紫外光谱成像技术在物证技术领域的初步研究

张旭毅

摘 要紫外光谱成像技术应用于物证检验是光谱成像技术在物证检验领域的进步和发展,紫外光谱成像技术以其独特的特点在理论上可以完善和充实物证技术学科的研究体系,在实践上可以为刑事影像技术提供新的思路和研究方法,为文件检验和痕迹检验提供新的检验方法,同时可以对物质进行定性定量检测,为物证技术学其它领域寻找新的突破口。

关键词 物证技术 紫外光谱 紫外光谱成像技术

中图分类号:D915.3文献标识码:A

物证技术是指研究物证的发现、记录、提取、显现、保管、检验以及鉴定的各种科学手段的总称。 它是以自然学科为基础的具有很强的综合性和应用性,几乎所有的分析检验技术都可能被应用到物证技术领域。紫外光谱成像技术是分析化学中的一种对有机物成分的分析的常用技术,在国内2009年首次应用于物证技术领域。

2003年澳大利亚法庭科学专家发表了第一篇用光谱成像显现、加强潜在指印的文章,欧美各国开始在这方面进行研究。2004年1月公安部物证鉴定中心王桂强研究员在《刑事技术》上发表了《光谱成像检验技术》一文开始了我国在光谱成像方面的研究,近来在公安部物证鉴定中心许小京、俞涛研究院员的带领下我国开始在紫外光谱成像技术方面进行探索性研究。

一、 紫外光谱成像技术的原理

紫外光谱也称为紫外吸收光谱,它是由于分子中价电子的跃迁而产生的,分子中的价电子经紫外或可见光照射时,电子从低能级跃迁到高能级,此时电子就吸收了相应波长的光产生的吸收光谱。

紫外吸收光谱的波长范围是4-400nm(纳米),其中100-200nm(纳米)是远紫外区,200-400nm(纳米)是近紫外区,一般的紫外光谱是指近紫外区。波长范围在200nm以下的区域是真空紫外区,由于此区域光线的产生和其他原因目前对科研的意义不大。波长范围在200-400nm之间的普通紫外区,对形象痕迹的显现和对有机物结构分析的用处最大。共轭体系以及芳香族化合物在此区域内有吸收,是紫外光谱成像讨论的主要对象。

紫外光谱成像技术检验物证的原理是:通过成像光谱仪记录被检验物体在一定紫外光谱范围内密集均匀分布的多个窄波段单色光的反射光亮度分布或荧光亮度分布,形成由许多单色光影像构成的紫外光谱影像集。在利用紫外光谱成像技术显现潜在指纹等形象痕迹时时主要用的是对紫外光谱的反射,在对物质进行结构和定性定量分析时用的是利用物质对紫外光谱的吸收,在本质上都是一样的。

二、 紫外光谱成像技术对有机物的分析

首先,利用紫外光谱鉴别一个有机物是否含有共扼体系或方向结构,这是紫外吸收光谱在有机化合物鉴定中最重要的应用。有机物的红外光谱告诉我们分子中存在着哪些官能团;其紫外吸收光谱能说明这些官能团之间的相互关系。例如几个官能团之间是否存在相互共扼,以及在共扼体系中取代基的位置、种类、数目等。其次,通过对紫外吸收光谱的观察,可以推测出有机物可能具有哪一类结构,而且容易检验出化合物中所含的微量杂质。再次,判断某些化合物的构型;根据不同构型的化合物在近紫外区的吸收不同判断其构型。最后,某些有机化合物存在互变异构平衡,在溶剂极性或pH不同的条件下随着平衡的移动,其紫外吸收光谱亦发生变化,可对这类平衡体系进行研究。

中药的主要成分是天然的有机化合物,它的紫外吸收光谱是其各组分特征吸收光谱叠加而形成的,所以在一定条件下只要所含诸成分基本相同,则紫外吸收光谱相似,由此形成了紫外光谱鉴别法。 对我国中医药定性定量分析和走向世界提供坚实的科学依据。同时在鉴定天然毒品成分时也有很重要的作用。

随着物质生活的提高,人们对健康和安全食品也越来越关注,咖啡因是一种具有药理活性的物质,在通常的饮料以及药品中普遍存在。适量食用咖啡因对人的身体有好处,但大量或长期摄取咖啡因有损人体的健康。 紫外光谱法对咖啡因鉴定可靠性高而且快速,这一特点对法化学和法医学有着重要的意义。

三、 紫外光谱成像技术对物证技术学各学科的影响

物证技术学是以物理学、化学、生物学、遗传学等自然科学为基础,以查明案件事实,为侦查破案、审判提供证据为目的,研究发现、记录、提取、显现、分析、检验以及鉴定的各种理论与方法的一门学科。物证技术学是一门边缘学科,它是利用自然科学的知识,适应法律的需要而发展起来的一门学科。 一般情况下将物证技术学分为痕迹检验学、文件检验学、刑事影像学、法化学和法医学五个方向。

(一) 对刑事影像学的影响。

刑事影像技术是由刑事照相技术发展而来的,属于物证技术学也是物证技术学其它学科的基础,包括影像成像检验、影像分析检验和影像合成技术三大部分。光谱影像处理方法利用的影像信息也从单一的亮度分布信息扩展到了亮度分布和光谱性质双重影像信息使光谱成像的控制能力相比常规成像提高了一个台阶。光谱成像检验对刑事影像分析有本质影响光谱成像影像分析除了利用亮度分布信息外,还可以有效利用光谱信息,因此其分析检验能力显著提高,能够获得许多常规影像分析检验不可能获得的测量数据和检验意见。

紫外光谱成像技术在刑事影像技术方面的应用是光谱成像技术的进一步发展,紫外光谱成像技术不仅具有光谱成像技术的优势而且还有其自身独特的特点。使刑事影像技术不再仅仅是对痕迹简单的显现和记录,利用紫外光谱成像技术得到的图像和数据可以直接对痕迹物质的种类结构进行认定,而且还为进一步检验提供了方便。

(二)对法化学和法医学的影响。

毒物和毒品的检测和分析是法医学和法化学基本的任务之一。目前,新型毒品和新型毒物随着科技的发展不断的出现给社会治安和人们的健康带来极大的威胁,但是新型毒品和新型毒物几乎都是有机化合物。因此目前,紫外吸收光谱成像对法化学和法医学的意义重大,在机化合物进行测定的时紫外吸收光谱可以鉴别一个有机物结构,尤其在确定天然有机物和新化合物的化学结构时,它可以快速检测出天然和新出现有机物质的结构从而确定它的性质从而争取时间。紫外光谱的灵敏度很高,还可以快速检测出毒品和毒物。

美国国家法庭科学局已经测定了香豆素的衍生物(杀鼠剂)、萘的衍生物、磺酸氨衍生物、吗啡的衍生物、苯二氮化合物、致幻剂等22种毒品、毒物的基本结构的紫外吸收光谱。我国各地公安机关和鉴定机构对巴比妥、生物碱类、吩唾嗪类药物、苯并二氮啅类抗精神失常类药物进行了紫外光谱测定。紫外光谱成像技术可以帮助法医学和法化学在毒物分析中能运用光谱资料筛选鉴别毒物,提供定量分析的使用波长,从而建立数据库为各鉴定单位分析创造良好的条件。

(三)对痕迹检验学的影响。

紫外光线反射照相尤其是短波紫外反射照相在显现非渗透客体上潜在痕迹显示时已表现出极大的优势,利用紫外光谱近似连续的紫外光对潜在痕迹进行显现可以得到更好的显现效果,而且对以后显现某些特定痕迹选择使用紫外波段时具有指导意义。利用紫外光谱成像技术还可以对痕迹形成物质有初步的判断,为侦查破案提供方向。

物质组分和分子结构决定物质吸收光谱或荧光光谱。不同物质呈现的特征光谱也不同,因此可以通过分析比较物质的特征光谱对物质化学成分和进行鉴别说明这些物质结构之间的相互关系。在物证检验领域光谱测量分析一直是鉴别物质的重要手段之一。微量物证的特点是量小体微,在案件现场难以发现和提取,但是微量物证一旦发现对案件的意义重大。如何利用好微量物证,紫外光谱成像技术可以解决这一难题。

(四)对文件检验学的影响。

光谱成像技术在文件检验领域已有应用,运用紫外反射来检验涂改的文件就是利用被消退后残留在纸上的色料、消退剂、纸张二者对紫外线的吸收、反射的不同来显现和辨识被消退的文字,可以在不损坏检材的情况下显现提取被消退的字迹。但是,不同的笔墨水成分及所书写纸张的不同将导致对紫外线光的不同显现效果。紫外光谱成像技术可以很有效的解决这一问题,输出波长间隔很小的连续的紫外光线显现检材上的文字和印章,通过记录和比较,我们可以得到最好的显现效果,而且还可以建立紫外波长的数据库检验特定的书写物质和纸张。

四、 总结

紫外光谱成像技术应用于物证检验是光谱成像技术在物证检验领域的进步和发展,紫外光谱成像技术以其独特的特点在理论上可以完善和充实物证技术学科的研究体系,在实践上可以为刑事影像技术提供新的思路和研究方法,为文件检验和痕迹检验提供新的检验方法,同时可以对物质进行定性定量检测,为物证技术学其它领域寻找新的突破口。

国家公益性科研院所基本科研业务费专项资金(2008JB002)支持

(作者:中国人民公安大学2007级诉讼法学刑事图像技术方向硕士研究生)

注释:

傅政华.物证技术学.中国人民公安大学出版社,2003.

刘会媛.刘会媛. 紫外光谱在有机化学中的应用. 唐山师范学院学报, 2000,(05)

王江川. 紫外光谱法鉴别中药的概况. 中国药业,1999,(11)

丁明珍.离心萃取一紫外光谱法测定可乐饮料中咖啡因的含量.分析化学,2008,(03)

王桂强.光谱成像检验技术.刑事技术,2004(1).