热敏纸潜在指印显现仪的设计与应用

杨玉柱, 周丽娟, 侯雨石

(1.中国人民公安大学刑事科学技术学院, 北京 100038; 2.河南警察学院, 河南郑州 450046; 3.虹彩模识北京科技有限公司, 北京 100098)

0 引言

热敏纸又称热敏传真纸、热敏记录纸、热敏复写纸。热敏纸也是一种加工纸，利用无色色素和酚化物的发色反应而制成[1]。热敏纸广泛分布于超市、ATM取款机、网络购物单据、部分快递面单、各种POS机消费单、餐饮单等等。在刑事科学技术检验实践中,经常发现在热敏纸上遗留潜在指印。目前，显现该类指印常用的方法有茚三酮显现法[2]、硝酸银显现法、碘熏法[3]、DFO/PVP试剂显现法[4]和JLGW- 1- 1指纹显现膜(吉林省公安厅物证鉴定中心研制)显现法[5]，这些方法的显现成功率均不能达到100%，而且污染和破坏检材，属于有损检验。经过我们大量的实验研究，设计了一种无损、现场可以快速检验热敏纸潜在指印的小型设备- 热敏纸潜在指印显现仪，有效地解决了这个问题。

1 热敏纸潜在指印显现仪的设计原理

1.1 热敏纸的结构和显色原理

热敏打印纸一般分为3层：最底层为纸基，第二层为热敏涂层，第三层为保护层。主要影响其质量的为热敏涂层或保护层。其制造原理就是在优质的原纸上涂布一层“热敏涂料”(热敏变色层)[6]。热敏纸涂层中的热敏成份主要有两种：一种是无色染料或称隐色染料；另外一种是显色剂。这类热敏纸也被称为双组分化学型热敏记录纸。常见的无色染料有：三苯甲烷基苯酞体系的结晶紫内酯(CVL)、荧烷体系、无色苯酰亚甲基蓝(BLMB)或螺吡喃体系等物质。常用的分散剂有：聚乙烯醇L- 3266、聚乙烯醇GL- 05、聚乙烯醇KL- 03。常用的顶涂层和底涂层助剂有：gohsefimerZ- 200、聚乙烯醇T- 350、聚乙烯醇N- 300。常用的显色剂有：对位羟基苯甲酸及其酯类(PHBB、PHB)、水杨酸、2，4-二羟基苯甲酸或芳族砜等物质。

热敏纸遇热后无色染料与显色剂发生化学反应产生颜色(纸表面受热区变色，而非受热区不变色)。热敏纸的显色温度一般在70℃以上。由于用作无色染料的品种有许多种，所以显现的字迹颜色就有不同，有蓝色、紫红色、黑色等。如果热敏纸的涂层不均匀，会导致打印时，有的地方颜色深，有的地方颜色浅，打印质量明显降低。如果热敏涂层的化学配方不合理，会导致打印纸保存时间变得很短。保护涂层对于打印后的保存时间很关键，它可以吸收一部分导致热敏涂层产生化学反应的光线，减缓打印纸的变质，并且可以保护打印机的热敏元件不受损伤。使用商家由于客流量大，耗费纸张数量多等原因，通常采购低成本的热敏纸，导致目前市场上的热敏纸产品良莠不齐，打印温度和保存时间差异巨大。热敏纸的这些特点，给公安实践中显现和固定热敏纸潜在指印带来困难。

1.2 热敏纸潜在指印显现原理

当手指接触热敏纸时，会残留下指印、掌印，这些指印、掌印中的部分物质(氨基酸、氯化钠、油脂、汗垢等)[7]渗透到热敏纸热敏涂层的染料层中。当热敏纸加热后，会加速局部的显色化学成分的活动，促使临界显色温度在渗透部分发生变化，这一临界温度通常低于原有热敏纸设计的打印显色温度(70 ℃以上)。当达到这一临界显色温度时，遗留指印、掌印区域被显色，而其他区域不发生显色，从而将指掌印纹显示出来。一般情况下，这种预判温度或者加长加热时间的方式，有部分热敏纸潜在指印可以显现。但是，潜在指印物质渗透后的显色临界温度和纸张的基材成分、指掌印物质渗透情况、显色染料成分等的不同而不同。临界温度是一个动态变化的温度，不能通过简单的人眼观察获得它的高低。因此，简单的加热方式显现热敏纸潜在指印，不能广泛适用于所有的热敏纸检材。有些可能不能显现，有些则可能彻底损坏检材(使检材全部变黑)。

1.3 热敏纸潜在指印显现仪的设计

我们通过大量实验发现，目前市场上的热敏纸因为纸基和热敏涂料的成分不同，其指纹显色临界温度也不同，大致分为4类热敏纸：第一类热敏纸显色临界温度为50～54 ℃、第二类热敏纸显色临界温度为55～59 ℃、第三类热敏纸显色临界温度为60～64 ℃、第四类热敏纸显色临界温度为65～69 ℃。热敏纸上遗留指纹的部位，指纹中的油脂会通过保护层渗透到热敏涂层，在远红外线(波长在900 nm以上)的辐射下产生内热会发生显色反应；通过长波紫外反射光监测指纹显色反应温度，确定热敏纸的种类，自动控制远红外线的辐射量保证热敏纸的温度保持在临界温度。指印显现仪的外观和放置检材状态如图1、图2所示。

图1 热敏纸指印显现仪外观

图2 热敏纸指印显现仪显现指印时检材放置状态

2 实验部分

2.1 实验样本的制备

根据热敏纸的纸基和化学成分的不同，通过预试验，选取顺丰签收单(第一类热敏纸)、京东POS机回单(第一类热敏纸)、小米产品小票(第二类热敏纸)、味多美蛋糕店小票(第二类热敏纸)、中国工商银行POS机回单(第二类热敏纸)、招行签购单(第三类热敏纸)、POS签购单(第三类热敏纸)、老板娘的烤肉店小票(第四类热敏纸)和渡娘火锅龙跃店小票(第四类热敏纸)等9种热敏纸，在其表面空白处捺印汗液指印，如图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11所示，肉眼无法观察到潜在的汗液指印。

图4 京东POS机回单

图5 小米产品小票

图6 味多美蛋糕店小票

图7 中国工商银行POS 机回单

图8 招行签购单

图9 POS签购单

图10 老板娘的烤肉店小票

图11 渡娘火锅龙跃店小票

2.2 实验设备

热敏纸指印显现仪；Canon- 60D数码相机(90 mm微距镜头)；翻拍架。

2.3 实验步骤和方法

依次选取顺丰签收单、京东POS机回单、小米产品小票、味多美蛋糕店小票、中国工商银行POS机回单、招行签购单、POS签购单、老板娘的烤肉店小票和渡娘火锅龙跃店小票等9种热敏纸样本分别放在热敏纸指印显现仪上进行显色，指纹显现过程全自动完成，可反复操作。通过监测，顺丰签收单(第一类热敏纸)和京东POS机回单(第一类热敏纸)显色温度为53 ℃，显色时间为3′15″；小米产品小票(第二类热敏纸)、味多美蛋糕店小票(第二类热敏纸)和中国工商银行POS机回单(第二类热敏纸)显色温度为57 ℃，显色时间为5′45″；招行签购单(第三类热敏纸)和POS签购单(第三类热敏纸)显色温度为61 ℃，显色时间为7′20″；老板娘的烤肉店小票(第四类热敏纸)和渡娘火锅龙跃店小票(第四类热敏纸)显色温度为65 ℃，显色时间为8′10″。每完成一枚指纹的显现，用带有微距镜头的数码相机立即拍照固定。

3 结果与讨论

3.1 结果

9种实验样本显现指纹效果如图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20所示。

图12 顺丰签收单

图13 京东POS机回单

图14 小米产品小票

图15 味多美蛋糕店小票

图16 中国工商银行POS 机回单

图17 招行签购单

图18 POS签购单

图19 老板娘的烤肉店小票

图20 渡娘火锅龙跃店小票

从上述图片效果可以看出，利用热敏纸指印显现仪可以清晰地显现出所有样本热敏纸表面遗留的潜在汗液指纹，纹线清晰，达到检验鉴定的要求。

3.2 讨论

(1)从图12～20可以看出，指纹纹线的深浅略有不同，这与汗液指纹在捺印时的汗液量多少和捺印时手掌的压力大小有关。实验中的样本汗液指纹，在制作时，是将手掌用塑料袋套住密封几分钟，待手掌略有微汗感时开始捺印。捺印力度以中等(两个手指能拿住样本小票)为宜，力度过大，指纹纹线会发虚，力度过小，指纹纹线会过于浅淡。

(2)在利用热敏纸指印显现仪显现指纹时，汗液指纹遗留时间长短不影响显现效果。

(3)在利用热敏纸指印显现仪显现指纹时，指纹纹线显出后要立即拍照。因为部分热敏纸表面遗留指纹在显出5分钟以后会逐渐消失。但是，指纹消失后可以重复显现，不影响显现效果。部分热敏纸涂层类似于微胶囊结构，进行封装处理过程中并没有破裂，所以会导致大部化学成分并没有全部发生反应，所以导致指纹纹线的衰退。

4 结语

根据热敏纸种类不同显色临界温度不同设计的热敏纸指印显现仪，通过对顺丰签收单、京东POS机回单、小米产品小票、味多美蛋糕店小票、中国工商银行POS机回单、招行签购单、POS签购单、老板娘的烤肉店小票和渡娘火锅龙跃店小票等9种四类热敏纸样本表面遗留的潜在汗液指印的显色实验，证明热敏纸指印显现仪可以清晰地显现出各类热敏纸表面遗留的潜在汗液指纹，纹线清晰，达到检验鉴定的要求，而且不损坏检材，可以反复操作。