未来智讯 > 人脸语音识别论文 > 指纹化学2014年7期
    指尖留痕
    为什么可以通过查找指纹中的化学物质来获得线索呢?这得从留下指纹的原因说起。人们之所以会在接触过的物体上留下指纹,那是因为在人的手指、手掌面的皮肤上,存在有大量的汗腺和皮脂腺,只要生命活动存在,就不断地有汗液、皮脂液排出,有点像印章不断有油墨渗到印文表面,因此,只要手指、手掌接触到物体表面,这些汗液和皮脂液就像印泥一样,令在人们所接触的物体上留下印痕。
    如果人们中途接触过其他化学物质没有洗手,或是长期接触某类化学物质(如香烟、毒品等),指纹中也会残留这些化学物质。通过分析这些化学物质,就可以找到犯罪嫌疑人的相关线索。对皮肤分泌的脂酸和其他化学成分的分析可以揭示个人生活的细节。伦敦国王学院法医与毒品监控学系的苏・金克尔博士举了一个例子:“我们在一个人的指纹中发现了一种从未见过的物质,通过询问,我们发现,那人正在使用一种独特的从蓖麻油中提取的洗发水成分。正是这种少见的洗发水,导致了蓖麻油的衍生物出现在皮肤分泌的脂酸中。”
    以往,法医们并不分析指纹中的化学物质,那是因为指纹中有多种化学物质,而这些化学物质的含量十分微小,有时少到只有几个分子。按照传统的化学分析方法,很难分析出这些微量化学物质的成分。随着新的化学分析方法的出现,以及化学仪器的逐渐精密化,分析隐藏在指纹中的化学物质已经不再有技术上的障碍了。需要解决的问题是,如何进一步提高精度,简化仪器操作的程序和读取数据的便捷性,以及降低仪器的制造成本,以便这些化学仪器能够在各地的警局或专业的法医鉴定部门中得以普及。现在,分析指纹中的化学物质已经成为一门新的法医分支学科,那就是指纹化学。
    辨识基本特征
    在一些没有确定嫌疑人的刑事案件中,确定犯罪嫌疑人的基本特征(如性别)有利于缩小查找范围。如何通过指纹中残留的化学物质来确定性别呢?这与男女的生活习惯有关,一般来说,男性指纹中的汗液浓度比女性大,而女性指纹中的化妆品成分相对比男性多。
    汗液是由汗腺分泌的液体。每个人身上约有200万~400万个汗腺。发汗区域分布广,全身各部位皮肤,尤以前额、颈部、躯干前后、腰部、手背及前臂等部位最多;其次为颈、躯干侧面及四肢大部分;再次为股内侧面及腋下;最少是手掌和足。虽然手指上汗腺很少,但是人在紧张时手指也容易出汗。在刑事案件中,罪犯会不由自主地感到特别紧张,所以手指上的汗液也相对较多,留下的指纹可能比平时更加清晰。
    如何来识别指纹中汗液的多寡呢?可通过分析指纹中的尿素含量来进行分析。通常来说,汗液中的尿素含量为1%左右。英国法医专家通过多个案发现场的指纹进行分析,建立一个包含指纹尿素含量、气温、环境、性别等因素的一个关联性方程式。当在新的案发现场出现指纹时,利用这个方程式进行计算,就可以发现指纹主人的性别。
    通过指纹中的化妆品成分来辨别嫌疑人的性别也较为有效。如果指纹中能查找出剃须膏的化学成分,则表明嫌疑人很可能是位男性。研究表明,剃须膏在指纹中的黏附性很强,即使刮脸后洗手了,在刮脸过后五个小时内接触过某物体,物体表面的指纹中还是会残留足够检测量的剃须膏微粒。如果指纹中化妆品的含量较高,则嫌疑人是女性的可能性较大。如果能够检测出化妆品的品牌,甚至检测出一些使用人数较少的一些化妆品的成分,则可以通过相应的经销商进一步缩小嫌疑人的追查范围。如果检测出的化妆品在本地没有销售,那么嫌疑人为外地流窜犯的可能性较大。
    在某些情况下,法医还能幸运地从指纹中提取出DNA物质,这样嫌疑人性别、种族、肤色、毛发颜色等身体特征就可以通过DNA来进行分析。加拿大渥太华大学的研究人员马里亚・维亚尼科娃等人研发出一种新技术,可以从一些指纹中很快分离出足够的DNA用于身份确认。据悉,该项创新技术仅花15分钟就分离出DNA,即便指纹已储存达一年之久。维亚尼科娃表示,新方法可以从一枚指纹中提取1纳克(十亿分之一克)DNA,尽管这1纳克DNA听起来很少,但对于DNA分析而言,即使是1纳克DNA也已经足够了。由于上述技术如此简便而且成本低廉,专家表示这一技术将有助于使得DNA收集工作变得普通。
    辨识特殊人群
    如果指纹中残留着一些特殊的化合物,则可以确定嫌疑人为特殊人群,从而减小查找范围。如果指纹中残留香烟成分,则嫌疑人可能是烟民。英国国王学院的化学家休・吉克尔斯表示:“我们已经查明,在指纹中可以找到在加工尼古丁过程中所产生的生物碱。这可以告诉我们一个人是否吸烟――在找不到明确的怀疑对象时,这一点将会对侦查工作带来非常有益的影响。”基于吉克尔斯发明的这种检测方法,来自东英格兰大学的科学家大卫・罗塞尔已研制出了一种通过指纹快速识别一个人是否为烟民的技术。据介绍,罗塞尔配制出了一种遇到烟草中所包含的生物碱便会发出辉光的液体。在使用时,只需滴少量液体到指纹上便可迅速得到结果。
    与此同时,专家们还在开发类似的快速检测方法,以便及时确定犯罪分子是否曾接触过生物碱含量更高的剧毒物质。化学检测还能检测出其他特殊化学物质。如果指纹中残留毒品,则嫌疑人可能是吸毒者;如果指纹中残留火药,则嫌疑人曾经持有武器或爆炸物。不过,酗酒者则很难通过指纹中的化合物来进行推断,因为酒精是小分子化合物,挥发性很强,很难残留在指纹中。
    对指纹中残留的汗液进行化学分析,不仅可以识别性别,还可以识别一些特殊疾病患者。如果指纹汗液中检测出胆红素,可以在肝胆疾病患者中追查嫌疑人,比如急慢性肝炎、胆囊炎、肝硬化等疾病的患者。如果指纹中检测出红细胞,则有两种可能性,一种是嫌疑人的指尖受伤,检测出来的红细胞含量会大一些;另一种是嫌疑人有内分泌系统紊乱的病症,导致血液穿透毛细血管进入汗液中。如果指纹中检测出葡萄糖,则嫌疑人可能是糖尿病患者。   通过对指纹中氨基酸含量的测定,能推定其嫌疑人是素食主义者还是肉食主义者。首先,肉食比素食的蛋白质含量高,而人体摄入蛋白质后会转化为氨基酸进入血液循环系统,因此肉食者的指纹中的氨基酸含量要比素食者高一些。另外,肉食者体内一些特定的氨基酸含量相对高一些,因为肉食中的一些特殊蛋白质是素食所没有的。
    化学快照
    传统的侦探一般是用毛刷和胶布来收集、研究指纹,但现在科学家用更先进的技术来研究指纹。英国伦敦国王学院的研究人员通过“指纹化学”的方法发现,指纹会因年龄的增长、吸烟、吸毒甚至使用化妆品而发生改变。目前,这一项目正由金克尔博士负责。他们正研究一项名为“化学快照”的指纹呈像技术。
    在最近的一次测试中,金克尔等人使用特殊的凝胶带,从门把手、杯子、玻璃和电脑屏幕表面提取指纹,并且不破坏其中保留的汗液、油脂和其他体液。而传统的指纹提取技术通常采用粉末、化学物和胶带,无法保留指纹中的残余物。而这项新技术不会破坏或扭曲原始指纹,能让现场收集的指纹更好的保持完整且可利用。
    研究人员将指纹和残余物转移到实验室后,将其放置在一个敏感度很高的仪器中,用红外线照射,生成一种化学快照,在30秒之内就可以分析出指纹中含有的所有化学成分。这种红外技术原本是美军用在智能武器上的。随后,研究者对指纹中的化学成分进行分析,就可以揭示嫌疑人的某些特征。
    虽然这项技术才刚刚起步,但是金克尔认为,随着技术的进一步完善,几年内它就可以应用到犯罪现场的证据采集上。法医专家通过多次实验,建立了指纹中微量有机化合物的含量、变质程度、环境、变质时间之间的数学方程式。因此,根据指纹化学残留物的变质程度,法医还能推测出罪犯作案的时间。参与这项研究的塞尔盖伊・卡扎林恩教授说:“执法机构现在应该投入资金购买设备并组织培训。在不久之后的法庭上,指纹的化学快照将成为一项重要证据。我们希望能协助执法机关将危险犯罪分子绳之以法。”
    仪器分析
    而美国法医学家也在指纹化学方面有所突破。来自美国普度大学的研究人员格雷汉姆・库克斯教授开发出一种新的技术分析指纹,使用这一最新成果不仅可以识别出犯罪嫌疑人,还能识别出犯罪嫌疑人手指接触过的物体,如药品,爆炸物等。专家还透露,未来几年该技术还将进一步发展,那时它还能够快速而有效地检测出人体的癌症细胞,具有极高的医学应用价值。这一研究成果公布在美国出版的《科学》杂志上。
    库克斯发明的新技术名为解吸附电喷电离 (英文简称DESI)。在测定一枚指纹的过程中,库克斯首先将少量喷洒式液体充满电荷,而该液体或者是酒精或水均可。之后,他将该液体喷洒至指纹表面,在这一过程中,液体迅速溶解指纹表面的混合物质。紧接着,他将含有指纹混合物质成分的液体放置于分析仪器中,分析仪器将液体迅速加热蒸发。由于液体中的电荷早已附着于指纹的化学分子当中,因此,库克斯教授利用质谱仪便可以将指纹的化学成分进行清晰的识别出来。反复操作这一过程,直至把整个指纹表面识别完,产生一个完整二维分析图像,这被称为“指纹化学物质分布图”。
    这种技术可以剥离指纹中的痕量化合物,以很精细的程度显示组成该指纹的化合物,向人们提供的一种具有比其他技术分辨率都要高的指纹――“化学肖像”。而且,通过特殊的分析程序,还能将交叠在一起的指纹辨别开来。
    在整个实验过程中,当测试者接触过上述化学物质,又再接触例如玻璃杯,纸张以及塑料制品后,分析仪器无一例外地将毒品与爆炸物成分成功识别出来。此外,由于该识别技术是基于实物为标准,即分析仪器不仅仅只是探测出毒品或爆炸物的痕迹,而且还能够准确地将毒品或爆炸物成分图像在指纹中清晰地进行表达。
    栏目主持人:刘雨� lymjcfy@163.com
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    近年来,指纹提取技术也在不断进步。近日,来自浙江大学的研究人员在《德国应用化学》期刊中发表了一篇文章,他们在该文章中提到了利用一种特殊研发的化学药剂,并结合电荷让指纹的现实色彩度更亮,从而可以让相关人员可以获取一个更高精准度的指纹信息。
    研究人员采用的电化学方法包括下列反应:用电压使电子一种化合物转移到电极上,如钌铬合物,再进一步与另一个化合物反应,如常用的三丙胺。可见指纹在电子激发态下形成,释放出光后电子又回到基态。研究人员用一块涂有铟锡氧化物的小载玻片或一块干净的不锈钢板作为电极,将指纹转移到板上,然后加入反应物。指纹上含有脂肪所在的部分,电极会失效,电化学反应则不能进行,不能发射光线。这样指纹会产生一个可被CCD摄像机记录的阴影。
    这种直接、快速、精确的方法可以在不破坏指纹的情况下看见新旧指纹。它不但可以分析出基本纹型,还可以验出指纹分支和纹路末端等细节,就连沟槽中的毛孔分布也可尽收眼底。此外,不同于许多传统方法,电化学法不需要蒸汽或喷粉。这将可以帮助法医在对一些残缺或者混乱的指纹进行处理时比对出相应的指纹。电化学发光法也可用于另一种将指纹作为正像的模式。在这种模式下,首先将指纹与反应物结合,反应过后再加入另一种反应物,这样只有纹路会发光。这种模式可用于检测留在药物或其他物质上的指纹,即便这些药物已被吞服或污染。
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