紫外线下各种潜在手纹的显现效果及原理

窦海明

（秦皇岛市公安局海港分局 河北 秦皇岛 066000）

紫外线下各种潜在手纹的显现效果及原理

窦海明

（秦皇岛市公安局海港分局 河北 秦皇岛 066000）

通过大量的实验分析、讨论，总结归纳了利用紫外观察系统发现和显现不同手印物质在不同客体上形成的潜在手印的方法、步骤和操作技巧。在分析研究大量相关学术著作和优秀论文的基础上，结合实际操作，重点讨论了利用紫外观察系统发现和显现不同手印物质在不同客体上形成的潜在手印应当遵循的程序、注意事项，针对不同手印物质和不同客体对紫外线的吸收反射能力采用最佳的显现方法，以寻求最佳显现效果，为实际办案中检验发现和显现不同手印物质在不同客体上的潜在手印无损检验提供了一些思路，对进一步提高现场物证利用率做了有益的探索，为刑事技术的发展起到一个铺路作用。

紫外观察系统 潜在手印 显现效果 显现原理

手印是人身同一认定的最直接、最可靠的证据之一，且居于物证之首。随着科技发展，犯罪分子作案手段日趋复杂多样，狡猾隐蔽，手印客体和手印物质也日趋多样。常见的手印物质有汗液、血液、唾液、化妆品、饮料、各种油类、灰尘等；手印客体有本色木、油漆木、瓷砖、各种纺织品、橡胶、透明胶布、牛皮封口胶、彩色相纸、塑料胶片、皮革、铝合金制品、PVC板、易拉罐、石头、各种纸张等。有些手印物质在客体上由于反差、背景干扰等问题对潜在手印的发现和显现提出了新难题。

近年来，随着紫外观察系统在现场勘查和检验中的广泛应用，将潜在手印发现和显现又推进到了一个新的阶段。由于利用紫外观察系统发现和显现不同手印物质在不同客体上的潜在手印是一种光学方法，属于无损检验，在实际操作中可以多次反复使用而不对检材造成破坏，因此，利用紫外观察系统发现和显现不同手印物质在不同客体上的潜在手印就成为当前手印显现研究领域的一个重要课题，具有深远意义。

1 紫外线及紫外观察系统

1.1 紫外线及其特点

紫外线是电磁波谱中介于可见光紫色端与X射线之间的光辐射。紫外线的波长范围是1nm～400nm，可以把紫外线分为四个波段：长波紫外、中波紫外、短波紫外、真空紫外。紫外线是电磁波谱中的不可见光辐射，它与可见光一样遵守光的直系传播、反射和折射定律，也同样遵守透镜成像原理。物质在紫外光区的吸收和反射物质与在可见光谱区、红外光谱区的吸收反射性质各不相同的。紫外线的波长较可见光的波长短，光量子能量比可见光量子能量大一倍多，更容易被物质中的原子或分子吸收，变成物质的内能。相对于可见光，紫外线的穿透能力很弱，它一般只作用在物体很薄的表面层内，远小于可见光和红外线的穿透能力。各种物质吸收光线性质不同，但它们吸收光线的能力一般随波长增加而减少，大多数物质都呈现这种吸收规律。因此，吸收可见光的物质一般在紫外区也呈现吸收性质，很少能被紫外线穿透；而不吸收可见光的物质，在紫外区可能仍然表现为不吸收，也可能变成强烈吸收紫外线。

1.2 紫外观察照相系统及紫外反射照相

1.2.1 紫外观察照相系统

紫外观察照相系统是利用紫外反射技术，加之光电转换倍增管，使不可见的紫外线图像通过光电倍增管转化为可见的视频图像，然后对可见视频图像进行普通照相，即可得到客观真实的痕迹物证图像。其核心是紫外变像管系统，它由紫外镜头、紫外变像管、普通CCD摄像机和监视器等组成。其中该系统的核心是紫外变像管，它的一端是光电阴极，另一端是荧光屏，紫外变像管系统工作时，首先是紫外镜头将紫外反射光的影像形成在变像管的光电阴极上，由紫外影像转变成的电子束，经电磁成像聚集后打在变像管的荧光屏，导致荧光屏显示出可见图像。通过安装在变像管后面的目镜，人眼可以在荧光屏上即时看到紫外影像转变而来的可见图像。变像管后面也可以设置一个普通的CCD摄像机，拍摄变像管荧光屏，在监视器上显示出紫外图像，同时还可以用录像机记录或制作视频拷贝图片。紫外变像系统能够将检材的254nm紫外反射图像实时转换成可见图像，可以很方便地用于短波紫外反射显现和加强指印。在搜寻发现潜在指印时，紫外变像管系统表现出的特别优势在于它能充分利用短波紫外反射照相较高的显现灵敏度搜寻发现指印。另外，紫外变像管系统具有相对携带方便和操作简单的优点，可以快速进行搜寻检验。此外，紫外变像管系统对信号有增益作用，因此该系统探测紫外线的灵敏度很高。

1.2.2 紫外反射照相原理

紫外反射照相可分为长波紫外反射照相和中短波紫外反射照相。长波紫外反射照相记录物体反射的320nm～400nm长波紫外线；中短波紫外反射照相记录物体反射的200nm～320nm中短波紫外线。目前物证检验只开展两个波段的紫外反射照相，其中一个是在365nm波长的长波紫外反射照相，另一个是在254nm波长的短波紫外反射照相。

由于被检验物体上各种物质的光谱反射曲线随波长变化规律不同，它们的反射亮度差异也随波长改变而改变。紫外反射照相记录物体在紫外光谱区的反射光亮度分布，其结果与记录物体反射可见光亮度分布的普通照相可能存在较大差别，并且在紫外光谱区内不同波段的紫外反射照相结果也会有变化。

在指印检验应用领域，紫外反射照相能够有效显现和加强指印的最重要原因是它可以有效减少客体的内反射光线，甚至完全没有内反射光，使客体背景色调变黑，最终使指印纹线与客体背景之间的亮度反差增加和背景图案干扰作用减少。许多在可见光区具有较强反射或透射性质的物质可能在紫外区，特别是在短波紫外区，呈现强烈吸收性质。因此，这些因为在可见光区具有较强内反射光质而在普通照相中呈现浅色调或灰色调的物质，有可能在紫外反射照相中因为物质完全没有内反射紫外线而呈现全黑色调。紫外反射照相检验指印的大部分应用都是利用这种作用原理得到的。

Lagrange定理的几何意义：在闭区间[a,b]上的曲线y=f(x)上至少存在一点P(ξ,f(ξ))，曲线在点P(ξ,f(ξ))的切线和连接曲线两端点的直线AB平行(如图2所示)。

紫外反射照相检验指印应用的另外一种作用原理是利用指印纹线物质与客体物质之间吸收可见光线和紫外线性质的差异来形成纹线与背景之间的高反差。如果在可见光线下呈现浅色调的两种物质中的一种在紫外线区变成强烈吸收性质，而另外一种物质没有改变吸收性质，则它们在紫外线照射下可能呈现出较大的亮度反差。各种客体由于组成成分不同对紫外线的发射和吸收存在很大的差异。

手印物质对紫外线的反射与吸收作用也不同，如汗液是由脊线汗液和皮线汗液组成，反射紫外线；血液是由血浆蛋白质、非蛋白含氮化合物、血糖、脂类物质、无机物、红细胞、白细胞、血小板组成，反射紫外线；唾液是由唾液酶、水分、抗体、蛋白质、无机物质、磷酸钙、碳酸纳、碳酸钙、磷酸镁和氯酸钾等所组成，反射紫外线；灰尘主要是由二氧化硅组成，反射紫外线；油类物质大部分对紫外线都是吸收的。紫外观察系统正是利用手印物质和客体对紫外线反射和吸收之间差异特点来发现和显现潜在手印。

2 利用紫外观察系统发现和显现手印

2.1 实验器材

紫外观察系统、载物台、数码照相机。

2.2 实验步骤与结果

对于非渗透性、半渗透性、渗透性客体分别操作。2.2.1 非渗透性光滑客体上手印显现

步骤：准备好手印物质和客体之后，清洁客体表面，受试者把下列各种手印物质分别在各种客体上：①玻璃；②彩色塑料袋；③瓷砖；④白色光滑皮革；⑤油漆木；⑥易拉罐；⑦硬塑料片（红、黄、蓝），正常压力捺印，制作出各种手印物质在各种客体上的手印样本待用，并且保证液体手印物质一定要适量，如果液体手印物质过量，捺印出来指纹就没有纹线。把手印样本放在载物台上，调好紫外观察系统，对手印样本对焦，并调整紫外灯的打光角度，紫外灯一般都是靠近客体小角度打光，以达到最佳效果，然后记录好实验数据，如表1所示。

表1 非渗透性光滑客体上各种手印物质遗留手印的显现效果

分析：由实验结果可知，此类表面光滑客体能强烈地吸收紫外线，当短波紫外线以一定的入射角照射到客体上时，一部分光线在表面被定向反射到反射方向上，客体表面在垂直方向上没有分量；另一部分折射到客体里面的光线被客体完全吸收，因此客体背景的垂直反射分量为零。而此类潜在指印成分对紫外线的反射性质是漫反射，因此指印纹线和背景就形成较大的反差，再加上除了油类物质组成成分是吸收紫外线的，所有油类物质手印显现出来的纹线都是暗纹线，其他手印物质形成的手印都是亮纹线。经过实验发现，用紫外观察系统显现非渗透性光滑客体上的指纹大部分显现效果都是很不错的。由表1可以知道玻璃上的汗液、化妆品、牛奶等手印物质捺印手印和瓷砖上的黄油手印物质捺印手印在紫外观察系统的显现效果是最好的。用紫外观察系统发现和显现玻璃和透明塑料片捺印双面手印时，短波紫外光只能照射客体表面的手印物质，无法穿透此类客体，因此双面指纹几乎互不干扰，指印就没有重叠的显现，能达到理想效果。在实验过程中发现紫外灯打光能清楚看清指纹。由于客体是非渗透性光滑客体，指纹纹线比其他客体指纹纹线清晰。塑料板上显现效果照片如图1所示。

图1

步骤：准备好手印物质在客体之后，清洁客体表面，受试者把下列各种手印物质分别在各种客体上：①PVC板；②铝合金板；③麻面皮革；④硬纸板；⑤彩色照片，正常压力捺印（注意：液体手印物质一定要适量，要是液体手印物质过量捺印出来指纹会没有纹线）。把客体放在载物台上，调整对焦，调整紫外灯的打光角度，以达到最佳效果，然后列好表格（表2）记录捺印手印在紫外观察系统的显现效果。

分析：此类表面半渗透性光滑客体吸收紫外线没有非渗透性光滑客体那么强烈，当短波紫外线以一定的入射角照射到客体上时，由于客体表面不是光滑的，所以大部分光线在表面形成漫反射；另一小部分折射到客体里面的光线被客体完全吸收。而此类潜在指印成分对紫外线的反射性质是漫反射，但背景漫反

表2 非渗透性半光滑客体上各种手印物质遗留手印的显现效果

射没有手印物质漫反射（油类物质是吸收紫外线）那样强烈，因此手印物质反射紫外线的指纹纹线和背景形成的反差没有非渗透性光滑客体上显现的反差大，显现效果没有非渗透性光滑客体指纹观察效果好，但非渗透性半光滑客体上油类手印物质的指纹显现效果比非渗透性光滑客体的指纹显现效果好，油类物质吸收紫外线，客体反射紫外线，形成比较大的反差。由表2可以知道油类手印物质在PVC板和铝合金上指纹显现效果非常好；化妆品在铝合金和彩色光滑照相纸上指纹显现效果非常清晰；血液在彩色光滑照相纸指纹显现效果也达到很理想效果。其他的显现效果一般。大部分油类手印物质在麻面客体上不能看清其显现效果，效果照片如图2所示。

图2

2.2.3 渗透客体及粘面客体手印显现

步骤：准备好手印物质和客体之后，清洁客体表面，受试者把下列各种手印物质分别在各种客体：①普通纸张；②本色木；③黑色橡胶；④纺织品（红色、棕色、粉红色、绿色）；⑤胶带粘面（透明胶带、黄色纸胶带），正常压力捺印（注意：液体手印物质一定要适量，特别是此类渗透性及粘面客体，要是液体手印物质过量捺印，指纹会没有纹线并被客体吸收）。把客体放在载物台上，调整对焦，调整紫外灯的打光角度，以达到最佳效果，然后列好表格（表3）记录捺印手印在紫外观察系统的显现效果。

表3 渗透客体及粘面客体上各种手印物质遗留手印的显现效果

分析：渗透客体表面比较粗糙对紫外线会发生强烈的漫反射，当短波紫外线以一定的入射角照射到客体上时，由于客体表面不是光滑的，那么大部分光线在表面形成漫反射，只有很小一部分折射到客体里面的光线被完全吸收。背景漫反射没有手印物质漫反射那样强烈，因此手印物质反射紫外线的指纹纹线和背景形成反差没有在非渗透性光滑客体和非渗透性半光滑客体上显现的反差大，所以渗透客体上手印显现效果不是很理想。胶带粘面强烈吸收紫外线并且表面平整光滑，而手印物质对紫外线有一定反射能力。在紫外线一定角度的照射下，胶带粘面由于吸收紫外线而没有内反射光，而胶带粘面较为平整光滑，所以表面反射光只出现在一定角度上，因此客体背景在垂直方向上反射分量为零。另一方面，手印纹线物质对紫外线的混合反射能力使其出现一定垂直反射分量，于是在紫外线反射照相中得到的手印纹线是以浅色调节器呈现在深色背景上的结果。由表3可以知道大部分胶带粘面手印的显现效果还是不错的，而其他渗透客体上手印物质显现效果一般。胶带粘面效果照片如图3所示。

图3

3 综合分析

紫外线观察系统发现和显现潜在手印是利用客体物质在紫外区的吸收性能与手印物质的吸收性能存在差异，使手印物质和客体背景之间的紫外区形成较大的亮度反差，从而清楚地显现出手印。在本实验中，非渗透性光滑客体表面较为光滑，在紫外线定向配光时，由于客体表面是定向径向，在垂直方向上没有分量，进入客体内部的光线由于客体在254nm短波紫外区域强烈吸收紫外线，所以没有内反射光，而客体上手印物质对短波紫外线性质是漫反射，吸收紫外线能力很小，所以在垂直方向上就形成亮度反差，从而显现出暗背景下的亮手印。如胶带粘面由于吸收紫外线而没有内反射光，而胶带粘面较为平整光滑，所以表面反射光只出现在一定角度上，因此客体背景在垂直方向上反射分量为零。手印纹线物质对紫外线的漫反射能力使其出现垂直方向反射光，于是在紫外线反射照相中得到手印纹线以浅色调呈现在深色背景上的结果；非渗透性客体表面一般情况下不很光滑，在紫外线定向配光时，由于客体表面的定向反射外还有一定漫反射，客体表面是定向反射和漫反射，手印物质对短波紫外线性质也是漫反射，两者对光的反射程度有所差异，从而显现出手印，但其反差不如非渗透性光滑客体的反差强，多出现灰暗背景上的亮手印；渗透性客体表面比较粗糙对紫外线会发生强烈的漫反射，当短波紫外线以一定的入射角照射到客体上时，大部分紫外光都发生漫反射，进入客体内部光线很少，而手印物质对紫外线也发生漫反射，所以形成的亮度反射不是很明显，有时几乎不能形成反差，通常难以显现手印。

利用紫外观察系统发现和显现潜在手印的效果，主要取决于手印承受客体表面及手印物质的物理性质，使用紫外观察系统显现观察手印的性质决定了其不受客体颜色等的干扰，扩大了手印显现的范围，同时还可以用于发现和显现潜在足迹。

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