法庭科学领域中泥土物证的发展综述

于颖超，王元凤，2

（1.中国政法大学证据科学教育部重点实验室，北京100088；2.“2011”计划司法文明协同创新中心，北京100088）

1 引言

1887—1893年间，小说家柯南道尔撰写的《福尔摩斯探案集》陆续问世，作者向世人传递着“自然科学及技术将在未来的司法过程中发挥重要的作用”这一科学理念。随后，调查人员逐步建立起科学的检验方法，并在解决实际案例中逐渐发挥作用。很多自然学科的分支包括地质学在内，也向法庭科学领域不断渗透。与此同时，Hass Gross在1893年出版的《预审法官手册》对潜在的法庭科学方法进行了预测，其中也包括地质学。1904年，Georg Popp利用煤炭颗粒、鼻道抽吸物颗粒以及矿物颗粒破获一起谋杀案，被公认为地质材料作为证据用于刑事案的首例。随后，Edmond Locard以及Edward Oscar Heinrich等人逐渐将地质学知识运用到案例侦查中并取得了重大突破。法国里昂法庭科学实验室、瑞士洛桑大学犯罪科学学院、美国联邦调查局犯罪实验室等研究机构的建立，进一步推动了泥土分析及矿物分析方法应用于案件侦查的进程。目前，在全世界范围内的大型实验室中，无论是公立还是私立，他们几乎都提供泥土检验的服务。雷蒙德·默里的《Evidence from the earth:Forensic Geology and Criminal Investigation》一书是第一本专门讲述法庭科学地质学的书籍[1]。尽管泥土物证应用于案件调查的历史可以追溯到18世纪，但是真正将其作为微量物证应用于案件调查的情况却发生在近几十年。我国对于泥土物证的研究起步更晚。仅在十几年前，泥土物证才逐渐被当作证据运用到刑事案件侦破中。泥土广泛存在于自然界，是交通肇事、凶杀、盗窃、强奸等各类刑事案件现场频繁出现的物证之一，在追溯犯罪地点和匹配（排除）犯罪嫌疑人两个方面都发挥着重要的作用。然而，就目前的刑事案件物证形式来看，泥土物证在法庭中的作用并未充分发挥。原因在于泥土复杂的自然体属性。泥土是母岩与动植物的遗体因气候、生物、地表的起伏以及水文、人类活动等因素的综合影响作用的产物。地质学家B.P.威廉斯把自然泥土形成的基本规律概括为地质大循环过程和生物小循环矛盾的统一。泥土一旦形成，其物理、化学、生物等特征具有相对稳定性，但是在各种成土因素不同程度的作用下，在地质、成分等方面又存在相对差异。这既为鉴别不同地区的泥土提供了条件，与此同时也带来了挑战。

本文以Itamiya等[2]对泥土特性的分类为基础，从物理特性、化学特性、矿物学特性三个角度对泥土物证在法庭科学中的研究与发展进程进行分类梳理，分别列举每一个角度下的具体研究特征以及部分特征的多种检验分析方法，并以结构图的形式层次清晰的展现泥土物证检验的研究内容与结构，希望能够为学者更加形象而全面的认知该领域的研究思路提供参考（图1）。最后，结合前沿文献总结分析泥土物证在法庭科学领域面临的问题以及未来的发展趋势。

图1 泥土物证检验特性及相关方法结构图

2 物理特性

地质学家对于泥土物理性质的分析，主要包括泥土质地、结构、水分、孔隙度、温度等方面。而当泥土作为证据出现在犯罪现场时，法庭科学家更加倾向于对性质比较稳定的物理特性作为比对特征用于法庭科学检验。总体来看，法庭科学领域泥土物理特性的研究对象主要包含泥土颜色、密度和粒径分布三个方面。

2.1 泥土颜色

颜色是泥土最为直观的物理特性，也是泥土物证重要的检验特性之一。自然界中泥土颜色十分丰富，已知的颜色种类超过1 100种，赋予了泥土颜色检验较强的可描述性和鉴别能力。法庭科学泥土颜色检验是指泥土经过一种或者一系列标准化处理后（干燥、润湿、有机物分解、去氧化铁、灰化等），利用特定颜色系统测定泥土颜色的过程。在地质学家和法庭科学家的不断努力下，泥土颜色比对系统逐渐完善，能够满足定性分析（MUNSELL泥土比色卡）和定量分析需求（CIELAB颜色空间）[3]。

早期Murray等[4-6]学者对于泥土颜色的研究主要集中于定性分析。1975年，Dudley[4]率先建议利用MUNSELL泥土比色卡进行泥土颜色检验。常见的检验方式包括：常规检验、三步骤检验、五步骤检验三种，表1对三种检验方式进行对比。常规颜色检验将泥土样品干燥处理并基于MUNSELL泥土比色卡参数测定泥土颜色，区分能力一般；Dudley[4]为了充分探讨泥土颜色的证据价值，对不同区域泥土样品进行三步骤处理：（1）自然风干；（2）润湿；（3）灰化，测定每一步骤泥土颜色。结果表明，经干燥后颜色相同样品，润湿和（或）灰化处理后泥土颜色也可能发生显著变化，反之亦然。因此，三种步骤联合检验泥土颜色有利于增强区分度。并且相较于润湿处理而言，灰化处理的区分能力更强。这一研究增强了嫌疑泥土样品和对照样品颜色比对一致的证据价值。Dudley通过模拟犯罪现场[7]，对上述实验结果进行了验证；1996年，Sugita等[8]在此基础之上提出了五步骤检测方式：（1）自然风干；（2）润湿；（3）有机物分解；（4）去氧化铁；（5）灰化，同样测得不同步骤下颜色区分度：自然风干阶段区分度达70%，而五种方法联合使用区分度达到97%以上。然而，Sugita与Dudley的研究结论在润湿和灰化处理的区分能力方面存在相互矛盾的观点，产生矛盾的原因可能与泥土的类型不同，导致灰化作用发挥的效果不同有关。

2000年以后，仪器分析技术不断向法庭科学领域渗透，泥土颜色检验逐渐由定性分析向定量分析过渡。分光光度计以及CIELAB颜色空间的发展为泥土颜色定量分析奠定了基础。2004年，Croft等[3]分别用分光光度法和MUNSELL泥土比色法，比对不同的预处理方法（干燥、有机物分解、灰化）、不同的粒度区间筛选前后泥土颜色定性和定量变化及区分度，发现分光光度法具有较好的重现性，可用于泥土物证颜色快速检测。2009年，Guedes等[9]结合分光光度法和筛分法，对葡萄牙区域内两个相分隔区域的沙滩和沙丘的泥土分别进行干燥、筛分和灰化处理，测定泥土颜色并对检测结果进行聚类分析。发现干燥后未经筛分的泥土与干燥后经过（＜150 μm）筛分的泥土具有最好的区分度。该实验结果与Sugita等的研究结果一致，都说明灰化处理进行泥土颜色的检验的区分度较差。

定性分析和定量分析的实验结果都表明泥土颜色检验是进行泥土物证比对的有利工具，而且能够实现定性分析的分光光度法与传统的定性分析法更具有优势，因此具有更加广泛的应用空间。同时，泥土颜色处理方式的联合分析能够大幅度提高检验的区分度。但是，泥土颜色检验仍然不能作为唯一的检验方法确定嫌疑样品与比对样品是否具有同一来源。

表1 常用的泥土物证颜色检验方式对比

2.2 泥土密度

泥土密度是早期法庭科学泥土物证检验的重要分析对象。泥土中矿物组分和化学组分不同导致不同颗粒之间的密度存在差异，因此可用密度梯度管法区分泥土样品。这种方法可以直接在试管中展示颗粒分布模式，像泥土的“指纹”一样具有较强的说服力，1950年以来该方法得以发展，20年之后被广泛用于法庭科学泥土检验领域，1990年达到顶峰，一度被用作唯一的对比分析的方法[1]。但是随着研究的不断深入，其局限性逐渐凸显。传统的密度梯度法逐渐被摒弃，新的替代方法逐渐得到发展。

1941年，Kirk等[10]首先提出将密度梯度管法引入法庭科学化学分析领域。Goin等[11]随后将该方法应用于泥土物证分析，利用溴仿和溴苯等溶液形成液体密度梯度，泥土样品在液体中经过充分的扩散，从而使不同泥土样品成分进行逐步分离。Nickolls等[12]改变了泥土和液体加入玻璃管中的顺序，但是两种方法非常类似。Dudle等[13]学者对该方法的有效性进行了验证，推动了该方法在法庭科学泥土检验中的应用。但是，1968年，Frenkel[14]对此方法大胆地提出质疑，他认为已发表的结果还不足以证明泥土密度梯度法具有充分科学性。随后，Conne等[15]也提出应该对该方法保持警惕，避免过分强调这一方法的有效价值，而忽略其存在的限制。1982年，Chaperlin等[16]对此方法研究进程进行了梳理，客观分析了该方法存在的问题以及面临的挑战，并通过实验证明密度梯度检验结果相同的泥土样品来源可能不同，此方法不能作为泥土检验的唯一方法。从此，这一研究方法从法庭科学泥土检验中逐渐淡化，不再作为泥土样品检验必不可少的方法。2000年以后，Petraco等[17]用高密度的盐水溶液代替有机溶液，对泥土样品中的重矿物成分进行分离，试图引导法庭科学家重新审视密度梯度法在法庭科学泥土物证分析中的作用。

2.3 泥土粒度分布检验

泥土粒径分布是指泥土固相中不同粗细级别的土粒所占的比重。根据固体颗粒的大小，可以把土粒分为以下几级：粗砂（2．0～0．2 mm）、细砂（0．2～0．02mm）、粉砂（0．02～0．002mm）和粘粒（＜0．002mm）。泥土样品粒径分布检验（又称粒度分布检验）于1956年应用于法庭科学领域[18]，早期的检验技术主要以借鉴地质学土壤研究为主，因此检测的样品量高达几克。泥土粒度分布检验可以根据泥土粒度层级进行比重分析，具有较强的鉴别能力，是常用的法庭科学泥土检验方法之一。主要检验方法包括：筛分法、库尔特颗粒计数器法、激光粒度仪法，各种检验方法比较见表2。

2．3．1 筛分法

筛分法主要对泥土中的砂粒级（0．06～2 mm）组分进行检验，包括干筛分法和湿筛分法两种方法。Nickolls等[18-19]提出利用筛分法（干筛分法）进行泥土粒度检验，并阐释了该方法能够表征泥土的粒度分布特征，具有法庭科学应用价值。1984年，Robertson[20]在此基础上提出湿筛分法，并比对分析两种筛分方法。结果表明，干筛分法区分度大于湿筛分法；但是干筛分法的弊端在于高温处理易于使泥土颗粒发生凝聚作用，因而导致处理结果存在一定程度的失真。总体来看，筛分法存在样品需求量大、凝聚作用以及区分度低等问题，并不是较为理想的粒度分析方法。但是，筛分法可以与元素分析、矿物学分析方法结合，常作为一种辅助性方法应用于法庭科学泥土检验。

表2 泥土粒度检验方法比较

2．3．2 库尔特颗粒计数器法

该方法主要用于检验泥土中的粉砂粒级（0．002～0．06 mm）组分。 1976 年，Dudley[21]用库尔特颗粒计数器对三个区域的泥土样品进行粒度检验，证明该方法重现性较好。并且从样品量角度加以考察，分别对 1．5、 0．4、 0．2 g 不等的泥土样品检验，均得到较好的重现性和区分度。将检验样品需求量降到0．2 g对泥土粒度检验应用于案例分析具有重要意义。本人认为该方法是一种过渡性的粒度分析方法，由于筛分法样品需求量大（≥1 g），为了满足法庭科学泥土物证检验样品含量低的检验需求而得以应用。但是，随着激光粒度仪法的发展，该方法逐渐被冷落，相关的研究和应用分析较少。

2．3．3 激光粒度仪法

激光粒度仪法利用颗粒的衍射或散射光的空间分布来分析泥土颗粒大小，检验的泥土粒径范围较广（0．002～2 mm）。该方法法与筛分法结合通常能够获得较好的区分度。1985年，Wanogho等[22]较早将激光粒度仪法应用于泥土物证检验，对0．063 mm以下的粉砂粒级泥土进行检验，发现该方法与其他理化方法（湿筛法、有机物含量检验）结合能够获得良好的区分度，可以对100 mg的泥土样品进行检验。2001年，Ritsuko[23]结合筛分法和激光衍射法，分别对6个粒径区间进行激光粒度检验，得到每个区间的区分度。发现将泥土粒度检验区间集中于＜0．05mm， 0．05±0．2mm 和 0．2±2mm，可以获得较低的组内差异性和较高的组间区别度。2004年，Pye[24]的研究将泥土样品质量降低至50 mg，仍能实现较好的区分，说明该方法能够针对法庭科学领域微量性泥土物证检验发挥独特作用。随后，对于激光粒度仪法检验泥土物证的研究不断增长，一些学者将其与颜色检验结合研究区分度。但多数文章都是基于实验研究，并没有考虑到泥土转移前后的差异性研究。2007年，Morgan等[25]将该方法用于案例分析层面，对交通肇事逃逸等案件进行分析，说明该方法的实际应用价值。但是，同时警示检验人员该方法对于物证提取要求较高，应警惕因较高的灵敏度导致的假阴性问题。

三种方法分别对不同粒径区间的颗粒度进行比对分析，并获得较高的区分度和重现性。但是，即使越来越多的研究逐渐重视法庭科学泥土物证的微量性，将检验样品量逐渐缩小至几十到几百毫克，多数研究仍停留在地质学检验分析层面，没有注意到法庭科学领域的泥土物证往往因人为作用而发生改变（混合、转移、保留）、污染、添加和减损等问题，从而对泥土颗粒度分布产生影响。2015年，Sugita[26]提出利用图像分析法进行法庭科学泥土检验，也许可以为法庭科学泥土粒度分析检验提供新的思路。

3 化学特性

法庭科学领域泥土的化学特性分析主要是测定土壤的各种化学成分的含量和性质。常见的测定项目有：土壤酸碱度、元素含量、有机质含量以及孢粉检验等。泥土化学特性分析是法庭科学泥土检验必不可少的分析手段，其中元素分析方法像泥土物证“指纹”一样发挥着重要的作用。

3.1 泥土pH值

泥土pH值是土壤酸碱度的强度指标，是土壤的基本化学性质。泥土pH值分析较为常见的两种方法分别是：pH计法和比色指示剂法，分别适用于实验室检验和犯罪现场快速检验。1956年，Nickolls[18]最先提及将指示剂测定泥土pH值的方法用于泥土调查的初步评估阶段。但是缺少重现性研究，没有得到广泛使用。1972年，Farr[27]弥补了这一空缺，对比分析两种方法的检验结果，发现pH计法更加精确。但是，用比色指示剂代替pH计进行现场泥土检测仍具有可行性且便于操作。1976年，Dudley[28]探究泥土的pH值与其他特征的相互关系进行分析，发现泥土颜色和pH值之间没有明显的相互作用关系，并且泥土储存方法、存储时间、样品量（0．05～2．50 g）对 pH 值没有显著影响，验证该方法的重现性。但是，如Farr[27]提及，泥土样品采集的时间、地点、深度等条件对pH值检验结果有重要影响，对于pH值检验结果应慎重解释。

3.2 元素分析

泥土中的元素包含微量元素和常量元素，由于长期的地质作用，泥土中元素种类和含量具有相对稳定性，对于法庭科学泥土物证分析具有重要意义。21世纪以来，元素分析方法作为一种灵敏度、准确度高的检验方法，逐渐在法庭科学泥土检验中占据重要地位。在法庭科学领域常用的泥土元素分析方法包括：X-射线荧光光谱分析（X Ray Fluorescence，XRF）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（Inductively coupled plasma emission spectrometer，ICP）、激光诱导击穿光谱法（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）、扫描电镜/X 射线能谱法（Scanning Electron Microscopy/energy dispersive X-ray spectroscopy，SEM/EDS）等。每种方法的适用条件、操作难易程度、准确度、成本等方面存在一定的差异，在选择元素分析方法时应该结合泥土样品特征。

3．2．1 XRF 法

XRF是利用X射线激发待测物质中的原子，使之发生能级跃迁并释放特征能级的谱线而进行物质成分分析和化学态研究、确定物质中微量元素的种类和含量的一种方法。该方法在法庭科学领域应用十分普遍。1994年，Hiraoka[29]用XRF法定量分析日本京都地区不同区域的泥土样品，并对未知的泥土样品溯源。主要分析Si，K等七种元素，重现性较好。其中Sr和Rb等微量元素以及K和Fe等常量元素可以用来表征泥土样品。通过元素分析可以将所有泥土样品分为与地质特征吻合的九种类型。通过比较未知泥土和对照数据组的正确识别概率为71%左右。制样技术是XRF法检验泥土元素的关键环节。2011年，郭洪玲等[30]针对几种不同类型的泥土样品提出了不同的XRF法制样技术，包括：熔融法、压片法、粘结剂压片法、试料板法等。XRF分析结果的准确性很大程度取决于制样技术，根据样品特性选择制样技术能够进一步提高检验技术区分度。并于2013年[31]对中国境内不同省份以及同一省份不同区县的泥土进行采样，分析样品中的10种成分（SiO2， Al2O3等），结合统计软件（SPSS）进行量化比对，利用主成分分析法进行样品分类，能够对样品进行准确分类，并能够对未知样品溯源。

3．2．2 ICP 法

20世纪60年代，ICP检测法得以发展并逐渐运用到地质学分析。1999年用于法庭科学领域玻璃和枪弹分析。2006年，Pey[32]提出将ICP-MS技术用于法庭科学领域泥土物证分析。之后，2007年，Pey[33]将ICP-MS元素分析法与粒度筛分法结合，分析泥土样品中不同的粒度区间内元素组成，发现在每个区间样品的区分度都很高，其中＜0．15 mm区间最能满足样品量要求和数据分辨率。但是，ICP-MS法进行元素分析需要经过复杂的消解过程，耗费时间。2010年，Arroyo等[34]进一步提出激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法（LA-ICP-MS）解决了上述问题，并经过验证获得了较好的准确性以及较小的偏差。

3．2．3 LIBS 法

LIBS是新兴的用于法庭科学泥土元素分析的技术，它检验速度快，可同时检测大量元素，在一定程度上弥补了其他技术的缺陷。2011年，Jantzi[35]将LIBS法与LA-ICP-MS法进行比较，对佛罗里达戴德县两个区域的泥土样品进行比较，发现LIBS法得到与LA-ICP-MS法非常相似的检验结果，且准确性和区分度都很高。因此，验证LIBS法可以作为泥土元素分析的方法之一。2013年，Jantzi[36]对该分析方法进行了优化，首次使用266 nm激光光源，且考虑样品制备多样性，仍然可以获得较高的准确性和区分度，进一步证明该方法在法庭科学泥土元素分析领域的应用价值。

3．2．4 SEM/EDS 法

2007年，Pye[37]用SEM/EDS法对泥土团粒、研磨的泥土粉末（＜0．15mm）等泥土样品进行峰高比分析，发现O、Si、Al、K等元素不易受到操作环境的干扰，但是唯独对加速电压具有强烈的依赖性，需要警惕。总体来说，该方法具有较高的稳定性，能够用于泥土物证检验。与XRF法类似，SEM/EDS法进行泥土检验对与样品制备要求较高。2004年，Cengiz[38]通过对泥土样品进行9t压力均质化压片，分析检验样品化均质化与非均质对SEM/EDS元素检测结果的影响。发现9t压力均质化压片可以进一步提高SEM/EDS元素分析的可重复性和区分度，标准偏差降低10倍。

根据Woods等[39]等的研究，对XRF、LIBS以及SEM/DES三种元素分析方法进一步比对分析，如表3所示，无论是针对澳大利亚地区还是针对堪培拉地区的泥土样品，SEM/EDS法都具有较高的区分度（99．5%，97．0%），而 LIBS 法的区分度相对较低，尤其堪培拉地区泥土样品区分度仅达到72．7%。从特征元素角度分析，常量元素Fe、Mg、Al等具有相对较高的区分度。在XRF法和SEM/EDS法中，Fe元素是区分度较高的元素，在泥土物证元素分析种具有较高的分析价值。此研究分析各种检验方法针对不同区域范围的检验对象优势和劣势，为检验人员选择合适的分析方法提供依据。

表3 元素分析方法比对分析（%）

3.3 有机物

泥土中的有机质是指存在于泥土中的含碳有机物质，包括糖类化合物、纤维素、树脂等多种成分。1976年，Dudley[40]试图建立泥土糖化物含量与烘干泥土颜色之间的联系。通过分析泥土样品制备溶液的吸收光谱确定泥土中的糖化物含量。并通过模拟犯罪现场[41]，对泥土物证转移到鞋子、汽车轮胎和植物根茎前后性质的变化进行分析，发现转移前后糖化物含量存在一定的差异，不能够直接进行同一泥土样品比对分析。1986年，Thornton[42]提出采用马弗炉灼烧法（650℃，15mins）测量泥土中的有机物含量，这种方法能够在一定程度上通过对比泥土中的有机物含量，区分不同类型的泥土。2000年，Cox等[43]以马弗炉灼烧法为基础，提出一种新的测量泥土中有机成分的方法－傅立叶红外光谱法（FTIR）。通过分析泥土中有机物在被去除前后的红外光谱图，从而得到泥土中有机成分的红外光谱图，用于区分不同的泥土样品，该方法显示了较好的区分效果。法庭科学泥土检验方法有些涉及有机物分解，因此有机物含量测定可以作为中间环节进行检验，实际案例对泥土中的有机物分析检验方法应用较少。

3.4 孢粉

在自然环境下，泥土中含有大量的孢粉。当对泥土进行法庭科学物证分析时，其中含有的孢粉往往可以作为一种高价值的物证检验对象，为案件侦查提供方向。由于孢粉具有隐蔽性、稳定性、可检测性、广泛性、季节性等特点，通过对孢粉物证进行分析有利于帮助侦查人员追溯犯罪现场、锁定犯罪嫌疑人、推断案发时间等。但是，孢粉证据属于间接证据，很少能够直接证明犯罪，只能辅助说明存在犯罪可能性或者将犯罪嫌疑人与犯罪现场联系起来。

最早记载孢粉物证用于分析实际案例，发生在1959年的奥地利，孢粉学家Klaus对犯罪嫌疑人鞋子上的泥土进行分析，发现其中含有距今两千万年的核桃花粉化石，因此，将犯罪区域锁定，最终找到被害人尸体，犯罪嫌疑人认罪[44]。新西兰是最早将孢粉证据用于法庭科学调查的国家，在警方和孢粉学家的通力合作下，将法庭科学孢粉学不断推广[45]。随后，美国、英国、澳大利亚等国家也不断将法庭科学孢粉学用于泥土物证分析。我国对于法庭科学孢粉学的研究仍然没有引起足够重视，相关的研究较少，集中于采集、检验分析方法研究，案例分析较少[46-48]。孢粉学能够在法庭科学领域不断发展，与学者们的努力息息相关（表4）。早在1969年，Erdtman[49]发表了具有历史意义的孢粉学研究著作《Handbook of palynology》，为法庭科学孢粉学的发展奠定了基础；Mildenhal等[44-45，50-52]学者从理论和案例应用两个方面推广了法庭科学孢粉学，挖掘了孢粉证据的应用价值；Horrocks等[53-55]另辟蹊径从证据解释基础角度进一步研究，使该领域的研究不断完善。

法庭科学孢粉学检验自身存在一些问题：孢粉证据属于主观经验判断型证据，不能像DNA一样得到准确的数据结果，没有得到广泛认可；证据检验形式具有新颖性与复杂性，仍然没有得到充分的应用；孢粉在自然环境中分布广泛且量小体微极易受到污染，污染来源包括：现场污染、实验室污染；孢粉证据采样问题涉及采样量、采样方法、采样人员等，具有较强的专业要求，在法庭科学领域不易实施；法庭科学孢粉检验耗费人力、需要较高的技术，缺乏资金支持。该方法的进一步推广需要以解决当前存在的这些问题为基础。

表4 法庭科学孢粉学研究及贡献表

4 矿物学特性

矿物是泥土的重要组成成分，矿物学分析在泥土物证分析中占据重要地位。法庭科学领域泥土矿物分析方法包括：显微镜法、阴极发光法、X射线衍射法（X-ray diffraction， XRD）、SEM/EDS法等。

4.1 显微镜法

显微镜法是传统的泥土物证检验中最基本且至关重要的检验方法。双目体视显微镜和偏振光显微镜是两种常用的显微镜。图3对两种显微镜在泥土物证检验中的应用进行了总结归纳：双目体视显微镜主要分析矿物颗粒的外观形态学特征，包括：颜色、风化情况、纹理、形态、数量等特征；偏振光显微镜用于矿物颗粒和岩石薄片分析，主要是利用矿物的晶形特征进行比较检验。显微镜法法主要用于分析泥土的形态学特征，可以检验泥土中的矿物颗粒，也可以对其中的非矿物颗粒（添加物）进行分析，例如，毛发，纤维，金属等。Stoney提出利用显微镜直观比较粉尘颗粒的形态特征，推测犯罪地点、环境、活动、过程[56]。并模拟真实案件对衣物、鞋子等物品上的纤维、矿物等微量物证进行来源分析，追溯犯罪嫌疑人[57]。显微镜法在微量物证的直观比对分析中发挥了重要作用，增强了微量物证在法庭科学领域的应用价值。利用显微镜法检验泥土中矿物的外观形态特征相对简便、快捷。但是，往往也需要检验人员具备丰富的矿物学知识以及技能经验。

图3 显微镜法在泥土物证检验中的应用

4.2 阴极射线发光法

将荧光仪安装到显微镜或者扫描电子显微镜上，可以对矿物颗粒或者薄片等样品进行阴极射线发光检测[1]。1976年，Dudley[58]将光学显微镜与荧光仪连接，检验泥土样品中矿物的阴极射线发光反应。通过分析被检测的泥土样品中的黏土的矿物成分（＜0．05 mm），发现泥土中含有的矿物成分与地貌特征显著相关。排水条件较好的丘陵地区，以蛭石和三水铝矿混合物为主；潮湿条件下，如谷底平原和冲积平原，泥土以亚氯酸盐和氯化蛭石的层间粘土矿物为主，含有蒙脱石。

4.3 XRD法

XRD法对泥土物证进行检验，经历了从半定量分析向定量分析的转变。传统的XRD法主要分析泥土中的黏土矿物成分，并对一些特殊的矿物成分以及矿物组合进行半定量分析[59]。2004年，Ruffell等[60]改变了传统XRD法分析特定矿物所有衍射峰的做法，在QXRD技术中仅使用060晶轴峰，对泥土矿物进行定量分析。实验结果显示，QXRD法能够对未知样品准确溯源，但是与XRD法相比未能对所有待测相似样品进行有效区分。因此，他建议将XRD法和QXRD法联合用于泥土物证矿物分析。2017年，Willms等[61]回应了Ruffell的研究，认为两种方法都具有较好的效果，并利用XRD法对温莎-艾塞克斯郡区域内的泥土进行分析，能够对未知的泥土样品溯源，并获得良好的重现性。同时Willms等提出缩小分析区域范围，对更多的泥土样品的进行分析，将有利于该方法的进一步发展。

4.4 SEM/DES法

泥土物证矿物学分析SEM/EDS法包含两种：手动SEM/EDS法和自动SEM/EDS法。传统的手动SEM/EDS法研究主要集中于泥土矿物颗粒的三维成像，后来逐渐集成能量色散X射线技术，获得的半定量／定量化学分析，矿物分析范围不断扩大。但是，由于该方法耗时且对于操作人员的依赖性较强，没有得到广泛的应用。Pirrie[62]、Bull[63]通过大量实验检测自动SEM/EDS法，发现虽然这一方法存在局限性，但是具有较强的稳健性，能够对极其微量的泥土样品进行分析。同时，该方法对于操作人员依赖性低，能够可以实现快速检测，具有一定的法庭科学检验优势。

5 发展趋势

泥土的研究内容复杂庞大，通过梳理相关的研究内容不难发现，泥土物证的研究技术已经相当成熟，以地质学为基础各种分析技术的综合应用在一定程度上已经能够对泥土进行比对分析和溯源。过去以分析技术为主要的研究趋势正逐渐减少，而充分结合法庭科学泥土物证自身属性的相关研究正在不断发展。

5.1 系统检验方法

单一的检验方法只能对泥土物证的某一方面特性进行分析，泥土中包含复杂的物质组分，对泥土物证分析涉及外观检验、有机成分、无机成分以及孢粉掺杂物等成分检验。真实案例中泥土物证量小体微，建立科学系统的泥土物证分析方法是高效检验的关键[64-65]。我国泥土物证在法庭科学领域的应用较少的重要原因之一是检验方法相对单一。缺少系统的检验方法导致泥土证据的不确定性增加，从而降低了证据的证明力。表5对当前系统分析方法的实验研究和案例进行了列举，为实际案例分析中技术方法的选择提供参考。表格显示，进行泥土物证系统检验一般联合采用三种以上检验方法，分别对不同方面的特征进行分析。其中颜色检验、粒度分布检验以及元素分析是最为普遍的三种分析手段。

5.2 建立泥土物证数据库

法庭科学领域对泥土证据溯源占据重要的研究地位。近几年来，建立法庭科学泥土数据库的相关研究不断增多。2008年，Lark等[70]将“情报学”理念，引入泥土物证溯源问题的解决，通过对未知泥土样品与数据库中的样品进行比对分析，并利用似然率方程计算匹配度，从而成功对未知样品的来源进行范围评估。这一研究为法庭科学泥土物证的发展方向提供了思路。2009年，Pye等[71]则通过对英格兰和威尔士（1999—2007年）法庭科学案件调查中的1 896种泥土物证进行常量元素和微量分析建立了数据库，并提议对样品量扩增不断扩大数据库范围。 随后，Scheunemann 等[72]、Olga 等[73]及 Shirota等[74]结合元素分析方法、矿物学分析方法等相关技术，建立不同类型的法庭科学泥土物证数据库。数据库的建立可以为泥土证据解释提供依据，相关的研究正在不断增多，代表了泥土物证的重要研究趋势，反应了泥土物证发展的迫切需求。

表5 系统分析方法泥土物证检验

5.3 泥土物证混合、转移和保留的探究

法庭科学中的泥土物证分析与地质学中的泥土分析的重要区别在于，前者往往受到人为因素作用，泥土的成分可能发生转变、被污染、添加或者衰减，因此仅对泥土样品进行机械比对不能满足法庭科学案件对泥土物证的检验需求。目前，国外学者对于泥土物证混合、转移和保留模型研究较多。泥土物证经常以附着物的形式附着衣物、鞋子、轮胎等客体表面，对泥土物证进行分析时，需要分析人员充分了解泥土物证转移和保留机制，从而能够有效解释证据并为出具科学性证据评价报告提供数据支撑。

Bull等[75]对转移到鞋子上的泥土颗粒进行分析，发现泥土转移到鞋子的过程具有选择性，泥土转移的形式与泥土的湿度和类型有关。泥土中沙砾成分（100～325 μm）的含量越高，转移后细沙粒比重越大。 随后，Dudley 等[76]、Chazottes等[77]对泥土转移到鞋子上进行了更加全面的研究，分析泥土转移到鞋子前后的颜色、PH值、颗粒度以及糖化物含量的变化。结果显示颜色和PH值没有明显变化，而泥土颗粒度中粗粒度部分含量由于转移作用有所减少，而糖化物含量有显著变化。Morgan等[78]、Stoney等[79]更加全面的模拟了泥土转移到鞋子前后的过程，对泥土转移的顺序以及转移后的保留时间进行实验。研究结果显示对于案例分析中泥土转移后受到后续活动的影响程度以及转移后的衰减速度具有指导意义。

泥土物证在转移、混合和保留的过程中，某些外观特征、物理以及化学成分特性可能会存在显著或者细微的变化，也可能因为外界污染而为检验工作带来不确定性。如果在实际鉴定工作中检验人员不能意识到这些变化，而仅仅依据比对结果单一判断，存在较大的错误判断的风险。

6 结语

泥土物证在法庭科学领域的检验分析技术已经相对成熟，能够为实际案例分析提供技术支撑。但是，泥土物证的证据价值在法庭科学领域并没有得到充分的发挥。我国法庭科学领域的泥土物证仍处于“边缘”地带，没有引起法庭科学家足够重视。究其原因，泥土物证的研究存在与实际案例分析脱节的现象，有些分析技术尽管存在较高的灵敏度，但是并不能有针对性的解答来自“法庭”的疑虑。这一问题将指引法庭科学家重新思考泥土物证的未来发展方向，更加系统的分析方法，更加注重转移过程性，通过建立数据库形成系统的证据解释体系将成为未来研究的重点。

致谢

我们十分感谢瑞士洛桑大学犯罪科学学院以及中国政法大学证据科学研究院对于本项目的支持。感谢洛桑大学微量物证研究方向Geneviève Massonnet教授提出与王元凤教授合作开展《泥土物证转移到鞋子上的研究》的计划，并为硕士研究生于颖超提供学术交流机会。本研究属于课题前期研究内容的一部分。再次感谢Massonnet教授以及其微量物证团队全体成员（Denis Werner博士，André R.Marolf博士， Céline Burnier博士等）给予的帮助。

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