手印纳米显现技术中客体背景荧光干扰的研究

姚丽娟

（中国刑事警察学院法化学系 辽宁 沈阳 110035）

手印纳米显现技术中客体背景荧光干扰的研究

姚丽娟

（中国刑事警察学院法化学系 辽宁 沈阳 110035）

随着纳米技术的蓬勃发展，新型的纳米荧光材料已经逐渐被应用于传统的手印显现技术中，并发挥了不可替代的作用。稀土纳米荧光材料因具有发光强度优异、光学性质丰富等特点，能够有效提高手印显现的信号强度，进而增强手印显现的效果。但不容忽视的是，基于稀土纳米荧光材料的手印显现也会在一定程度上引起客体背景荧光的干扰。以YVO4:Eu这种典型的稀土纳米荧光粉末为例，对打印纸张表面的手印进行刷显，并结合荧光光谱对客体背景荧光的干扰进行定量讨论，为实现手印纳米显现的高对比度提供了有益的参考。

手印显现 背景荧光 纳米材料 荧光材料

1 前言

手印显现是指通过物理作用或化学反应将遗留在客体表面的潜在手印变成可见手印的过程。手印显现的基本原理是将特殊光线或特定物质与手印遗留物质进行作用，使手印与客体之间形成可被仪器或肉眼检测到的对比反差，进而使潜在手印变为可见手印。在手印显现过程中，手印显现信号与客体背景噪声之间的差异程度被定义为手印显现的对比度[1]。通常认为，提高手印显现的对比度是增强手印显现效果的有效方法之一。从理论上推测，增强手印显现的效果可通过提高手印显现信号、降低客体背景噪声两种途径来实现。

随着纳米技术的蓬勃发展，新型的纳米荧光材料特别是稀土纳米荧光材料已经逐渐被应用于传统的手印显现技术中，并发挥了不可替代的作用[2-4]。基于纳米荧光材料的手印显现技术是利用物理作用或化学反应将纳米荧光材料结合在手印遗留物质上，再使用特定的光源对显现后的手印进行照射并产生荧光，从而将手印显现出来。稀土纳米荧光材料具有发光强度优异、光学性质丰富等特点，能够有效提高手印显现的信号强度，进而增强手印显现的效果[5]。但不容忽视的是，在使用特定光源尤其是紫外光源对手印照射的同时，也会激发客体在不同程度上产生荧光，即背景荧光[1,5]。客体背景荧光的存在能够对手印显现信号产生干扰，最终降低手印显现的效果[1,5]。因此，在提高手印显现信号的同时，降低客体背景荧光干扰是提高手印显现对比度的有效途径。

本研究以典型的YVO4∶Eu稀土荧光纳米材料为例，采用经典的粉末刷显法对打印纸张表面的潜在手印进行显现，并结合荧光光谱对客体背景荧光的干扰进行定量分析与深入探讨。

2 实验部分

2.1 实验器材药品

数码单反相机、翻拍架、254nm紫外灯、指纹毛刷；YVO4∶Eu稀土荧光纳米粉末，采用参考文献方法制备[6]。

2.2 手印显现方法

将手洗干净后晾干，在白色打印纸张表面按捺数枚新鲜汗潜手印，待用。用指纹毛刷蘸取适量YVO4:Eu稀土纳米荧光粉末，直接刷显打印纸张表面的潜在手印，将显出的手印样品置于254 nm紫外光下观察，并拍照记录。

2.3 光学性能表征

采用CaryEclipse型荧光光谱仪（美国Agilent公司）检测YVO4∶Eu稀土纳米荧光粉末及其显现手印的荧光性能，激发波长为254 nm。

3. 结果与讨论

3.1 YVO4:Eu稀土纳米荧光材料的光学性能表征

YVO4∶Eu稀土纳米荧光材料在254 nm紫外光的激发下，其荧光发射光谱如图1所示。发射光谱中出现了4个明显的Eu3+离子特征发射峰，中心波长位于555nm处的发射峰对应于Eu3+离子的5D1→能级跃迁，中心波长位于592、618、652nm处的发射峰分别对应于Eu3+离子的5D0→7F1、→、→能级跃迁[6]。

图1 对YVO4: Eu稀土纳米荧光材料在254nm紫外光激发下的荧光发射光谱表征

3.2 对手印显现效果的讨论

YVO4∶Eu稀土纳米荧光材料在254nm紫外光的照射下能产生较强烈的红色荧光，这对手印的显现信号起到了增强与放大的作用，因此能够有效提高手印显现的对比度。但是如果手印存在于具有荧光性能的客体表面时，由于254nm紫外光的能量较高，同样能够引起客体产生一定强度的背景荧光，客体背景噪声与手印显现信号混杂在一起，甚至对手印显现信号起到严重的干扰效果。因此，本研究着重讨论YVO4∶Eu稀土纳米荧光材料对于具有强烈荧光效应客体表面手印显现的效果。使用YVO4∶Eu稀土纳米荧光粉末对白色打印纸张表面的汗潜手印进行显现，其显现效果如图2所示。在自然光照射的明场下，附着有稀土纳米荧光粉末的手印甚至不能被观察到；在254 nm紫外光照射的暗场下，可以观察到手印的乳突纹线部位产生了一定强度的红色荧光，而白色打印纸张表面也产生了较强烈的蓝色荧光，手印显现信号与客体背景噪声之间的差异较小。综上所述，该条件下的手印显现具有较低的显现对比度。

图2 YVO4∶Eu稀土纳米荧光材料显现白色打印纸张表面汗潜手印的照片

3.3 对客体背景荧光的讨论

本研究借助荧光发射光谱对白色打印纸张在254nm紫外光照射下所产生的客体背景荧光干扰进行定量分析，其结果如图3所示。通过图A中的曲线a可以看出，手印显现前的白色打印纸张在254nm紫外光照射下，在400~550nm范围内产生了宽而强的荧光发射峰，该发射峰来源于白色纸张产生的背景荧光。通过图A中的曲线b可以看出，手印显现后的白色打印纸张在254nm紫外光照射下，其客体背景荧光明显减弱，这是由于客体表面对应于乳突纹线的区域被稀土纳米荧光粉末覆盖所致。通过图B中的曲线b可以看出，在618nm处出现了较弱的发射峰，该发射峰对应于手印显现的信号，其强度明显低于客体背景噪声。通过对曲线b的测量，该手印显现信号所对应的最大峰值为17.15，而客体背景噪声的最大峰值为848.71，由此可计算出该条件下手印显现的对比度（信噪比）仅为0.02。通过对比度的定量计算，进一步验证了该条件下的手印显现具有较低的显现对比度。

图3 对YVO4: Eu稀土纳米荧光粉末显现白色打印纸张表面汗潜手印的荧光发射光谱表征

4 结论

本研究选取具有红色荧光性能的YVO4:Eu稀土纳米荧光粉末作为手印显现材料、选取具有强烈背景荧光性能的白色打印纸作为手印承载客体，侧重研究客体背景噪声对手印显现信号的干扰，通过荧光发射光谱对两者的关系进行了定量分析，并提出了手印显现对比度的计算方法。

本研究得出结论如下：在254nm紫外光的照射下，使用荧光纳米粉末对手印进行显现时，其显现对比度会在一定程度上受到客体背景噪声的干扰。

5 展望

在使用各类荧光纳米粉末显现手印时，大幅降低或有效避免客体背景荧光干扰对于提高手印显现的对比度是至关重要的。本文根据课题最新研究进展，现提出以下几点展望：

首先，使用长波紫外光（通常波长为365nm）作为激发光源，可以在一定程度上降低客体背景荧光的干扰。长波紫外光的能量较低，由此引起的客体背景荧光干扰也较低。通常，在长波紫外光的激发下能够产生较强荧光的物质有红色荧光性能的La2(MoO4)3∶Eu等。

其次，使用近红外光（通常波长为980nm）作为激发光源，可以在有效避免客体背景荧光的干扰。近红外光的能量很低，绝大多数客体在其激发下不会产生背景荧光，由此引起的客体背景荧光干扰也很低。通常，在近红外光的激发下能够产生较强荧光的物质有黄绿色荧光性能的NaYF4∶Yb,Er等。

最后，使用稀土长余辉荧光纳米材料作为显现材料，可以大幅降低客体背景荧光的干扰。由于长余辉荧光纳米材料的荧光寿命较长，当停止光源激发时，客体背景荧光消失，而长余辉荧光纳米材料的荧光并未大幅衰减，这样就可以有效降低客体背景荧光的干扰。通常，在紫外光的激发下能够产生较强长余辉荧光的物质有蓝绿色荧光性能的SrAl2O4:Eu,Dy等。

[1]WANG M.Latent fingermarks light up::facile development of latent fingermarks using NIR-responsive upconversion fluorescent nanocrystals[J].RSC Advances,2016(43):36264-36268.

[2]WANG Y F,YANG R Q,WANG Y J,et al.Application of CdSe nanoparticle suspension for developing latent fingermarks on the sticky side of adhesives[J].Forensic Science International,2009(1-3):96-99.

[3]GAO F,LV C F,HAN J X,et al.CdTe montmorillonite nanocomposites: control synthesis,UV radiationdependent photoluminescence,,and enhanced latent fingerprint detection[J].The Journal of Physical Chemistry C,2011(44):21574-21583.

[4]WANG M,ZHU Y,MAO C B.Synthesis of NIR-responsive NaYF4:Yb,Er upconversionfluorescent nanoparticles using an optimized solvothermalmethod and their applications in enhanced development of latent fingerprints on various smooth substrates[J].Langmuir,2015(25):7084-7090.

[5]WANG M,LI M,YANG M Y,et al.NIR-induced highly sensitive detection of latent fingermarks by NaYF4:Yb,Er upconversion nanoparticles in a dry powder state[J].Nano Research,2015(6):1800-1810.

[6]WANG M,LI M,YU A Y,et al.Rare earth fluorescent nanomaterials for enhanced development of latent fingerprints[J]. ACS Applied Materials & Interfaces,2015(51):28110-28115.

（责任编辑：于 萍）

D918.91

A 章编号：2095-7939（2017）01-0093-03

10.14060/j.issn.2095-7939.2017.01.014

2016-10-21

公安部应用创新计划项目（编号：2012YYCXXJXY127）；公安部科技强警基础工作专项项目（编号：2014GABJC033）。

姚丽娟（1963-），女，辽宁凤城人，中国刑事警察学院法化学系正高级实验师，主要从事微量物证与光谱分析研究。