基于均匀试验法的靶向指纹铝微粒悬浮液

张忠良 于超越 张丽梅 穆安冬

（中国刑事警察学院痕迹检验技术系 辽宁 沈阳 110035）

1 引言

铝粉（俗称“银粉”）为粒度在几十微米的鳞片状粒子，其片径与厚度的比例大约为（40∶1）-（100∶1），是传统的金属颜料，长期或反复暴露会使肺组织产生纤维化。铝粉具有银白色光泽，表面光洁，能反射大部分可见光、紫外光和红外光，吸水性和附着性很强，性能稳定保质期长，是传统的指纹显现粉末。众多的铝粉互相连接，大小粒子相互填补形成连续的金属膜，遮盖了指纹物质，又反射涂膜外的光线，使得铝粉具有特有的遮盖力，适用于显现多种非渗透客体上的汗潜指纹。但是此方法在操作时易扬尘，颗粒漂浮进入呼吸道，对操作人员有一定的毒副作用[1]，并且在铝粉刷显指纹时，蘸取粉末过多易“糊”，也不适用于潮湿、粗糙或粘性客体表面上指纹的显现。鉴于此，本文在预实验的基础上，利用新型表面活性剂，采用均匀试验设计法，结合铝粉和小颗粒悬浮液的优势，研制了一种配方优化的新型靶向指纹铝微悬浮液[2-4]，此悬浮液适用客体更加广泛，基本不受环境因素的影响，具有吸附力大，反差强的特点，克服了铝粉显现法的弊端，使其焕发了新的生命力，易于在现场勘查中推广使用。

2 材料与方法

2.1 试剂与仪器

铝粉（800目，北京芬格尔安科技有限责任公司），新型表面活性剂（上海英鹤化工有限公司），蒸馏水（上海国药集团有限公司）；SH-4型双显加热磁力搅拌器（上海精凿科技有限公司），PL-203电子天平（梅特勒-托利多仪器有限公司），佳能EOS-500D数码相机。

2.2 样本指纹的制作

随机选取10名志愿者，用肥皂洗净双手后静置30min，然后在塑料片上分别捺印3组指纹，每组指纹物质条件相同，每组8枚。利用上述样本指纹进行均匀试验法实验。

2.3 评价指标的评分标准

利用软件IBM SPSS Statistics 20进行因子分析，得出各个考察指标的权重，进而计算得到考察指标的总归一化值，评分标准如表1所示。

表1 评分标准

3 结果与讨论

3.1 均匀试验设计[5-6]

用均匀设计法进行试验设计时要选用合适的均匀试验设计表，即考虑选取的均匀试验表能否容纳考察的变量数及水平数，以及试验次数能否满足回归数学模型的分析要求。

本文在预实验的基础上，确定以纹线连贯性（Y1）、纹线清晰度（Y2）、背景染色（Y3）、整体反差（Y4）为考察指标；以铝粉用量（X1）、新型表面活性剂用量（X2）、搅拌温度（X3）、转速（X4）为影响因素。按照U8（85）表设计试验，实验结果如表2～4所示。

表2 新型小颗粒悬浮液均匀试验设计表

表3 评价指标分值

表4 SPSS因子分析结果

由上述实验数据可知，可用因子分析计算权重，即纹线连贯性指标权重0.205，纹线清晰度指标权重0.338，背景染色指标权重0.122，整体反差指标权重0.335，即加权综合分值=纹线连贯性指标（总值）×0.205+纹线清晰度指标（总值）×0.338+背景染色指标（总值）×0.122+整体反差指标（总值）×0.335。综合试验设计与结果见表5。

表5 均匀试验设计及结果

由于均匀试验设计无整齐可比性，那么分析实验结果不可以采用方差分析法，宜采用直观分析法和回归分析法分析。

3.2 结果分析[6-7]

3.2.1 直观分析法

直观分析法是指从所做实验数据中选择考察指标最好的一组实验点。由于均匀试验设计中的实验点充分均匀分布，因此，最优的实验点距离最优配方很接近。大量实际应用证明，它是非常有效的方法。从表5均匀试验设计及结果可以看出，第6组的指纹显现效果评分最高，即对于本实验而言，当铝粉用量为5.5g，新型表面活性剂用量为0.75mL，温度为75℃，搅拌速度为450rpm时，显现效果最好。

3.2.2 回归分析法[7]

利用SPSS20.0软件对纹线连贯性、纹线清晰度、背景染色、整体反差等考察指标和各因素进行回归分析，通过回归分析找到指标和因素之间的关系和更好的配方条件。利用SPSS20.0逐步回归法对实验数据进行回归分析，得到表6～8及图1。

表6 模型汇总

表7 Anova表

表8 回归系数表

根据以上回归分析结果可得，模型1（预测变量为铝粉、常量）和模型2（铝粉、表面活性剂、常量）都可以对实验数据进行线性回归拟合，模型2的线性回归拟合效果更好，模型2的R方为0.841，且sig.＜0.05，VIF＜2，变量间不存在共线性。如图1显示，数据基本分布在一条直线附近，说明模型试验值和预测值误差较小。

图1 回归标准化残差的标准P-P

因此选择模型2，得到模型2的回归方程为Y=7.154+1.232X1-2.493X2。由表8可知，铝粉的标准系数是0.919，表面活性剂的标准系数是-0.484，表明铝粉对显现效果的影响要比新型表面活性剂大，且一定实验范围内，铝粉用量和小颗粒悬浮液显现效果成正相关，即随着铝粉用量加大，配制出的小颗粒悬浮液显现效果越好；新型表面活性剂和小颗粒悬浮液显现效果成负相关，即随着新型表面活性剂用量加大，小颗粒悬浮液的显现效果变差；温度和转速两个变量对显现效果的影响显著性不大。

综上所述，可得到最接近最优点的实验组合，即新型小颗粒悬浮液参数优选为铝粉用量5.5g，新型表面活性剂0.75mL，搅拌温度75℃，转速450rpm，蒸馏水100mL，同时明确了各影响因素对实验结果的影响程度及变化趋势。

3.3 实验验证

用同一手指在不同客体（塑料片、玻璃片、瓷砖、皮革、铝箔、黑色垃圾袋）上捺印，每个客体一分为二，各留有二分之一指纹。选取基于铝粉的新型小颗粒悬浮液和传统的指纹显现粉末铝粉在不同客体上显现指纹进行比较见图2，左侧二分之一指纹是采用新型小颗粒悬浮液显现，右侧二分之一指纹是采用铝粉显现。

由图2可得，同铝粉相比较，基于铝粉的新型小颗粒悬浮液显现效果较好，在不同客体上显现无背景染色或轻微背景染色，整体反差较大，纹线连贯清晰；同时，两者相比而言，后者显现过程中操作简单，无粉尘漂浮，附着力较强。用该新型小颗粒悬浮液显现汗潜指纹，操作方便快捷，弥补了铝粉易扬尘、吸入人体有害的不足，且显现过程也不会破坏指纹纹线，附着性强，显现效果好，在不同客体上无背景染色或轻微的背景染色，整体反差大，纹线清晰连贯，具有较高的应用价值。

图2 新型小颗粒悬浮液显现法与银粉显现法的显现效果比较

4 结论

均匀试验法在优选配方方面得到广泛应用，尤其适用于多因素多水平的实验研究。利用均匀试验法并进行回归分析，不但对配比量进行了优选，同时明确了各影响因素对实验结果的影响程度及变化趋势。本实验中，在一定实验范围内，铝粉对显现效果的影响要比新型表面活性剂大，铝粉用量和小颗粒悬浮液显现效果成正相关，新型表面活性剂和小颗粒悬浮液显现效果成负相关，温度和转速两个变量对显现效果的影响显著性不大。