现场手印显现的加湿装置研究＊

朱东祯，温绍超，孙明正，王冠楠，刘凡磊，薛 静

（1.德州市公安局物证鉴定研究中心，山东 德州253000；2.公安部物证鉴定中心，北京100038）

1 前言

刑事案件现场出现遗留时间较长的陈旧手印的概率较高。手印物质主要由汗液跟污垢组成，其中汗液的主要成分有水、无机盐、有机物。手印遗留时间长或遗留在干燥环境，其水分容易蒸发，降低了对粉末的吸附力，从而使陈旧手印难以被提取。传统现场勘验过程中一般采用“哈气法”对干燥的汗液手印进行处理，此方法具有简单、快速、效果明显等优点，但是其污染DNA 的弊端也是极其致命的。本课题希望研发出应用于现场勘验的加湿效果至少达到与哈气法相同效果的加湿装置。

2 原理探究

哈气法主要是针对非渗透性客体上遗留的汗液手印或者灰尘手印，非渗透性客体上遗留的手印主要成分是水、无机盐、有机物等物质，在遇到高于环境温度的水蒸气时其吸水性与客体本身存在差异且水蒸气在手印上与客体上的液化速度不同，而哈气的温度往往高于环境温度且湿度很大，所以非渗透性客体上遗留的手印在遇到哈气时会得到很好显现。所以要解决两个问题，即产生水蒸气以及使水蒸气温度高于环境温度。

3 市场调查

现有的成熟的水的气化方法主要有超声波雾化、电极雾化、干蒸汽雾化、空气压缩雾化、红外线雾化以及湿膜气化等，主要产品有各类加湿器、雾化器以及挂烫机等。

因最终目标要求体积要小且便携，注定功率不宜过大，首先排除挂烫机、干蒸汽雾化器这一类功率、体积均较大的设备所用原理，随后购买了多种便携式空气加湿器进行下一步实验。使水蒸气的温度高于环境温度，有两条思路：①直接加热水，然后雾化热水产生高温水蒸气；②加热雾化后的水蒸气。市面上较成熟的加热方式，主要有加热片或加热棒加热、微波加热以及电热膜加热。考虑到无论采用哪种加热方式去加热已经雾化的水蒸气均需要较大的功率以及能耗，明显不符合便携等要求，因此采用第一条思路来进行下一步实验。

表1 超声波雾化方式下，遗留在玻璃上的陈旧手印的显现速度

4 实际验证

因采用思路①进行实验，暂时略过加热这一步骤，直接将热水加入雾化器进行实验，选用体积较小的雾化器进行实验，并选取两种效果较好的一种进一步论证。

室温为20 ℃时，分别将高于环境温度10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃（最高不得超过95 ℃）的水加入雾化器，分别对遗留在玻璃、铝合金、涂漆的木板上遗留时间为3 个月、半年、一年的陈旧手印进行实验，对其显现速度进行对比。实验结果如表1、表2、表3 所示。

4.1 超声波雾化器

4.1.1 玻璃

超声波雾化方式下，遗留在玻璃上的陈旧手印的显现速度如表1 所示。

4.1.2 铝合金

超声波雾化方式下，遗留在铝合金上的陈旧手印的显现速度如表2 所示。

表2 超声波雾化方式下，遗留在铝合金上的陈旧手印的显现速度

4.1.3 涂漆的木板

超声波雾化方式下，遗留在涂漆的木板上的陈旧手印的显现速度如表3 所示。

表3 超声波雾化方式下，遗留在涂漆的木板上的陈旧手印的显现速度

经过一轮实验发现，利用以上参数均能成功显现手印并不破坏DNA 检出，但在实验过程中也发现一些问题。首先温度越高显现速度越快，但在持续喷雾的情况下温度越高手印模糊速度越快，在水温高于室温30 ℃的情况下，持续喷雾5 s，手印上会形成大颗粒水滴纹线开始模糊，持续喷雾10 s 手印手印基本化作一摊水渍失去价值。与人体哈气直接进行对照实验发现，人体哈气不存在上述情况，减小喷雾量后以上情况发生的时间会延长但仍然存在，且显现速度会变慢。实验数据表明，虽然能达到一定效果，但不理想。

4.2 空气压缩雾化器

空气压缩雾化方式下，遗留在玻璃、铝合金、涂漆的木板上的陈旧手印的显现速度如表4、表5、表6 所示。

4.2.1 玻璃

空气压缩雾化方式下，遗留在玻璃上的陈旧手印的显现速度如表4 所示。

表4 空气压缩雾化方式下，遗留在玻璃上的陈旧手印的显现速度

4.2.2 铝合金

空气压缩雾化方式下，遗留在铝合金上的陈旧手印的显现速度如表5 所示。

4.2.3 涂漆的木板

空气压缩雾化方式下，遗留在涂漆的木板上的陈旧手印的显现速度如表6 所示。经过一轮实验发现空气压缩雾化方式所产生的效果与超声波雾化方式产生的效果基本一致，但空气压缩雾化器相对超声波雾化器能耗、体积更大。

表5 空气压缩雾化方式下，遗留在铝合金上的陈旧手印的显现速度

表6 空气压缩雾化方式下，遗留在涂漆的木板上的陈旧手印的显现速度

5 进一步探究与验证

经过实验发现，利用各种加湿器大部分都能显现出光滑非渗透性客体上遗留的陈旧手印，且对DNA 检出没有影响，但是显现的手印比较粗糙，不如哈气显现出的手印细腻，造成部分细节特征缺失。

对人体哈气原理进行进一步探究，人体的肺部产生蒸汽主要是因为大量的肺泡加大了水与空气的接触面积，而呼吸动作则加大了空气的流通量，从而极大加快了水蒸气的产生。

为了更好实现手印加湿装置的所要达到的目标，对人体产生水蒸气的过程进行了模拟。首先在储水罐中加入吸水棉扩大水与空气的接触面积，并将水加热；其次通过风扇将大量空气吹到吸水棉上；最后将所产生的水蒸气通过蒸汽导出管吹到手印上。实验结果如表7、表8、表9 所示。

5.1 玻璃

模拟人体产生水蒸气的过程中，遗留在玻璃上的陈旧手印的显现速度如表7 所示。

表7 模拟人体产生水蒸气的过程中，遗留在玻璃上的陈旧手印的显现速度

5.2 铝合金

模拟人体产生水蒸气的过程中，遗留在铝合金上的陈旧手印的显现速度如表8 所示。

5.3 涂漆的木板

模拟人体产生水蒸气的过程中，遗留在涂漆的木板上的陈旧手印的显现速度如表9 所示。

通过实验发现，采用此种方式相对于其他雾化方式所达到的效果更接近人哈气的效果，显现的手印更细腻清晰，在任何温度下吹气5 s 手印不会因形成大颗粒水滴变模糊，对DNA 无损害、无污染，可以达到预期效果。

表8 模拟人体产生水蒸气的过程中，遗留在铝合金上的陈旧手印的显现速度

表9 模拟人体产生水蒸气的过程中，遗留在涂漆的木板上的陈旧手印的显现速度

同时使用直接加热水、用交流电加热以及依靠电池加热三种方式，可以根据不同情况采取不同的加热方式，且均能达到预期效果。

6 产品定型

6.1 产品改进

对市面上相似功能的设备进行调查，发现这些设备均存在体积大、能耗高、质量大、价格高等弊端，所以在产品定型过程中充分考虑相关因素并做出了如下改进。

6.1.1 减小体积

电路板缩小了体积，减小设备厚度；大电流固态继电器更换为体积更小的继电器；减小储水罐与外壁的间隙使其整体变细；减小了蒸汽导出管体积。

6.1.2 其他改进

装置前端增加白光照明光源：灯光方向与出雾方向相同，距离物证15～20 cm，光斑直径5～10 cm。储水罐侧面增加透明窗从而观察水量变化。储水罐顶部加装蝶阀，保证密封性。储水罐的材质由铝合金变为聚氨酯材料，保温隔热。陶瓷加热片变为加热棒（以前陶瓷加热片加热铝合金储水盒来间接加热水），加热棒直接放到水里，增加了加热效率。在达到相同效果的情况下，尽量采用价格相对低廉的材料，严格控制成本。

6.2 成型产品主要技术参数

温度设定范围为30～95 ℃。温度设定精度为0.1 ℃。储水罐容量为100 mL。加热方式为12 V 直流加热及220 V交流加热。加热功率为12 V、40 W，220 V、150 W。电池容量为12.6 V、3 400 mAh。电池续航时间（连续加热时间）为1.2 h。电池充满电时间为1.5 h。从30 ℃加热至80 ℃时间：12 V 加热用时20 min，220 V 加热用时6 min。设备质量为1.2 kg。

6.3 产品图纸及成品图片

产品图纸及成品图片如图1、图2 所示。

图1 产品图纸

图2 产品成品图片

7 成品效果检验

将设备做出样品后进行了产品的效果检验，利用这一装备对玻璃、铝合金以及光滑涂漆的木板面上的遗留时间为三个月、半年、一年的手印进行显现，显现效果良好，纹线细腻、清晰且短时间内不会破坏指纹结构，DNA 均能检出且无污染，综合效果超出哈气法。木板、铝合金以及玻璃上的指纹显现效果图分别如图3、图4、图5 所示。

图3 木板上的指纹显现效果图

图4 铝合金上的指纹显现效果图

图5 玻璃上的指纹显现效果图