弹着点射击残留物转印介质的比较研究

高梦林 沈 尧，* 李轶昳 苗翠英

(1. 中国人民公安大学 侦查学院，北京 100038；2.公安部物证鉴定中心，北京 100038)

在对涉枪案件调查中，现场快速化学显现方法是常用的调查方法之一。直接在遗留客体表面显现金属残留物会造成客体污染及破坏[1]，最早在1986年LEE等[2]提出了金属印迹转移显现方法，采用被润湿后的滤纸作为介质，转移并显现了皮肤表面左轮枪遗留印迹；2010年SZUMERA等[3]采用三嗪浸透的棉布转印了残留皮肤上的铁元素；2014年BLEAY等[4]使用黏合胶转印了皮肤上的金属沉积痕迹；近年来DENIS等[5]研究使用滤纸、相纸、黏性箔纸加上一层聚乙烯醇(PVAL)进行转印，在干燥和潮湿的手上进行实验并通过扫描电子显微镜/X射线能谱仪(SEM/EDX)进一步确认。CONSTANTIN等[6]进一步研究了PVAL方法，特别是减少其使用时间要求并简化其法证应用。

上述研究均转移皮肤上的GSR，而本文从新的角度研究转移弹着点的GSR，弹着点的GSR大多沉积在弹孔及周围被射客体表面，以弹孔边缘的黑环形式出现，转印介质的应用可将不便移动和带回的弹着点客体进行证据固定和临场快速显现，目前国内市面上没有专用的转印介质，且现场勘查条件有限，为此本文比较五种可作为转印介质的纸张，分别是BenchKote、相纸(230 g)、彩激纸(160 g)、白卡纸(260 g)和超滑纸(300 g)。弹头进入易碎的脆性表面时，客体通常不能很好地吸收GSR，但是某些织物会在不同程度上吸收或保留GSR。因此实验样本材料选择纺织品，并分两种枪型(QZS-92型 9 mm和5.8 mm口径)、6种射击距离和干湿两种条件下进行，且利用无损、快速的高光谱成像技术进行光学验证，通过分析和比较反射率说明转印介质的显现效果。

1 实验部分

1.1 枪支和距离

弹头有无铜披甲会造成弹着点GSR铜、铅元素的含量不同，因此实验选用枪支为有铜披甲QZS-92型 9 mm的枪支子弹，无铜披甲QZS-92型 5.8 mm口径的枪支子弹，因此对9 mm检材的弹孔进行验铜的化学显色；对5.8 mm检材弹孔进行验铅的化学显色。实验需要将影响GSR形成和沉积的各种因素进行标准化，以最大程度地减少整个实验过程中的污染。因此实验需要一人在关闭通风的室内射击场，在15、25、50 cm和1、3、5 m的6种距离进行所有射击，枪支在每次射击完都需要拆卸、请洗、润滑，枪管中的沉积物要完全排出。且每次取样都更换手套，防止交叉感染。

1.2 仪器与试剂

SHIS-N200可见光近红外凝视型高光谱成像仪(深圳市中达瑞和科技有限公司)，Canon6D佳能相机(佳能(中国)有限公司)，77 mm 佳能EF 24-105 mm f/4L IS USM镜头(佳能(中国)有限公司)，IrisCube Security StudioV1.10.00软件(深圳市中达瑞和科技有限公司)。

红氨酸的乙醇溶液(0.02 g/L)：0.1 g红氨酸用乙醇溶液定容至50 mL，混匀。

氨水(2+5)、醋酸溶液(30%)、饱和玫瑰红酸钠溶液、盐酸溶液(5%)、蜡纸、BenchKote(Whatman)、相纸(230 g)、彩激纸(160 g)、白卡纸(260 g)、超滑纸(300 g)。

1.3 实验方法

1.3.1 化学显色检验

铜离子的红氨酸化学显色法：将检材置于蜡纸上，用装有氨水(2+5)的小型喷雾器将转印介质适当大小部分的滤纸侧(转印介质有吸水性的一面)浸润；将5种纸喷湿的一面牢固地压在9 mm枪支射击检材的弹孔和邻近区域，保持接触约2 min，但不能使滤纸在被测表面上移动或滑动。用红色记号笔在转印介质另一塑料表面(即无吸水性一面)画出标记，用于处理完试纸的后续定位目的；用0.2%酒精红氨酸(DTO)试剂喷涂滤纸上，若弹孔边缘出现深绿灰色的环，则确认DTO试剂与已知的铜转移残留物发生了反应，然后对结果进行彩色照相[7]。

铅离子的玫瑰红酸钠化学显色法：传统方法使用酒石酸作为缓冲液[7]，本文根据现场条件改进实验试剂，应用醋酸溶液进行，并经大量实验得出30%的浓度转印效果良好且基本稳定；用上述相同的操作方法在5.8 mm口径枪支的检材上操作；用玫瑰红酸钠试剂喷涂滤纸侧，若弹孔边缘出现玫红色，则确认玫瑰红酸钠试剂与已知的铅转移残留物发生了反应，然后对结果进行彩色照相。再在玫红色的显色区域喷5%的盐酸，粉红色变为蓝紫色证明确是由铅存在引起的显色反应。

为探讨检材湿度条件对提取效果的影响，本实验共取样4次。第1次提取在检材潮湿状态下立即进行第2次，当检材全部晾干后进行第3次，第3次提取后在检材潮湿状态下立即进行第4次提取。取样及实验情况如表1所示(其中，9 mm口径验铜108次，5.8 mm口径验铅64次，共172次)。

表1 取样及实验情况

1.3.2 高光谱成像仪分析

GSR的检测分析此前多用原子吸收光谱法[8-9]、扫描电子显微镜-X射线能谱法[10-11]、电感耦合等离子体质谱法等[12]，侧重于分析光谱数据。本文所用仪器是覆盖可见光到近红外450～950 nm的光波范围，能同时分析物体的图像信息和光谱数据，其无损、非接触的特点弥补了传统的光谱分析技术的不足[13]，高光谱成像仪及分析系统组成如图1所示。将验铜和验铅显现后的转印介质在高光谱下观察，分别在空白处和有显色反应区域选取点，获取反射率曲线如图2所示。

图1 高光谱成像仪及分析系统Figure 1 Hyperspectral imager and analysis system.

图2 验铅显现后550 nm波段图像及光谱曲线图Figure 2 550 nm band image and spectrum curve after lead inspection.

2 结果与讨论

2.1 波长的选择

物质对光的吸收程度随光的波长不同而变化，吸收度最大处的波长叫做最大吸收波长。不同浓度的物质，吸收曲线相似，最大吸收波长不变。铜离子和红氨酸的络合物以及铅离子和玫瑰红酸钠形成的络合物分别在650 nm左右和550 nm 左右反射率最低即光的吸收程度最大，与空白处的反射率差值最大，得到的图像最清晰，如图3～5所示，因此选择最大吸收波长650 nm和550 nm处的图像进行转印介质的显色效果比较。

(a)验铜；(b)验铅图3 不同波段显色的高光谱图像Figure 3 Hyperspectral images of different bands.

(a)450 nm；(b)650 nm；(c)750 nm；(d)900 nm图4 不同波段验铜显色的高光谱图像Figure 4 Hyperspectral images of different bands for copper inspection.

(a)450 nm；(b) 650 nm；(c) 750 nm；(d)900 nm图5 不同波段验铅显色的高光谱图像Figure 5 Hyperspectral images of different bands for lead inspection.

2.2 不同转印介质比较

针对不同距离下不同转印介质的化学显色、图像采集，高光谱图像扫描分析，比较结果如表2所示，五种转印介质在转印效果、操作性、干湿影响、试剂消耗和成本方面有较明显区别。

表2 不同转印介质实验结果

2.2.1 转印效果比较

根据化学显色和高光谱成像说明多数渗透性客体均可较好地实现金属离子的转移，如图6、7所示。具体转印提取GSR效果可以总结为：BenchKote>彩激纸(160 g)>超滑纸(300 g)>白卡纸(260 g)>相纸(230 g)，分析转印效果的差异是由于不同材质表面粗糙程度差异，导致离子的物理转移效果不同，与转印纸张的单位克数无关。

(a)BenchKote；(b)彩激纸；(c)超滑纸；(d)白卡纸；(e)相纸图6 五种转印介质对9 mm口径射程50 cm弹迹提取铜离子1次的相机拍摄图Figure 6 The camera shots of five kinds of transfer media extracting copper ions 1 times from 9 mm caliber and 50 cm shooting distance.

(a)BenchKote；(b)彩激纸；(c)超滑纸；(d)白卡纸；(e)相纸图7 五种转印介质对9 mm口径射程50 cm弹迹提取铜离子1次的650 nm波段高光谱图Figure 7 The 650 nm band hyperspectral images of five kinds of transfer medias extracting copper ions 1 times from 9 mm caliber and 50 cm shooting distance.

2.2.2 操作性及成本比较

转印介质在浸湿后边缘容易卷翘，从而导致与检材贴合度不够，因此，在实际操作时会造成不便。相纸扩散性强、浸湿速度快，操作时贴合较好；白卡纸浸湿后纸张容易褶皱；克重较大的超滑纸浸湿的难度比其他纸更大些，因此需要喷的缓冲液更多，相对试剂消耗多且喷了试剂后应等待一段时间，使水完全渗透，所需时间成本稍长；BenchKote在国外应用较多，虽转印效果好，但价格高且不易买到，综合上述条件，彩激纸为最佳选择。

2.3 同一转印介质提取次数及影响因素

9 mm口径的6种距离提取铜时，转印介质在金属离子少的情况下，即转印第3、4次时，检材湿度条件对提取效果均有影响，第3次和第4次分别在干燥和潮湿状态提取，第4次效果更佳如图8、9所示。5.8 mm口径的枪支在15 cm的距离提取铅时，最多可以提取4次，如图10、11所示，而距离增加后最多可提取2次。

9 mm口径 5 m检材彩激纸(160 g)图8 4次提取的验铜显现效果相机拍摄图Figure 8 The camera shots of copper test effect after 4 times extractions.

9 mm口径 5 m检材 彩激纸(160 g)图9 4次提取验铜显现效果650 nm波段处高光谱图Figure 9 The 650 nm band Hyperspectral images of copper test effect after 4 times extractions.

5.8 mm口径15 cm检材 彩激纸(160 g)图10 4次提取后验铅显现效果相机拍摄图Figure 10 The camera shots of lead test effect after 4 times extractions.

5.8 mm口径15 cm检材 彩激纸(160 g)图11 4次提取后验铅显现效果550 nm对应高光谱图Figure 11 The 550 nm band Hyperspectral images of lead test effect after 4 times extractions.

分析上述现象，由于铜来自于披甲和弹壳而铅离子是来源于底火的击发剂史蒂酚酸铅和弹头，因此GSR中铅含量较少且多为离子状态，受检材湿度影响不大；铜含量较多且多为熔融状态，在较长时间的湿度条件下才能被充分溶解，且经多次提取后含量减少显色效果肉眼观察不明显，而高光谱成像仪则起到了显著的图像增强效果，因此在潮湿条件下结合高光谱成像仪的观察可增加提取次数，降低提取难度。另外还可根据该法铅离子的提取次数大致推断5.8 mm口径枪支的射击距离在15 cm之内或之外。

2.4 高光谱反射率曲线分析

验铜显色反应的络合物浓度越高，光的吸收率越高即反射率越低，如图12(f)曲线1的650 nm波长处的反射率小于12(f)的曲线3，而空白处在650 nm波长处的反射率基本为0.9，比较在波长650 nm处络合物的谱线与空白处谱线差值，当两处差值越大，即显色效果越好，说明提取效果越佳。对比图12(e)中曲线1与曲线3和图12(f)中曲线1与曲线4的650 nm波长处反射率的差，可知图12(f)的反射率差更大，即图12(f)对应的第4次潮湿状态提取效果更佳，以此为比较依据，验证了湿度条件确实对转印效果有影响。

(a)第3次提取，干燥状态；(b)第4次提取，潮湿状态图12 口径9 mm射程1 m相纸提取铜离子后650 nm波段验铜图像及光谱曲线Figure 12 The 650 nm band Hperspectral images and spectral curves of photo paper extracting copper ions from 9 mm caliber and 50 cm shooting distance.

3 结论

化学显色方法可以同时检测和可视化GSR的分布，随后通过高光谱成像仪获得反射率谱图进行验证性分析，本文在转印效果、光谱分析质量、操作性、试剂消耗、成本等方面研究了提取纺织品上潜在GSR的五种转印介质，综合上述条件彩激纸是最佳选择；通过改进化验铅缓冲液以及探索干湿因素和提取次数，为临场快速显现、多次提取开辟了新的视角，另外探索了化学显色与高光谱仪器分析的联用方法。在前期的弹着点痕迹现场勘查阶段，侦查人员可运用转印介质在不破坏潜在痕迹物证的前提下快速、高效、完整地固定证据，在后期的射击残留物实验室检验阶段，运用化学显色后可依据反射率谱图分析枪支种类、射击距离、还原现场等。