新型无毒荧光显现剂——螺旋藻粉末在指印显现中的应用

代雪晶 马瑞聪

（中国刑事警察学院声像资料检验技术系 辽宁 沈阳 110035）

1 引言

粉末显现法是在现场勘查中应用非常广泛的一种传统有效的指印显现方法，具有成本低、携带方便、操作简便、显现效率高等优点，是非渗透性客体上新鲜汗潜和油潜指印显现的重要方法之一[1]。当使用传统粉末显现指印时，最大的问题是选择哪一种粉末，使得这种粉末与指印所存在的背景具有最大的对比度，例如，黑色背景上的白色粉末，或者浅色背景上的深色粉末。如果所需客体表面的背景是多种颜色、图案的话，那么粉末的选择就会受到极大的限制。迄今为止，国内用于显现指印的传统荧光粉和新型荧光粉[2]，大多数是基于它们的光致可见荧光特性，即能够在紫外线或者蓝绿光的激发照射下发出可见光（400～700nm）。但是由于有些承痕客体在紫外线照射下，背景自身也会发出可见荧光，这就使得指印与背景之间的反差降低，从而无法清晰地显现出指印。我们比较熟悉的光有3种，分别是紫外光、可见光和红外光。红外光目前主要用于各种形式的成像，如红外摄影[3]、夜视设备和热成像[4]，但尚未普遍用于潜在指印显现中，主要是由于缺乏合适的红外荧光材料。文件检验员在分析书写和印刷油墨时，通常会进行红外线反射和发光检验，由此本文提出了一种新型的红外荧光粉末，即螺旋藻粉末。螺旋藻是一种天然存在的无毒藻类，它含有防癌、治癌作用的藻类蛋白，以及其他大量矿质元素和提高机体免疫力的生物活性物质，目前被广泛的应用在食品工业当中[5]。为了探索这种新型粉末在指印显现过程中的应用潜力，尝试了各种具有复杂背景的非渗透和半渗透客体表面的汗潜和油潜指印的显现，并且比较了不同条件下的指印显现效果，对螺旋藻粉末的显现能力作了综合评估。

2 实验原理

发光是物体在外界因素作用下发射电磁辐射的现象，有许多外界因素可以导致物体发光，其中包括电发光、摩擦发光、化学发光、生物发光和光致发光等[6]。光致发光是指物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导致发光的现象，它是经过吸收、能量传递及光发射3个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。光致发光摄影的优点在于：相比于常规反射摄影，灵敏度是其104倍，这样有利于细微指印的显现。另外，光致发光摄影可以减弱甚至消除复杂颜色背景对痕迹拍摄效果的干扰和增大指印纹线与背景的反差，从而达到最佳的显现效果[7]。光致红外荧光摄影是指利用400～700nm的光照射被检验物体，接收记录物体在700～1000nm的近红外区内发光亮度分布图像，实验装置如图1所示。

图1 光致红外荧光摄影装置图

螺旋藻粉末在红光的照射下，会发出近红外光谱区的荧光[8]，将螺旋藻粉末刷在待显现的指印纹线上，然后使用光致红外荧光摄影进行拍照固定，可以得到清晰的指印图像。相比于其他传统有毒有害的荧光粉末，螺旋藻粉末成本低、无污染，有益于身体健康，且多色客体背景很少能发出红外荧光，因此可以获得较大反差的指印图像。

3 材料和方法.

3.1 实验器材

螺旋藻粉末（美越饲料有限公司生产）、佳能EOS700D单反相机1台、佳能EOS70D红紫外数码相机1台、多波段光源1套、便携式紫外灯（254nm）、滤光镜若干（700～850nm）、翻拍架。

3.2 实验样本

第一部分实验中样本为半渗透和具有复杂背景非渗透的客体表面的新鲜汗潜指印，捺印时间均在1d之内，主要有05版100元人民币、沙琪玛包装纸、杂志封面2页（光面纸）、雀巢易拉罐和硬质手机壳；第二部分实验中样本为牛奶箱子，呀土豆包装袋，遗留时间为1d、2d、4d、7d和15d的汗液指印；第三部分实验中样本为劲酒包装盒表面的新鲜汗潜指印。

3.3 实验操作

首先，我们需要测定螺旋藻粉末最佳激发波长，分别使用了615nm的红光、565nm的绿光和465nm的蓝光分别对粉末堆进行激发照射，在相机前加用730nm的红外滤光镜拍摄螺旋藻粉末，得到图2所示的结果。

图2 使用红光（左）、绿光（中）、蓝光（右）激发照射对螺旋藻粉末进行光致红外荧光摄影效果

可以清晰地看到，使用615nm的红光进行激发照射可以得到最佳的荧光强度，蓝绿光激发照射下也可以发出一定强度的荧光，视情况也可以使用。

其次，我们还需要了解经激发后的螺旋藻粉末在近红外光谱区各个波段的荧光强度，使用波长615nm的红光进行激发，而后分别在相机镜头前加700nm、730nm、800nm和850nm的滤光镜，得到如图3所示的结果。

图3 螺旋藻粉末在几个波段的荧光强度示意图

可以看到：在700nm、730nm、800nm这3个波段，螺旋藻粉末都有着比较不错的荧光强度，在850nm波段处，虽然荧光强度较低，但是照片经放大后也可观察到清晰的纹线，同时所有照片上的背景基本被消除。由于拍摄是在暗环境下进行，所以在实际应用中应考虑环境因素的干扰。指印纹线稍微有些不清晰，这是因为所购买的螺旋藻粉末原本是做为鱼的饲料而被加工制造出来的，所以它的粉末颗粒直径较大，以至显现出的指印纹线有些模糊，购买后需要经过研磨成合适的大小再进行显现会呈现最佳效果，本次实验由于不具备研磨粉末的条件所以没有进行这项工作。

具体的实验操作是首先使用佳能相机拍摄检材的原貌，然后使用软毛刷粉末均匀地将螺旋藻粉末刷在样本的指印上。将红外数码相机安装到翻拍架上，插入红外滤光镜，将实验样本依次放至相机镜头光轴处，使用多波段光源615nm的红光，45°角均匀配光，手动调焦至指印纹线清晰后拍照记录。第三部分实验中对于常用紫外荧光粉显现的指印使用紫外灯配光，并使用安装滤光镜的佳能相机拍照记录。

4 实验结果与分析

4.1 螺旋藻粉末显现不同客体表面指印

4.1.1 杂志封面的指印显现效果

根据图4的实验结果，可以明显的得出：对于各种颜色的杂志光面纸，可以很容易地拍摄出清晰的指印，但是用其他拍摄方法来对付如此复杂的背景是有一定困难的。在图4（b）和（d）的黑色颜料部位，显现效果不佳，几乎无法看到纹线，这是螺旋藻粉末存在着的不足之处，不过瑕不掩瑜，显现效果尚可。

图4 杂志封面原貌与拍摄效果图（615nm 激发，780nm 滤光镜）

4.1.2 易拉罐表面的指印显现

易拉罐属于曲面物品，其表面的指印不在同一水平面上，对于这种情况人们已经研究出了一些显现方法[9]。常规拍摄曲面物体上的指印应该使用双面打光进行拍摄。本次实验由于设备不足只能进行单侧配光。结果如图5所示，虽然能够比较清晰的显现出指印，纹线也比较清晰，只不过反差比图4弱，显现效果不佳。

图5 雀巢易拉罐表面原貌与拍摄效果图（615nm 激发，730nm 滤光镜）

4.1.3 光滑手机壳表面指印显现

手机壳为典型且常见的非渗透性客体，也是非常容易留下指印的地方，本次所选用的手机壳表面光滑。如图6（a）所示，指印所在位置为高楼图案处，背景比较复杂，但是拍摄效果良好，除了窗子图案边缘深蓝的阴影部位无法显现，这与图4是同一个问题。基本消除了背景的干扰，纹线完整，特征明显，显现效果良好。

图6 硬质手机壳表面原貌与拍摄效果图（615nm 激发，730nm 滤光镜）

4.1.4 沙琪玛包装纸表面指印显现

图7（a）所示客体背景为沙琪玛的外包装纸，背景极为复杂。但是其油墨在近红外光谱区在相机中几乎不发出荧光，只有指印纹线发光。显现出的指印清晰完整，特征明显，显现效果卓越。

图7 沙琪玛包装纸外侧原貌与拍摄效果图（615nm 激发，700nm 滤光镜）

4.1.5 百元人民币表面指印显现

各国货币的种类式样千差万别，但是都采用最高级的印刷技术，人民币也是如此，其本身的设计使得粉末显现法并不适用于显现其表面的指印，使用常用的可见光谱区的荧光粉末对人民币进行拍摄，指印几乎不可见，因为人民币是由多种印刷方法印刷而成，其所用的油墨染料在红光的激发下，也会发出可见光谱区的荧光，甚至在700～730nm区也会有荧光产生，所以选用800nm的红外滤光镜。可以看到背景几乎不发出这段波的荧光，几乎全部被消除。但是由于人民币表面为粗糙表面，排列着很多的网格线，显现出来的指印如图8所示，上半部比较模糊，下半部分比较清晰，中心斗形纹较明显，人民币显现效果不佳。

图8 百元人民币原貌与拍摄效果图（615nm 激发，800nm 滤光镜）

上述所选客体都具有不错的代表性，总体来说螺旋藻粉末对于这些客体都具有不错的显现效果。由于螺旋藻粉末呈深绿色，其指印在白色、灰色或其他单色背景上具有不错的反差。当然，这种对比不能与在白色背景上应用的黑色粉末相比，但是仍然很容易在背景上显现指印。与所有的指印粉末一样，多色图案背景在白光照射下几乎无法辨别指印，显现出来的指印只有一部分是可见的，如图4、图6。但是在大多数情况下，反差是否明显与背景的颜色是无关的。

4.2 用螺旋藻粉末显现不同遗留时间的汗液指印

4.2.1 牛奶箱子表面指印显现效果对比

牛奶箱子属于典型的半渗透性客体，且表面为半光滑性质，比较适合使用螺旋藻粉末进行显现。图9中（a）为牛奶箱子原貌图，其他按顺序依次是遗留时间为1d、2d、4d、7d和15d的汗液指印的显现效果图，可见在7d之内的显现效果较为清晰，存留15d由于汗液中水分几乎完全蒸发导致显现效果不佳。牛奶箱子表面的新鲜指印显现效果为1d极佳，2d～7d的指印显现效果良好，15d的显现效果不佳。

图9 牛奶箱子表面原貌及不同遗留时间指印显现图（615nm 激发，730nm 滤光镜）

4.2.2 零食包装纸表面指印显现效果对比

对于呀土豆零食包装袋这类光滑表面的汗液指印，通常不采用粉末显现法，因为客体表面光滑不易刷粉，容易模糊，本次实验在操作过程中便遇到了这个问题。但是图10说明使用螺旋藻粉末对其也有不错的显现效果。其中图10（a）为检材原貌，其他按顺序依次是遗留时间为1d、2d、4d和7d的汗液指印的显现效果图，可见对于4d内的指印具有良好的显现效果。

图10 包装袋原貌及表面指印显现（615nm 激发，700nm 滤光镜）

实验表明对于短时间内形成的汗液指印，螺旋藻粉末具有良好的显现效果。对于形成时间较长的指印根据客体的不同也具有一定的显现效果。由于本次实验全程在封闭的实验室内进行操作，没有刮风等环境的干扰，所以在实际应用中应该增加考虑环境对指印的影响。

4.3 螺旋藻粉末与常用紫外荧光粉末对比实验

图11中（c）和（d）是用常用的红、绿荧光粉进行显现，使用波长为254nm的紫外光激发后采用紫外荧光摄影方法拍摄，它的优点是在紫外光的照射下，可以用肉眼直接观察到粉末分别发出橙红色和绿色的荧光，易于定位指印的位置，但是这种方法也存在着一定的不足之处。照片中指印的背景尤其是文字部分在紫外线的照射下会发出与指印发出的荧光相同颜色的可见荧光，形成局部的重叠。而图11（b）是用螺旋藻粉末进行显现，采用光致红外荧光摄影方法拍摄的照片，与紫外荧光摄影拍出的照片有着明显的差别，主要是背景在近红外光谱区几乎没有发出的荧光而使得文字呈黑色，与粉末发出的白色荧光呈现鲜明的对比，反差更加明显。

图11 检材原貌及3 种粉末显现效果对比效果

5 实验讨论

螺旋藻粉末作为一种新型的荧光粉，它相比于其他荧光粉末主要有两点优势：一是其他荧光粉末都是由有毒有害的物质合成的，而螺旋藻粉末对人体完全无毒无害；二是现有荧光粉末大都使用紫外激发，导致检材的背景会发出可见光谱区的荧光呈现与纹线相同的白色，但是在近红外光谱区，背景却不会发出荧光而呈深色，与白色的指印纹线有较大的反差，而螺旋藻粉末发出的荧光在多个波段都有着不错的强度。本次实验也存在着一些不足：一是由于实验设备的限制，无法测定螺旋藻粉末的光谱曲线从而得到它的最佳激发波长，只能应用现有的条件进行实验；二是这次购买的螺旋藻粉末原本是用作鱼饲料的，粉末颗粒的直径较大未经过后期的研磨，所以可以见到用其显现的纹线有些密集不清晰。而且这种大直径的颗粒在光滑的表面上不易刷粉，容易模糊。

6 结论

利用自然生成的深绿色海藻作为显现指印的荧光粉末是很有前途的，因为它具有在近红外光谱区尤其是在700～800nm之间有发出强烈荧光的能力。使用螺旋藻粉末进行光致红外荧光摄影，可以显现一些具有复杂多色背景的半渗透和非渗透性客体表面的汗液和油指印。实验结果表明，使用激发光为多波段光源615nm的红光效果较好，镜头前面的吸收滤光镜则根据客体背景来选择700～800nm的红外滤光镜，以避开背景荧光。对于1周之内形成的汗液指印，螺旋藻粉末都具有不错的显现效果。与使用紫外荧光粉显现法相比，极大地减少了来自背景的荧光干扰，这意味着以往难以处理的客体背景，如人民币和杂志光面纸页，可以显示强反差的指印与良好的纹线细节。综上所述，螺旋藻粉末可以作为一种新型的荧光粉末应用到实际工作中去。