纤维物证检验的研究进展

何林 姜红 石慧霞 李海燕

摘要：纤维是案件现场中最为常见的物证之一。目前，法庭科学领域对纤维物证的发现、提取以及检验方法等都取得了很大的进展。常用的方法有显微镜法、光谱法、色谱法、热分析法等。红外光谱成像技术、太赫兹时域光谱技术、核磁共振法、稳定同位素比质谱法等技术已经应用到实际检验中，并取得了较好的实验结果。

关键词：法庭科学；纤维物证；检验研究；进展

中图分类号：TS101.3；DF793.2文献标志码：A文章编号：1009-265X（2018）03-0084-05Research Progress of Examination of Material Evidence of Fiber

HE Lin1， JIANG Hong1， SHI Huixia2， LI Haiyan2

（1.School of Criminal Science and Technology， Peoples Public Security University of China， Beijing

100038， China； 2.Institute of Forensic Science， Ministry of Public Security， Beijing 100038， China）Abstract：Fiber is one of the common material evidences found on crime scene. At present， great achievements have been made in identifying， extracting and testing fiber evidence in forensic science field. The common methods include microscopic method， spectroscopy， chromatography， thermal analysis and so on. Infrared spectroscopy imaging technology， terahertz timedomain spectroscopy， nuclear magnetic resonance method， and stable isotope ratio mass spectrometry have been applied in practical tests， and remarkable results have been obtained.

Key words：forensic science； fiber material evidence； examination research； progress

通信作者：姜红，Email：jiangh2001@163.com纤维与人类的生活密不可分，据统计，60%的案件现场都可能提取到纤维物证。如交通肇事案中的汽車保险杠上附着的衣物纤维、入室盗窃案中犯罪嫌疑人留在门窗上的手套等残留纤维、火场及爆炸现场遗留的纺织品燃烧残留物和凶杀案件现场残留的尸体包装物残片等。纤维物证是法庭科学领域最常见、也是重要的物证之一。对纤维物证进行及时准确的检验分析，可以为案件的侦破提供线索、指明方向、缩小侦查范围，并能为案件的审理和法庭诉讼提供重要证据[1]。目前，许多国家的法庭科学实验室都极为重视纤维物证检验方法的研究，有的实验室已经形成了自己的纤维物证检验体系。各种新仪器和新方法也相继被应用到纤维物证的提取和检验工作中。

本文对近年来有关纤维物证发现与提取的新方法、纤维物证的检验、纤维上染料的检验以及纤维上附着物的检验等一些新的研究进行了梳理，为完善中国法庭科学领域现有的纤维物证检验体系拓宽思路。

1纤维物证的发现与提取

在各类案件现场中都可能存在纤维物证，但随着时间的推移和环境因素（如刮风、下雨）的影响，纤维物证极易发生转移。一般认为，纤维物证在4 h左右可能移动或丢失。因此，在案件现场要及时发现并提取纤维物证，尽量避免和减少纤维物证的转移。Siegel等[2]曾提出过“shedability”一词，是指某种织物纤维转移的可能性。文献[2]也提到，有人通过使用模拟接触装置，获得一些常见类型纤维转移的可能性。结果显示：羊毛纤维>丙烯酸纤维>棉纤维>粘胶纤维>涤纶纤维>尼龙纤维。同时，织物的结构和磨损程度也会影响其纤维的转移。在现场对纤维物证的发现与提取过程中，综合考虑以上因素，将对全面准确地提取案件现场中的纤维检材有很大帮助。

通常情况下，现场遗留的纤维量极少且很难被发现，因此简便有效的发现方法在实际案件中是非常必要的。在案件现场寻找发现纤维物证的方法通常有：肉眼观察、利用强光照射并不断变换光照的角度、或通过放大镜来搜寻，发现后用镊子夹取等。

纤维物证的提取方法有很多，具体要根据现场的情况、纤维物证的性状以及勘查人员的水平来决定。一般有镊子夹取法、胶带粘取法、刮擦法和真空法等，无论采用哪种方法，都应以简便、快速、高效、利于保存、便于后续检验为原则。其中胶带粘取法是提取纤维物证的常用标准方法，一直以来最常用的是经过改进后的1∶1胶带粘取法。对于一些无法利用胶带进行提取的某些客体上的纤维，可以利用手术钳或者镊子在低功率显微镜下进行提取。这种方法比较费时，同时也可能因为纤维附着在与其颜色相近或者有凹槽（如弹簧刀）的客体未被发现。Keutenius等[3]针对从非纺织物客体上提取纤维物证的问题，研究了一种新的方法，即利用带电荷的聚苯乙烯棒来提取纤维，成功率达到了99.1%。

2纤维物证的检验方法

法庭科学领域中纤维物证的检验，是对纤维物证进行分析的关键阶段。纤维的检验就是利用物理、化学、生物和仪器分析的方法对纤维物证进行定性和定量分析，进而得出科学的检验鉴定结论[4]。显微镜法是利用显微镜观察纤维的特征来进行鉴别的方法。主要使用的显微镜有立体显微镜和偏振光显微镜，其中立体显微镜可以观察各种纤维的横截面和纵截面形态，偏振光显微镜则可以观察各种纤维干涉条纹的颜色。还有一种常用的电子显微镜技术，即扫描电镜X射线能谱法，利用扫描电镜X射线能谱仪既可以观察纤维表面形态，同时又可对纤维中无机元素组成进行定性和半定量分析，其中扫描电镜的放大倍数为10万～30万倍，远远超出光学显微镜。红外光谱分析法是通过红外光谱进行定性和定量分析的方法。由于各种基团都有特征的吸收峰，所以能够获得纤维物证的微观结构信息，尤其对纤维物证进行比对检验更是具有重要作用。此外，裂解气相色谱法也是鉴别纤维的有效方法，该方法鉴别分析物得到的数据可靠、样品用量少、重现性好、灵敏度也很好。同时，裂解气相色谱的谱图更易解释聚合物的组分和裂解产物的微小差别，有助于鉴别同种类有差别的聚合物，并在谱图上很清晰地表示出一类纤维的成分信息。热分析法是一类利用程序控制温度，从而得到物质的物理性质与温度的关系的技术。各种纤维在加热时会发生物理变化，所以热分析法广泛应用于纤维物证的检验中。其中在纤维物证分析中应用较多的热分析方法有差热分析法、差示扫描量热法和热重法等。近年来也出现了一些具有应用前景的新方法。如利用原子力显微镜对织物损伤成因进行鉴别、将显微X射线荧光光谱（MicroXRF）技术用于纤维的元素成分分析、将LAICPMS技术用于单根纤维的常规元素分析等。

李群逸等[5]将近红外光谱成像技术应用到纤维物证的比对检验。实验中利用近红外光谱成像仪对制作好的样本进行检验，通过电脑软件获取实验样本的影像，并利用软件进行目标设定及赋值等，最终对得到的区分影像和曲线图进行分析，从而可以确定哪根纤维与目标纤维相同。实验结果表明，近红外光谱成像技术具有操作简便、可以有效减少人为因素的影响以及能够较好地区分同一种类并且颜色相似或相同、但所用染料种类不同的纤维的优点。同时，也能够保持纤维物证的原始形态。

曹丙花等[6]利用太赫兹时域光谱技术（THzTDS）对纺织品进行了检验研究。实验中应用THzTDS系统对纤维样品进行了检验，通过太赫兹波段的时域光谱信号，得到了纤维的太赫兹波段吸收系数光谱。并检验分析了几种常见的合成纤维，得到实验结果：涤纶纤维在0.98THz有明显的吸收峰，锦纶纤维在1.51THz有明显的吸收峰，维纶纤维在1.16 THz有明显的吸收峰。另外，莱塞尔纤维、腈纶纤维和芳纶纤维的吸收光谱也存在明显差异。说明太赫兹时域光谱技术可以应用到法庭科学领域对合成纤维的检验当中。

核磁共振法经常用来鉴别有机物的结构，伴随着仪器功能的完善与加强，核磁共振技术不仅被用于鉴别有机小分子的结构，也越来越多地应用到对高分子材料的结构序列研究中。2D核磁共振技术使得直接测定混合物的结构及组成成为可能。查纯喜等[7]将核磁共振法应用到对聚对苯二酸乙二醇酯（PET）和聚对苯二酸丙二醇酯（PTT）的混合纤维的检验研究中，并进行了定量分析。该方法将PET和PTT纤维的结构差别在核磁共振图谱上进行了表征，根据聚酯纤维分子结构的微小差别研究了核磁共振特征，确定了能够对PET和PTT定量的化学参数，同时也确立了定量分析模型，从而建立了可以对聚酯纤维进行准确的定量分析的方法。从法庭科学的角度来看，该方法在纤维物证的检验鉴定方面具有很大的应用价值。

为了打击虚假申报棉花原产地的行为，Gentile等[8]利用稳定同位素比质谱法（IRMS）对棉花原产地进行了推断研究。初步的研究结果显示，利用13C、2H和18O的值可以对来自埃及、阿根廷、土耳其、乌兹别克斯坦的未染色棉花样品进行区分。并通过实验成功地利用稳定同位素比质谱法，区分了未经过加工的产于美国和其他国家的棉花样品。但是这种技术也具有一定的局限性，在样品量极少的情况下，该技术不太适用。为了解决这个问题，相关的研究人员提出了元素分析仪稳定同位素比质谱法。稳定同位素比质谱法能够准确测量物质中轻元素的稳定同位素比值，比如13C/12C、18O/16O、15N/14N和34S/32S等。目前稳定同位素比质谱法已经在地质学、考古学、食品科学等领域得到了广泛的应用，在地质变化、古生物迁徙、食品来源地甄别等方面发挥了重要作用。Daeid等[9]研究了来自几个不同国家的棉纤维样品中C、H、O稳定同位素的比值，并考察了其差异性，取得了比较满意的实验结果。

3纤维上染料的检验

为了确定提取到的纤维检材与嫌疑样本是否相同、是否为同一来源，除了对纤维的种类进行检验，还必须对纤维上的染料进行检验。因为，即使纤维的种类和颜色都相同，也可能存在所用染料的种类不同，或者是所用的染料是同一种类、但不同配比的情况。基于以上可能出现的情况，若只检验纤维的种类是不能得出准确结论的。同时，颜色的检验仅依靠肉眼观察会存在一定的主观性和局限性，因此，必须使用比较灵敏的仪器分析方法进行检验。目前，对纤维物证的染料进行检验分析主要有两类方法，一类属于无损检验，如光谱法（包括紫外可見光谱法、显微分光光度法、红外光谱法和拉曼光谱法等）；一类属于有损检验，如色谱法（包括薄层色谱法、高效液相色谱法、毛细管电泳等）和质谱法（包括实时直接分析飞行时间质谱法和基质辅助激光解吸飞行时间质谱法，以及高效液相色谱/质谱和毛细管电泳/质谱等色质联用分析方法[10]）。

其中，薄层色谱法、高效液相色谱法和高效液相色谱/质谱联用法在法庭科学领域应用广泛。薄层色谱法是一种对纤维上染料进行快速分离和定性分析的重要实验技术，它是20世纪50年代从经典柱色谱法和纸色谱法基础上发展起来的。针对各类的纤维染料，利用不同的展开剂体系可以对样品进行展开、分离、定性，不仅可以对纤维中染料进行分析，还可以得到染料分子的详细结构信息。Wiggins[11]利用薄层色谱法对各种合成纤维进行了检验分析。并通过与显微分光光度法联用将不同生产批次的染料进行了比较，发现不同种类纤维上的不同批次的染料比同一种类纤维上的不同批次的染料更容易鉴别。姜红[12]将染料种类不同的涤/棉混纺纤维作为研究对象，利用薄层色谱法对样品上染料的提取液进行了二次或多次层析，并且达到了在同一块薄层板上进行分离鉴别的目的。由于对检材需求量小且快速可靠，这种方法在法庭科学领域能够有效地对涤/棉混纺纤维上的染料进行鉴定分析。李心倩等[13]则通过实验得出了薄层色谱法可以有效地对颜色相同、染料不同的几种合成纤维进行分析的结论。

目前，HPLC在法庭科学中也被广泛应用于纤维染料提取液的检验分析。1992年，Suzuki等[14]报道了分散分离、酸性、阳离子、活性和直接染料的HPLC体系，每种染料都使用二级管阵列检测器（PDA），分析了单根黑色纤维，这些染料都含不同颜色的几种染料混合物。1994年，Speer等[15]使用HPLC法分辨腈纶纤维上的黑色碱性染料之间的色谱图差别，并证明该法能够鉴别不同生产厂家生产腈纶纤维上的黑色染料，还可以鉴别来自同一厂家但配比不同的同种黑色染料。史晓凡等[16]系统分析了192种分别使用了不同染料来染色的棉/涤混纺纤维上的染料提取液。实验中采用反相HPLC法，既区分了颜色相同、染料种类不同的棉/涤混纺纤维，对由不同配比的同种类染料染成的相同颜色的棉/涤混纺纤维也可逐一区分。同时，所需检材的量很小，甚至可以是1cm的单根纤维。温雯等[17]通过HPLC标准曲线法定量分析了同一种类、配比不同的染料染色的涤纶纤维，实验证明该方法可以应用于鉴别颜色相近的涤纶纤维上的染料。龚利斌等[18]也通过对HPLC法的实验条件进行优化，定性、定量分析了涤纶纤维染色用的一种分散红染料，该方法具有高效、可靠、稳定以及检材需求量少等特点。

液相色谱质谱（LC/MS）技术是将液相色谱与质谱联用来进行分析的方法。它是20世纪末发展起来的，中国于90年代开始应用，并且迅速发展，是当前质谱研究中最为活跃的领域。液相色谱广泛应用于有机物的分析，特别是在物证检验方面具有较高的应用价值，可用于纤维上各种染料的分析、废水中染料的分析、圆珠笔油墨染料的分析及爆炸物的分析等。Huang等[19]利用液相色谱质谱法鉴别了相同条件下紫外可见吸收光谱无法区分的染料。Lauren等[20]通过酸液和丙烯酸结合的方法分离并鉴别了13种分散染料和15种基本染料。这些实验结果说明将LCMS应用于法庭科学领域纤维染料的检验分析是可行的。

近年来，法庭科学领域越来越重视表面增强拉曼散射光谱（SERS）技术，该技术在爆炸物探测和毒品分析等方面已取得了很大的进展[2124]。表面增强拉曼光谱普适性强、可以消除荧光干扰、信号增强明显、对仪器没有特殊要求，是众多新拉曼技术中适用于痕量物质检测的首选方法。因此，可以应用SERS技术对有色纤维进行检验。Brosseau等[25]用银纳米球阵列对多种纤维进行了原位无损的SERS检测，成功分辨了一系列颜色相同、所用染料不同（如含有茜素红、红紫素、胭脂红酸或紫胶染料等）的纤维样品。王雅晨等[26]通過实验研究了表面增强拉曼光谱技术对单根的有色纤维上的染料进行检测的能力。实验中以染料“分散红17”、未经过染色处理的纯棉纤维以及在模拟生产条件下用“分散红17”染色的纯棉纤维为研究对象，通过表面增强拉曼光谱表征了单根染色棉纤维中的染料信息。实验结果显示，染料“分散红17”分别在1 000 cm-1、1 200 cm-1以及1 600 cm-1处有较强的拉曼散射，而未经染色处理的单根棉纤维却没有相应的拉曼峰。对经染色的棉纤维直接进行拉曼光谱表征，谱图显示其在1 200 cm-1、1 600 cm-1处有较弱的拉曼散射，而经过表面增强处理后，相应位置出现了明显的拉曼峰。实验结果表明，表面增强拉曼光谱应用于检验分析单根棉纤维上的染料以及法庭科学领域纤维物证的染料信息具有重大意义。

4纤维上附着物的检验

在法庭科学领域，对于纤维物证的检验研究不仅仅限于纤维本身，对纤维上的附着物进行检验也是非常重要的。2009年，West等[27]利用拉曼光谱对粘在纤维上的毒品颗粒进行了检验鉴定，并且完全排除了来自纤维自身的干扰。即使纤维在检验之前已经被粘胶带粘取过，也可以得出谱图；即使是被提取在物证袋中的附有毒品颗粒的纤维，也可以得到其拉曼谱图。该方法无损检材、可以反复进行实验、无需前处理。

2016年，Heider等[28]通过对纺织物纤维附着物的检验鉴定，对纤维物证进行了溯源研究。纺织物在洗涤的过程中，洗涤剂中含有的荧光增白剂会被纤维吸附，而其在荧光光谱下具有独特的标识。实验中利用荧光显微镜，对7组经过7种不同洗涤剂洗涤过的纺织物上提取的单根纤维，进行了光谱特征研究。同时，利用主成份聚类分析法对纤维上残留的洗涤剂进行了定性分析，也取得了令人满意的实验结果。

5结语

在法庭科学领域中，研究更为有效的单根纤维的检验方法，同种类纤维的进一步区分鉴别方法，以及纤维上染料的无损检验方法，以及将纤维的标准样品和染料的标准样品建成数据库等工作，是非常必要的。同时，快速并准确地对提取到的纤维物证进行检验鉴定，才能更好地为公安机关侦查破案提供有力的帮助。

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