关于典型可燃基底在瞬时热暴露后潜在汗液指纹可视化的研究

《Forensic Science International》：Study on Latent Sweat Fingermark Visualization on Typical Combustible Substrates after Instantaneous Thermal Exposuree

　　

姜宇航|李子欣|卢子瑞|杨静辉|曹静晨|王晓彤|金静|张金传

中国人民警察大学，廊坊065000，中国

摘要

指纹对于身份识别至关重要，但瞬间高温气体爆炸对指纹可视化的影晌尚未得到充分研究，尤其是在不同可燃基底上的影响以及通过全尺寸爆炸实验进行验证方面。本研究开发了一个用于模拟瞬间热暴露（1200°C，100-1000毫秒）的平台，并测试了六种代表性基底：PVC窗框、PVC涂层波纹管和橡胶软管、PC开关、ABS气体报警器和松木指接板。通过宏观形态学、光学检测、荧光粉喷涂和氰基丙烯酸酯（CA）熏蒸方法分析了潜在指纹，并使用CAST指纹质量分级系统进行了定量评估。结果表明，基底的热稳定性（松木 < PVC < ABS < PC）影响了指纹的形态，但指纹的可视化效果更多地取决于表面状态与检测原理之间的兼容性。光学方法对表面粗糙化和烧焦非常敏感，其有效时间（PC：400毫秒，ABS：200毫秒，PVC：500毫秒，松木：300毫秒）并不严格遵循热稳定性顺序。由于单体扩散受限，CA熏蒸在烧焦表面上效果不佳，PC的有效时间为400毫秒，ABS和松木为300毫秒，PVC为500毫秒。荧光粉显示出最高的耐受性（PC/ABS：500毫秒；PVC：700毫秒；松木：600毫秒），这归因于强烈的物理吸附和基于荧光的背景抑制作用。表面地形也至关重要：平坦的PVC允许使用多种方法，波纹结构限制了光学/CA方法的效果，而带肋的橡胶则完全无法进行指纹提取。全尺寸爆炸实验证实了基底与指纹可视化方法之间的相互作用，为气体爆炸案件中的指纹恢复提供了科学和技术支持。

引言

指纹作为法医学中的独特生物特征，在个人识别和个人认证中不可或缺，因为它们具有极高的唯一性和稳定性。在火灾或爆炸等极端高温环境中，指纹残留物中的成分（包括水、脂质和无机盐）可能会发生不同程度的蒸发、氧化、热分解或变性[1]，[2]。这些物理化学变化可能会对后续指纹可视化方法的灵敏度和对比度产生不确定的影响。此外，证据承载基底本身在高温下的热稳定性和形态演变也会进一步干扰指纹的保存和识别。因此，在热暴露后有效恢复潜在指纹已成为当代法医学实践中的一个关键技术挑战。

目前关于热暴露后指纹可视化的研究表明，当温度超过100°C时，水分会迅速蒸发。虽然脂质最初可能部分保留，但随着温度和时间的增加会逐渐分解[3]，蛋白质会变性产生水溶性氨基酸[4]。相比之下，无机盐具有较高的热稳定性，能够承受超过900°C的温度。多项研究证实，即使在高温条件下，潜在指纹仍具有识别和提取的潜力[5]，[6]，[7]，[8]，并且可视化结果受到基底表面特性的显著影响。学者们进行了各种关于热环境中指纹恢复的实验。Dhall [9] 使用小颗粒试剂（SPR）方法在经过100-900°C处理一小时的铝板、铝罐和钢勺上可视化了指纹，发现铝箔上的指纹可以承受高达700°C的温度，而锡罐和钢勺上的指纹只能持续到500°C。Gardner [10] 评估了在加热到300°C、450°C和600°C的汽车侧镜上沉积的指纹的四种可视化技术，结果表明大多数指纹在300°C时仍可恢复。Williams [11] 使用开尔文探针力显微镜成功可视化了弹壳表面上的潜在指纹。然而，需要注意的是，弹壳释放过程中的热效应主要由密封高压腔内的导热作用主导，这与气体爆炸或简易爆炸装置（IEDs）产生的瞬时对流和辐射热暴露以及伴随的冲击波机制有根本不同。Bond 对铜表面上的指纹进行了广泛研究，探讨了环境条件[12]、加热温度[13]、锌含量[14]、光强度[15]和氯化物浓度[16]对可视化的影响。Bond 进一步利用热力学原理阐明了室温下铜表面与指纹残留物之间的氧化还原反应[17]，并提出了提高铜表面上指纹可见性的机制[18]。

尽管在火灾相关指纹研究方面取得了这些进展，但气体爆炸产生的瞬间热暴露对指纹可视化具体影响机制尚未被报道。特别是，关于气体爆炸环境中不同可燃基底的研究存在明显不足，也缺乏来自全尺寸实际爆炸实验的验证。为了解决这些不足，本研究建立了一个能够模拟气体爆炸场景瞬间热暴露特征的实验平台。根据化学成分、表面光滑度、曲率和纹理等关键特征，选择了六种容易在气体爆炸案件中保留嫌疑人指纹的可燃基底：窗框（PVC）、波纹管（外层PVC）、橡胶管（外层PVC）、开关（PC）、气体报警器（ABS）和家具（松木指接板）。通过宏观形态学观察，本研究揭示了热诱导的表面变化影响指纹恢复的机制。通过整合光学方法、荧光粉喷涂和氰基丙烯酸酯（CA）熏蒸，我们评估了每种基底上指纹持久性的关键热暴露参数。此外，我们还探讨了不同增强方法与其特定基底检测原理的兼容性。最后，进行了全尺寸爆炸实验，以评估实际爆炸环境中复杂因素的综合影响。这些发现为相关犯罪调查中各种可燃基底上指纹的可视化提供了关键数据和方法论支持。

章节摘录

实验材料

在气体爆炸调查中，指纹通常从嫌疑人接触过的表面（如窗框、控制开关、气体导管和家具）上恢复。为了确保法医学的相关性，本研究选择了六种在爆炸现场常见且具有不同地形特征的可燃基底。这些基底包括表面平坦光滑的窗框（PVC）；具有镜面反射特性的开关（PC）；以及气体报警器外壳

结果与讨论

本研究分析了在模拟气体爆炸瞬间热暴露条件下沉积在六种可燃基底上的潜在指纹的可视化效果，并通过实证实验进行了进一步验证。

结论

本研究阐明了在气体爆炸瞬间高温条件下六种代表性可燃基底上潜在指纹的可视化模式和关键影响因素，并通过CAST指纹质量分级系统（等级0-4）定量验证了不同条件下的指纹可视化法医学价值（有效等级为3-4级）。研究结果确认了基底的热稳定性顺序为PC >

伦理批准

本研究的所有程序均严格遵循世界医学协会《赫尔辛基宣言》的伦理原则，并遵守相关法律法规和机构指南。本研究获得了公安部法医鉴定中心科学研究伦理委员会的正式批准（批准编号：2023-047）。

资助

本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号2023YFC3304103）、河北省高等学校科研项目（项目编号QN2026087）和中国人民警察大学博士研究生创新专项计划（项目编号BSKYZX202434）以及中国人民警察大学重点研究计划（项目编号ZDZX202603）的支持。

CRediT作者贡献声明

姜宇航：撰写——初稿，调查，数据管理。李子欣：撰写——初稿，调查，数据管理。卢子瑞：撰写——初稿，调查，数据管理。杨静辉：调查，数据管理。张金传：监督，调查，数据管理。曹静晨：调查，数据管理。王晓彤：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，调查。金静：撰写——审稿与编辑，调查，资金支持

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。