LaF3∶Eu,Tb荧光纳米粉末的制备及其在手印显现中的应用

LaF3∶Eu,Tb荧光纳米粉末的制备及其在手印显现中的应用

王猛

（中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035）

采用水热法合成出具有较高荧光强度、较小颗粒粒径的LaF3∶Eu,Tb荧光纳米粉末。通过透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、荧光光谱（FS） 对纳米荧光粉末的粒径形貌、晶体结构、荧光性能进行表征。最终将纳米荧光粉末成功应用于一系列光滑客体表面汗潜手印的粉末法显现。经LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末显现的手印在254nm紫外灯照射下能够发射出明亮的黄色荧光，纹线清晰连贯、细节特征明显，具有较高的鉴定价值。

手印显现 纳米粉末 汗潜手印 荧光

1 引言

稀土纳米荧光材料是近些年来发展十分迅速的一种新型纳米材料，它具有发光强度高、光稳定性能好、发光颜色可调、毒性伤害小等一系列优点，为手印显现技术提供了一条崭新的思路。本研究将纳米技术与手印显现技术相结合，把LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末应用到潜在手印显现技术中，实现对传统粉末显现法的改进，旨在提高传统显现方法的对比度和灵敏度，降低显现的背景干扰。

2 实验部分

2.1 实验器材及药品

分析天平、恒温烘箱、水热合成反应釜、高速离心机、磁力搅拌器、数码单反相机、翻拍架、暗箱式紫外分析仪、指纹毛刷。

氧化镧（99.99%）、氧化铕（99.99%）、氧化铽（99.99%）、浓硝酸（优级纯）、氟化氢铵（分析纯）、乙二醇（分析纯）、无水乙醇（分析纯），以上化学试剂购自国药集团化学试剂有限公司（沈阳）。实验中使用的水为自制去离子水。

2.2 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末的制备

将氧化镧、氧化铕、氧化铽按照一定比例混合，向该混合物中加入适量浓硝酸，使氧化物溶解，蒸干多余硝酸，得到白色硝酸盐粉末。向该粉末中加入适量水和乙二醇，使粉末溶解，形成混合物A。将氟化氢铵溶解于适量水中，形成混合物B。在电动搅拌下，将混合物B缓慢滴入到混合物A中。然后，将反应体系转移到水热合成反应釜中，密封，在150℃下反应数小时。反应完毕，将水热合成反应釜自然冷却至室温。开封，向产物中加入无水乙醇，离心、用水洗涤沉淀数次。沉淀在恒温烘箱中干燥，最终得到LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末。

2.3 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末的表征

采用TECNAI20型透射电子显微镜（TEM，美国FEI公司）观察纳米粉末的粒径形貌；采用X’Pert Pro型多晶X射线衍射仪（XRD，荷兰PANalytical公司） 表征纳米粉末的晶体结构；采用LS-55型荧光光谱仪（FS，美国Perkin Elmer公司）检测纳米粉末的荧光性能。

2.4 手印样本制作

将手洗干净后自然晾干，在客体表面按捺一枚新鲜的汗潜手印，待用。

2.5 手印显现

用指纹毛刷蘸取少量LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末，沿着垂直物面从下向上扫动，当发现手印纹线后，弹掉毛刷上的粉末，然后顺着纹线的流向刷显至纹线清晰为止。将显出的手印样品置于254nm暗箱式紫外分析仪中观察、拍照记录，再用指纹胶带纸提取固定。

3 结果与讨论

3.1 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末的表征

LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末的TEM照片如图1所示，该纳米荧光粉末的微观形貌为球形，分散性良好，颗粒大小均一。经测量，纳米颗粒的平均粒径约为10nm，其粒径完全可以满足手印显现的需要。

图1 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末的TEM照片

LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末的XRD谱图如图2a所示，该衍射峰所对应的晶体结构为六方 LaF3晶型（JCPDS No.76-0510），并且衍射峰的位置和强度与标准谱图（图2b）一致匹配，说明该纳米荧光粉末具有较高的结晶度。

图2 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末的XRD谱图

LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末在254nm紫外光激发下的荧光发射光谱如图3所示，发射光谱中出现四个较尖锐的发射峰，为Eu3+离子和Tb3+离子的特有发射峰。从图3插图中可以看出，该纳米荧光粉末在254nm紫外光激发下可以发射出明亮的黄色荧光，其荧光强度完全可以满足手印显现的需要。

图3 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末的FS谱图

3.2 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末用于手印显现

实验首先考察LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末对常见光滑非渗透性客体表面汗潜手印的显现效果。如图4所示，使用LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末对玻璃、瓷砖、塑料片等光滑非渗透性客体表面的汗潜手印进行显现，并通过254nm紫外灯照射观察，可以观察到手印乳突纹线部位产生了明亮的黄色荧光，对比度强烈、纹线清晰连贯、细节特征明显，显现效果较好。

图4 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末显现常见光滑非渗透性客体表面汗潜手印照片

实验继续考察LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末对常见金属客体表面汗潜手印的显现效果。如图5所示，使用LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末对不锈钢、铝合金、铝箔片等光滑金属客体表面的汗潜手印进行显现，并通过254nm紫外灯照射观察，其显现效果较好。

图5 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末显现光滑金属客体表面汗潜手印照片

实验又考察了LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末对常见油漆物质客体表面汗潜手印的显现效果。如图6所示，使用LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末对复合地板、油漆木等光滑油漆物质客体表面的汗潜手印进行显现，并通过254nm紫外灯照射观察，显现效果较好。

图6 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末显现光滑油漆物质客体表面汗潜手印照片

实验还考察了LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末对常见大理石客体表面汗潜手印的显现效果，验证某些大理石的背景花纹是否能够对手印显现造成干扰。如图7所示，使用LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末对具有不同花纹的大理石客体表面汗潜手印进行显现，并通过254nm紫外灯照射观察，其显现效果较好。对于表面具有花纹图案的大理石客体（图7a），其显现效果没有受到背景花纹的影响（图7b），说明该纳米荧光粉末的荧光强度足够强，完全可以克服背景颜色及背景花纹所带来的干扰。

图7 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末显现大理石客体表面汗潜手印照片

实验进一步考察了LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末对常见塑料客体表面汗潜手印的显现效果，验证某些客体所产生的背景荧光是否能够对手印显现造成干扰。如图8所示，使用LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末对具有不同图案的塑料卡片客体表面汗潜手印进行显现，并通过254nm紫外灯照射观察，其显现效果较好。对于表面具有不同图案颜色并能够产生自体荧光的塑料卡片客体，其显现效果基本没有受到图案颜色和自体荧光的影响，说明该纳米荧光粉末的荧光强度足够强，基本可以克服图案颜色及背景荧光所带来的干扰，保证了手印显现的高灵敏度。

本实验尝试了某些渗透性纸张客体表面新鲜汗潜手印的显现，显现结果如图9所示。使用LaF3∶Eu, Tb纳米荧光粉末对具有图案颜色和自体荧光的火车票以及便笺纸表面汗潜手印进行显现，并通过254nm紫外灯照射观察，其显现效果较为理想。说明该纳米荧光粉末对于某些渗透性客体表面新鲜汗潜手印的显现具备一定的优势。另外，对于表面有图案颜色和强烈自体荧光的纸张客体，显现效果基本没有受到图案颜色和自体荧光的影响，说明该纳米荧光粉末的荧光强度足够强，基本可以克服图案颜色和背景荧光所带来的干扰，保证了手印显现的高灵敏度。

图8 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末显现塑料客体表面汗潜手印照片

图9 LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末显现纸张表面汗潜手印照片

4 结论

采用水热法制备出了粒径尺度约为10nm的LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末，该纳米荧光粉末在254nm紫外光激发下能够发射出较强的黄色荧光。利用透射电子显微镜、X射线衍射、荧光光谱等表征手段对该纳米荧光粉末的粒径形貌、晶体结构、荧光强度等进行了表征。将LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末用于常见光滑非渗透性客体以及某些渗透性客体表面汗潜手印的粉末法显现。实验结果表明，使用LaF3∶Eu,Tb纳米荧光粉末显现出的手印具有纹线清晰连贯、细节特征明显、背景图案颜色干扰低、背景自体荧光干扰低等优点，能够实现手印的高对比度及高灵敏度显现。

[1]Sodhi G.S.， Kau r J.Powder Method for Detecting Latent Fingrprints∶a Review[J].Forensic Sci. Int，2001，120：172-176.

[2]ChoiM.J.，McDonagh A.M.，MaynardP.，et al.Metal-ContainingNanoparticlesand Nano-Structured Particles in Fingermark Detection[J].Forensic Sci.Int，2008，179：87-97.

（责任编辑：孟凡骞）

D918.91

A

2095-7939(2015)02-0056-03

2015-03-16

国家自然科学基金项目（编号：21205139）；辽宁省高等学校优秀人才支持计划（编号：LJQ2014130）；公安部应用创新计划项目（编号：2012YYCXXJXY127）；公安部科技强警基础工作专项项目（编号：2014GABJC033）；东穗科技创新基金项目（编号：2014-7）。

王猛（1983-），男，吉林省吉林市人，中国刑警学院痕迹检验技术系副教授，博士，主要从事痕迹检验鉴定研究。