。其中，在405 nm紫光和445 nm藍光激發(fā)下，分別選擇EL3imaging全光譜20波段中490 nm、515 nm、530 nm、550 nm、570 nm、600 nm、630 nm、650 nm濾光鏡作為吸收濾光鏡，進行有色布料上尿斑的激光檢驗；在520 nm綠光激發(fā)下，分別選擇550 nm、570 nm、600 nm、630 nm、650 nm濾光鏡作為吸收濾光鏡進行有色布料上尿斑的激光光致發(fā)光檢驗。

1.4.2 尿液濃度與尿斑遺留時間對尿斑激光檢驗的影響

在激發(fā)藍光445 nm激發(fā)光和570 nm吸收濾光鏡條件下：(1)將新鮮尿液分別稀釋5倍、10倍、15倍、20倍，并分別滴落一滴約0.5 mL尿液至20種不同顏色的棉布上，共制作出80個不同尿液濃度的有色棉布上尿斑痕跡實驗樣本，探究尿液濃度對激光檢驗結(jié)果的影響；(2)探究尿斑遺留時間對檢驗結(jié)果的影響，分別在20種棉布上按照尿斑遺留時間為0 min、5 min、15 min、1 h、24 h、72 h、7 d、10 d滴落尿液，制作160個實驗樣本。

1.5 檢驗效果評價

在不同激發(fā)光的照射下，尿斑與布料產(chǎn)生的熒光強度不同，選擇不同的吸收濾光鏡，攝錄系統(tǒng)記錄熒光強度也有差異，當(dāng)二者有一定的熒光亮度差時，便可以顯現(xiàn)有色布料上的尿斑。根據(jù)尿斑激光光致發(fā)光顯現(xiàn)效果和與布料熒光強度差異，將激光檢驗結(jié)果分為5個等級，如表2示。其中，一至四級均能顯現(xiàn)有色布料上的尿斑。一至五級尿斑檢驗效果如圖3所示。在不同激發(fā)光波段和吸收濾光鏡波段的組合下，統(tǒng)計顯現(xiàn)尿斑的個數(shù)，可以確定最佳的激發(fā)光波段和吸收濾光鏡波段組合。

表2 有色布料上尿斑激光檢驗評價表

圖3 尿斑檢驗效果區(qū)分標(biāo)準示意圖

2 實驗結(jié)果和討論

2.1 有色棉布上尿斑的激光檢驗

20個有色棉布實驗樣本，在激光波段405 nm紫光、445 nm藍光和520 nm綠光激發(fā)照射下，選擇不同波段接收濾光鏡時，統(tǒng)計不同激發(fā)光、不同吸收濾光鏡組合條件下有色布料上尿斑的顯現(xiàn)個數(shù)(即尿斑一至四級顯現(xiàn)效果總數(shù))，如圖4所示。

圖4 有色棉布上尿斑的顯現(xiàn)個數(shù)匯總圖

實驗主要有如下發(fā)現(xiàn)：

(1)對于有色棉布上的尿斑，激發(fā)光選用445 nm藍光和520 nm綠光檢驗效果最好，顯現(xiàn)尿斑的實驗樣本相對較多，激發(fā)光為405 nm紫光時，相對較少，檢驗效果最差；統(tǒng)計激發(fā)光為445 nm藍光和520 nm綠光時，不同吸收濾光鏡的尿斑一至五級顯現(xiàn)效果個數(shù)，分別如表3、表4所示。由表3可知，當(dāng)激發(fā)光為445 nm藍光，吸收濾光鏡選擇570 nm、600 nm或630 nm時，顯現(xiàn)出一至四級尿斑的有色布料總塊數(shù)相對更多，該3種組合波段下的尿斑激光檢驗效果相對更好；由表4可知，當(dāng)激發(fā)光為520 nm綠光，吸收濾光鏡選擇570 nm或600 nm 時，有色棉布上尿斑的激光檢驗顯現(xiàn)一至四級效果的數(shù)目相對更多，這兩種組合波段下的尿斑激光檢驗效果相對更好。

表3 445 nm藍光照射下不同吸收濾光鏡時尿斑顯現(xiàn)效果統(tǒng)計表

表4 520 nm綠光照射下不同吸收濾光鏡時尿斑顯現(xiàn)效果統(tǒng)計表

(2)同一激發(fā)光同一吸收濾光鏡條件下，不同顏色的棉布上尿斑顯現(xiàn)效果有一定的區(qū)別，絕大多數(shù)情況下，棉布顏色越淺，尿斑顯現(xiàn)效果越好；棉布顏色越深，尿斑顯現(xiàn)效果相對越差；當(dāng)棉布顏色為純黑色時，無論何種激發(fā)光尿斑均無法顯現(xiàn)。以6種顏色深淺不同的紅色棉布為例，6種棉布顏色由深至淺依次為暗紅、鐵銹紅、大紅、玫紅、藕紅、粉紅，在藍光445 nm激發(fā)光和570 nm吸收濾光鏡條件下，尿斑的激光檢驗效果隨著布料顏色的減淡而逐漸變好，如圖5所示。

圖5 6種顏色深淺不同紅色棉布上尿斑檢驗結(jié)果示意圖

(3)同一個實驗樣本，選擇不同波段的激發(fā)光和吸收濾光鏡組合時，尿斑的顯現(xiàn)效果也不相同。對于棉布來說，選擇445 nm藍光和570 nm吸收濾光鏡組合、445 nm藍光和600 nm吸收濾光鏡組合或者445 nm藍光和630 nm吸收濾光鏡組合時，尿斑的顯現(xiàn)效果相對較好。以漂白棉布樣本為例，分別在405 nm紫光、445 nm藍光和520 nm綠光激發(fā)下，選擇600 nm吸收濾光鏡，漂白棉布上的尿斑顯現(xiàn)效果各不相同，結(jié)果如圖6所示。在實際公安工作中，為了更好地顯現(xiàn)有色棉布上尿斑，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)實際情況盡可能多地比較不同激發(fā)光和吸收濾光鏡的檢驗結(jié)果，以便選擇最佳檢驗條件。

圖6 不同波段激發(fā)光下漂白棉布上尿斑檢驗結(jié)果

2.2 有色滌綸和人造絲綢上尿斑的激光檢驗

在合成纖維中，滌綸被大量用于制造衣著面料，人造絲綢的主要成分也是滌綸，本實驗收集了24種顏色的滌綸布料，23種顏色的人造絲綢布料，共制作實驗樣本47個。在激發(fā)光405 nm紫光、445 nm藍光和520 nm綠光照射下，選擇不同波段吸收濾光鏡，實驗結(jié)果顯示所有布料上的尿斑均無法顯現(xiàn)。分析認為，由于滌綸布料和人造絲綢吸濕性、透氣性差，光澤不柔和，尿液滴在布料上的洇散性極差，尿液當(dāng)中的熒光物質(zhì)很難附著在滌綸和人造絲綢布料上，因此激光檢驗效果極差。

2.3 有色麻布和絨布上尿斑的激光檢驗

本實驗收集22種顏色的麻布和13種顏色的絨布，經(jīng)激光檢驗，所有樣本均無法顯現(xiàn)尿斑痕跡。麻布是主要以亞麻、苧麻等植物纖維制成一種布料，吸濕性和透氣性很強，本實驗收集的麻布為粗厚型麻布，制造稀疏，質(zhì)地非常粗糙，吸濕性和透氣性強于普通細密麻布。本實驗收集的絨布是經(jīng)過拉絨后表面呈現(xiàn)絨毛狀的棉織物，質(zhì)地柔軟，表面粗糙，吸濕性強。

當(dāng)較少尿液(1滴，約0.5 mL)滴至麻布和絨布時，因瞬間洇散，尿液物質(zhì)很難留存在布料粗糙的表面，因此激光檢驗效果極差；當(dāng)較多尿液(若干滴)遺留在粗厚型麻布和絨布上時，此時激光檢驗效果較好，以米白色麻布為例，滴一滴尿液與若干滴尿液形成的尿斑，在激發(fā)光445 nm藍光和570 nm吸收濾光鏡組合條件下，尿斑顯現(xiàn)結(jié)果不同，如圖7所示。因此，當(dāng)遺留尿液微量，粗厚型有色麻布和有色絨布上尿斑的激光檢驗效果極差。當(dāng)尿液遺留量較大，尿斑熒光物質(zhì)較多，此時激光檢驗效果相對較好。

圖7 米白麻布上尿液不同遺留量的尿斑檢驗結(jié)果

2.4 尿液濃度與尿斑遺留時間對尿斑激光檢驗的影響

2.4.1 尿液濃度對尿斑激光檢驗的影響

在激發(fā)光445 nm藍光和570 nm吸收濾光鏡組合條件下，分別對尿液稀釋濃度為5倍、10倍、15倍、20倍時制作的80個有色棉布上實驗樣本進行檢驗，探究尿液稀釋濃度對尿斑激光檢驗的影響，實驗結(jié)果表明隨著尿液濃度的變低，有色棉布上尿斑的顯現(xiàn)效果逐漸變差。但即使稀釋濃度為20倍時，尿斑有微弱熒光產(chǎn)生，尿斑與有色棉布仍有微弱熒光強度差異。以淺藍棉布為例，不同稀釋濃度的尿液，其激光檢驗結(jié)果各不相同，如圖8所示。

圖8 淺藍棉布上不同稀釋濃度尿液的尿斑檢驗結(jié)果

2.4.2 尿斑遺留時間對尿斑激光檢驗的影響

在激發(fā)光445 nm藍光和570 nm吸收濾光鏡組合條件下，對1.4.2中的160個實驗樣本進行檢驗，探究尿斑遺留時間0 min、5 min、15 min、1 h、24 h、72 h、7 d、10 d對尿斑激光檢驗的影響。實驗發(fā)現(xiàn)：尿斑完全干燥之前，隨著尿斑遺留時間的增長，尿斑的熒光強度逐漸增強，當(dāng)尿斑完全干燥之后，隨著時間的推移，有色布料上尿斑仍有較好地檢驗結(jié)果。以粉色棉布上尿斑為例，檢驗結(jié)果如圖9所示。

圖9 不同遺留時間的尿斑檢驗結(jié)果

3 結(jié)論

基于光致發(fā)光原理，使用能量更高的激光作為激發(fā)光源，借助405 nm紫光、445 nm藍光和520 nm綠光LD02電筒式激光物證發(fā)現(xiàn)儀和 ST- 2999EMUVR超寬光譜現(xiàn)場物證搜索攝錄系統(tǒng)，選擇490 nm、515 nm等8種不同波段的吸收濾光鏡，可以有效檢測出有色棉布上的尿斑，檢驗結(jié)果受激光波段、吸收濾光鏡波段、布料種類和顏色、尿液濃度、尿斑遺留時間的影響。

不同種類的布料上尿斑檢驗結(jié)果不同：棉布檢驗結(jié)果最好，滌綸和人造絲綢最差，麻布和絨布受遺留尿量影響，遺留的尿量越大效果越好。

對于有色棉布上的尿斑，選擇445 nm藍光或520 nm綠光的激光作為激發(fā)光與570 nm或600 nm接收濾光鏡組合，尿斑檢驗結(jié)果相對最好。同一激發(fā)光和吸收濾光鏡組合下，不同顏色的棉布上尿斑顯現(xiàn)效果有一定的區(qū)別：布料顏色越淺顯現(xiàn)效果相對越好。

不同濃度和遺留時間的尿液對尿斑的激光檢驗效果有一定影響：濃度越高，顯現(xiàn)效果越好。尿斑完全干燥前，遺留時間越長檢驗效果越好；尿斑干燥后，遺留時間對檢驗效果影響較小。

本文作為尿斑物證激光檢驗的一個初步探究，研究范圍相對較小，還有許多問題有待探究，如更多類型的布料或尿斑承痕客體、其他影響因素的研究等等，在未來的公安工作中，有色布料上尿斑的激光檢驗仍有很大的研究空間。