有色布料上尿斑的激光检验

陈 壮， 郝丁成

(1.甘肃政法大学， 甘肃兰州 730070; 2.甘肃省兰州市公安局西固分局， 甘肃兰州 730060)

0 引言

尿斑是一种含有DNA信息的常见物证之一[1-2]，常附着于衣裤、纸张等客体上，尿斑的发现将对侦查破案有着极为重要的影响。在公安工作中，对精液、血液、唾液、汗液等人体体液的寻找与发现有着较为系统的研究[3-5]，但利用光学无损方法有效快速地检验有色布料上的尿斑尚缺乏较为深入的研究。

激光具有激发照明强度大，光辐射方向和能量高度集中的特点，能够输出不含杂光的单一波长高强度色光。在现场勘查和检验鉴定中，激光能够有效地提高物质探测灵敏度，常被用于寻找难以发现的物证，如唾液、精斑、血液、书写文字等[6-10]。

日常生活中，服饰、毛巾等家居用品主要由有色布料制作而成，常见的布料原材料有棉、麻、丝、毛、皮、化纤等[11]，在布质家居用品的穿着或使用中，尿液往往会附着在这些布料上形成尿斑。在前期实验研究中，笔者发现使用光辐射能量相对较弱的多波段光源作为激发光很难显现有色布料上的尿斑痕迹，因此改用能量更高的激光进行检验，使用波长为405 nm紫光、445 nm蓝光和520 nm绿光的LD02电筒式激光物证发现仪，结合ST- 2999EMUVR超宽光谱现场物证搜索摄录系统，选择490 nm、515 nm等8种不同波段的吸收滤光镜，对遗留有尿斑的棉布、麻布、涤纶、人造丝绸和绒布这5种类型多种颜色的布料进行激光检验，证明了激光检验尿斑的可行性，并分析影响激光检验效果的因素。

1 实验部分

1.1 实验原理

尿液由多种成分组成，除了含有大量的水之外，还含有微量的上皮细胞、蛋白质、尿素、尿酸、核黄素、粪卟啉、辛卟啉等物质，其中核黄素、粪卟啉、辛卟啉等物质在蓝光、紫光等光源照射下都会激发出不同波段的黄绿荧光，借助荧光光谱分析技术发现，实际测得的尿液荧光数据正是这些荧光叠加的结果[12-13]。

与材质的布料吸水性、着色性、光泽度、织物结构疏散性等特性不同，经过漂白、染色、热压等特殊工艺制成家居日用品，布料制作中往往也会添加荧光增白剂或者其他荧光染料，在某些波段光源的激发照射下，添加有荧光物质的布料往往也会激发出不同波段的荧光。

有色布料上尿渍痕迹干燥后形成尿斑，在不同激发光的照射下，尿斑与布料产生的荧光强度不同。当选择不同的吸收滤光镜滤去不发光的干扰波长后，照相机记录的荧光强度也不同。当布料与尿布二者间有一定的荧光亮度差时，便可以拍摄固定有色布料上的尿斑痕迹。

1.2 实验器材及条件

1.2.1 实验器材

波长为405 nm紫光、445 nm蓝光和520 nm绿光的LD02电筒式激光物证发现仪；装有35 mmF3.0复消色差微距超宽光谱物镜的ST- 2999EMUVR超宽光谱现场物证搜索摄录系统；EL3imaging全光谱20波段接收滤光镜，如图1所示。

图1 主要实验器材

1.2.2 实验条件

本文所有的实验均在黑暗、无外界杂光干扰的暗环境条件下进行，且实验室室温维持25 ℃，相对湿度48%左右。

1.3 实验样本的制作

(1)收集5种类型的布料，分别是棉布、麻布(粗厚型)、涤纶、人造丝绸和绒布，如图2所示。其中棉布20种颜色，麻布22种颜色，涤纶24种颜色，人造丝绸23种颜色、绒布13种颜色，如表1所示。

图2 5种不同类型的布料

表1 5种布料的颜色汇总表

(2)收集健康男性新鲜尿液，用胶头滴管滴一滴约0.5 mL尿液至布料上并将布料放于温度25 ℃相对湿度48%左右的密闭空间内让其自然晾干，形成干燥的有色布料上的尿斑痕迹。制作百余个遗留有尿斑痕迹的有色布料样本，分别是20种颜色的棉布、22种颜色的麻布、24种颜色的涤纶、23种颜色的人造丝绸、13种颜色的绒布。

1.4 实验方法

1.4.1 有色布料上尿斑的激光检验

将ST- 2999EMUVR超宽光谱现场物证搜索摄录系统与35 mmF3.0复消色差微距超宽光谱物镜组装好并固定在翻拍架上，并将实验样本置于镜头下。在可见光下，对样本进行调焦，调焦清晰后，在黑暗无杂光的实验条件下分别选择405 nm紫光、445 nm蓝光和520 nm绿光以45°照射方向进行配光[14-16]。其中，在405 nm紫光和445 nm蓝光激发下，分别选择EL3imaging全光谱20波段中490 nm、515 nm、530 nm、550 nm、570 nm、600 nm、630 nm、650 nm滤光镜作为吸收滤光镜，进行有色布料上尿斑的激光检验；在520 nm绿光激发下，分别选择550 nm、570 nm、600 nm、630 nm、650 nm滤光镜作为吸收滤光镜进行有色布料上尿斑的激光光致发光检验。

1.4.2 尿液浓度与尿斑遗留时间对尿斑激光检验的影响

在激发蓝光445 nm激发光和570 nm吸收滤光镜条件下：(1)将新鲜尿液分别稀释5倍、10倍、15倍、20倍，并分别滴落一滴约0.5 mL尿液至20种不同颜色的棉布上，共制作出80个不同尿液浓度的有色棉布上尿斑痕迹实验样本，探究尿液浓度对激光检验结果的影响；(2)探究尿斑遗留时间对检验结果的影响，分别在20种棉布上按照尿斑遗留时间为0 min、5 min、15 min、1 h、24 h、72 h、7 d、10 d滴落尿液，制作160个实验样本。

1.5 检验效果评价

在不同激发光的照射下，尿斑与布料产生的荧光强度不同，选择不同的吸收滤光镜，摄录系统记录荧光强度也有差异，当二者有一定的荧光亮度差时，便可以显现有色布料上的尿斑。根据尿斑激光光致发光显现效果和与布料荧光强度差异，将激光检验结果分为5个等级，如表2示。其中，一至四级均能显现有色布料上的尿斑。一至五级尿斑检验效果如图3所示。在不同激发光波段和吸收滤光镜波段的组合下，统计显现尿斑的个数，可以确定最佳的激发光波段和吸收滤光镜波段组合。

表2 有色布料上尿斑激光检验评价表

图3 尿斑检验效果区分标准示意图

2 实验结果和讨论

2.1 有色棉布上尿斑的激光检验

20个有色棉布实验样本，在激光波段405 nm紫光、445 nm蓝光和520 nm绿光激发照射下，选择不同波段接收滤光镜时，统计不同激发光、不同吸收滤光镜组合条件下有色布料上尿斑的显现个数(即尿斑一至四级显现效果总数)，如图4所示。

图4 有色棉布上尿斑的显现个数汇总图

实验主要有如下发现：

(1)对于有色棉布上的尿斑，激发光选用445 nm蓝光和520 nm绿光检验效果最好，显现尿斑的实验样本相对较多，激发光为405 nm紫光时，相对较少，检验效果最差；统计激发光为445 nm蓝光和520 nm绿光时，不同吸收滤光镜的尿斑一至五级显现效果个数，分别如表3、表4所示。由表3可知，当激发光为445 nm蓝光，吸收滤光镜选择570 nm、600 nm或630 nm时，显现出一至四级尿斑的有色布料总块数相对更多，该3种组合波段下的尿斑激光检验效果相对更好；由表4可知，当激发光为520 nm绿光，吸收滤光镜选择570 nm或600 nm 时，有色棉布上尿斑的激光检验显现一至四级效果的数目相对更多，这两种组合波段下的尿斑激光检验效果相对更好。

表3 445 nm蓝光照射下不同吸收滤光镜时尿斑显现效果统计表

表4 520 nm绿光照射下不同吸收滤光镜时尿斑显现效果统计表

(2)同一激发光同一吸收滤光镜条件下，不同颜色的棉布上尿斑显现效果有一定的区别，绝大多数情况下，棉布颜色越浅，尿斑显现效果越好；棉布颜色越深，尿斑显现效果相对越差；当棉布颜色为纯黑色时，无论何种激发光尿斑均无法显现。以6种颜色深浅不同的红色棉布为例，6种棉布颜色由深至浅依次为暗红、铁锈红、大红、玫红、藕红、粉红，在蓝光445 nm激发光和570 nm吸收滤光镜条件下，尿斑的激光检验效果随着布料颜色的减淡而逐渐变好，如图5所示。

图5 6种颜色深浅不同红色棉布上尿斑检验结果示意图

(3)同一个实验样本，选择不同波段的激发光和吸收滤光镜组合时，尿斑的显现效果也不相同。对于棉布来说，选择445 nm蓝光和570 nm吸收滤光镜组合、445 nm蓝光和600 nm吸收滤光镜组合或者445 nm蓝光和630 nm吸收滤光镜组合时，尿斑的显现效果相对较好。以漂白棉布样本为例，分别在405 nm紫光、445 nm蓝光和520 nm绿光激发下，选择600 nm吸收滤光镜，漂白棉布上的尿斑显现效果各不相同，结果如图6所示。在实际公安工作中，为了更好地显现有色棉布上尿斑，技术人员应根据实际情况尽可能多地比较不同激发光和吸收滤光镜的检验结果，以便选择最佳检验条件。

图6 不同波段激发光下漂白棉布上尿斑检验结果

2.2 有色涤纶和人造丝绸上尿斑的激光检验

在合成纤维中，涤纶被大量用于制造衣着面料，人造丝绸的主要成分也是涤纶，本实验收集了24种颜色的涤纶布料，23种颜色的人造丝绸布料，共制作实验样本47个。在激发光405 nm紫光、445 nm蓝光和520 nm绿光照射下，选择不同波段吸收滤光镜，实验结果显示所有布料上的尿斑均无法显现。分析认为，由于涤纶布料和人造丝绸吸湿性、透气性差，光泽不柔和，尿液滴在布料上的洇散性极差，尿液当中的荧光物质很难附着在涤纶和人造丝绸布料上，因此激光检验效果极差。

2.3 有色麻布和绒布上尿斑的激光检验

本实验收集22种颜色的麻布和13种颜色的绒布，经激光检验，所有样本均无法显现尿斑痕迹。麻布是主要以亚麻、苎麻等植物纤维制成一种布料，吸湿性和透气性很强，本实验收集的麻布为粗厚型麻布，制造稀疏，质地非常粗糙，吸湿性和透气性强于普通细密麻布。本实验收集的绒布是经过拉绒后表面呈现绒毛状的棉织物，质地柔软，表面粗糙，吸湿性强。

当较少尿液(1滴，约0.5 mL)滴至麻布和绒布时，因瞬间洇散，尿液物质很难留存在布料粗糙的表面，因此激光检验效果极差；当较多尿液(若干滴)遗留在粗厚型麻布和绒布上时，此时激光检验效果较好，以米白色麻布为例，滴一滴尿液与若干滴尿液形成的尿斑，在激发光445 nm蓝光和570 nm吸收滤光镜组合条件下，尿斑显现结果不同，如图7所示。因此，当遗留尿液微量，粗厚型有色麻布和有色绒布上尿斑的激光检验效果极差。当尿液遗留量较大，尿斑荧光物质较多，此时激光检验效果相对较好。

图7 米白麻布上尿液不同遗留量的尿斑检验结果

2.4 尿液浓度与尿斑遗留时间对尿斑激光检验的影响

2.4.1 尿液浓度对尿斑激光检验的影响

在激发光445 nm蓝光和570 nm吸收滤光镜组合条件下，分别对尿液稀释浓度为5倍、10倍、15倍、20倍时制作的80个有色棉布上实验样本进行检验，探究尿液稀释浓度对尿斑激光检验的影响，实验结果表明随着尿液浓度的变低，有色棉布上尿斑的显现效果逐渐变差。但即使稀释浓度为20倍时，尿斑有微弱荧光产生，尿斑与有色棉布仍有微弱荧光强度差异。以浅蓝棉布为例，不同稀释浓度的尿液，其激光检验结果各不相同，如图8所示。

图8 浅蓝棉布上不同稀释浓度尿液的尿斑检验结果

2.4.2 尿斑遗留时间对尿斑激光检验的影响

在激发光445 nm蓝光和570 nm吸收滤光镜组合条件下，对1.4.2中的160个实验样本进行检验，探究尿斑遗留时间0 min、5 min、15 min、1 h、24 h、72 h、7 d、10 d对尿斑激光检验的影响。实验发现：尿斑完全干燥之前，随着尿斑遗留时间的增长，尿斑的荧光强度逐渐增强，当尿斑完全干燥之后，随着时间的推移，有色布料上尿斑仍有较好地检验结果。以粉色棉布上尿斑为例，检验结果如图9所示。

图9 不同遗留时间的尿斑检验结果

3 结论

基于光致发光原理，使用能量更高的激光作为激发光源，借助405 nm紫光、445 nm蓝光和520 nm绿光LD02电筒式激光物证发现仪和 ST- 2999EMUVR超宽光谱现场物证搜索摄录系统，选择490 nm、515 nm等8种不同波段的吸收滤光镜，可以有效检测出有色棉布上的尿斑，检验结果受激光波段、吸收滤光镜波段、布料种类和颜色、尿液浓度、尿斑遗留时间的影响。

不同种类的布料上尿斑检验结果不同：棉布检验结果最好，涤纶和人造丝绸最差，麻布和绒布受遗留尿量影响，遗留的尿量越大效果越好。

对于有色棉布上的尿斑，选择445 nm蓝光或520 nm绿光的激光作为激发光与570 nm或600 nm接收滤光镜组合，尿斑检验结果相对最好。同一激发光和吸收滤光镜组合下，不同颜色的棉布上尿斑显现效果有一定的区别：布料颜色越浅显现效果相对越好。

不同浓度和遗留时间的尿液对尿斑的激光检验效果有一定影响：浓度越高，显现效果越好。尿斑完全干燥前，遗留时间越长检验效果越好；尿斑干燥后，遗留时间对检验效果影响较小。

本文作为尿斑物证激光检验的一个初步探究，研究范围相对较小，还有许多问题有待探究，如更多类型的布料或尿斑承痕客体、其他影响因素的研究等等，在未来的公安工作中，有色布料上尿斑的激光检验仍有很大的研究空间。