痕迹物证的光致发光摄影技术优化方案

发光是物质在外界因素作用下发射电测辐射的现象，它与物质的反射光有本质的区别、反射光是物质中分子（或原子）对入射光线作用后，改变入射光的传播方向形成的、反射光线中的光子仍然是原来入射光线中的光子，因此光子的能量不会发生变化；而发光辐射是外界因素作用使物质分子发生能级跃迁发射光子的结果，发光辐射中的光子是物质分子自身发射产生的，其能量由分子能级跃迁对应的能级差决定。发光辐射包括电发光、化学发光、摩擦发光、生物发光和光致发光等多种形式。

光致发光是物质在光辐射作用下产生的发光现象。产生发光作用的光辐射称为激发辐射或激发光，它们可以是γ射线、X射线、紫外线、可见光甚至是红外线，根据物质分子发光持续时间，可将光致发光发射的光辐射分为荧光和磷光两种类型。如果在激发光消失后8～10 s之内，物质的发光熄灭，则这种发光称为荧光；若激发光移走8～10 s之后，物质的发光还没有熄灭，则这种发光称为磷光。

通常情况下，物质的光致发光遵循斯托克斯定律——物质发光辐射的光量子能量小于或等于激发光辐射的光量子能量，因此，光致发光的发光辐射波长通常是大于或等于激发光的波长。斯托克斯定律指出了物质发射光谱的峰值总是大于其吸收光谱的峰值波长，即物质的发光峰值波长位置相对于物质的吸收峰值波长有一个向长波长方向的位移，这个波长位移称为斯托克斯位移，其大小取决于物质分子结构特性，不同物质有不同的位移。斯托克斯位移是光致发光的重要参数，对物证的光学检验方法有很大影响。

在光致发光过程中，物质是按照其能级结构选择性地吸收一些特定波长波段的光线，这就是物质的吸收光谱。物质发射光子时，只能发射与其分子能级结构特性相关的某些特定波长的光辐射，物质光致发光发射的光线波长分布称为物质的发射光谱或荧光光谱。物质的吸收光谱和发射光谱是光致发光的两个最重要参数。在物证检验领域，检材物质种类千变万化，各种物质的吸收光谱和发射光谱各不相同，因此，需要不同波长的光线激发照射，才能有效激发物质荧光。最常用的激发光是紫外光和蓝绿光两个光谱区域内的光线。许多检材物质在紫外线光谱区有较强的吸收，并显示较强的发光。在紫外线激发下，常见物证检材物质的发光主要出现在可见光区，有时也出现在近红外区和长波紫外区。许多物质能有效地吸收蓝绿色光线并显示光致发光现象。在绿波段光线激发下，常见物质的发光主要分布往返红外区，有时也出现在有可见光区的橙色光和红色光波段。有些物质还可在红外线的激发下发出可见光。

物证的发光强度是影响发光方法检验物证结果的关键因素之一，在大多数情况下，痕迹物证数量很少，因此、其发光强度一般较弱，提高物质发光强度可以显著改善发光照相化验结果。物质发光的强度正比于激发辐射的强度和发光效率。提高激发辐射强度，可以增加物质吸收的光量子数目，相应地增加受激分子数目，从而增加物质的发光强度。因此，采用高强度光源作为激发光源是提高物喷发光强度的最有效手段之一。激光器在提高物质发光强度方面的作用非常显著，并且其高度单色性也能够提高发光检测灵敏度，发光效率主要由物质的性质和状态决定。改变物质的状态有时也可以提高物质的发光效率，增强发光强度。如在低温状态下，物质的发光效率明显增加，用液氮浸泡检材的办法可使物体处于－196℃的低温状态，显著加强物质的发光强度。

在此，我们介绍一种近些年新型的光致发光摄影，低温荧光摄影：

在物证检验中，有些隐性痕迹物证在可见光照射下，直接用肉眼观察或拍照是模糊不清或不可见的。但在某些光的照射下，能产生较强荧光，如果把这些荧光拍照下来，就可以显现该痕迹物证的细节特征，为物证鉴定提供可靠依据。物质在蓝光、紫光、紫外线等照射下产生发光的现象叫作光致发光。

用摄影方法在感光材料上记录物质光致发光亮度分布（即发光图像）的技术称为光致发光摄影。光致发光可分为光致荧光和光致磷光。在光致发光摄影中，目前对这两种不同形式的发光现象并未严格区分。通常将光致发光摄影称为荧光摄影。

据有关资料报道，温度对于荧光物质的荧光强度有显著影响。通常随着温度降低，荧光物质的荧光效率和荧光强度将增加。据此，笔者在这方面做了一些低温荧光摄影实验研究。实验表明，一般荧光染料在20℃时开始表现出温度对荧光的猝灭作用。随着温度升高而加强，直到完全猝灭，在20℃以下荧光效率随温度变化不明显，基本保持稳定。

在0℃以下，随着温度的降低荧光效率开始增强，荧光强度逐渐增加。例如荧光素纳的乙醇溶液，在0℃以下，温度每下降10℃荧光效率增加30%。在－80℃荧光效率基本接近100%。罗丹明的温度猝灭情况与此类似。由此可见，某些物质荧光的产生，在适当低温条件下，将得到更好的效果。这是因为物质受光照射后，其分子并不是将全部吸收的光能转变为荧光，而是或多或少地以热衰变等其他能量形式释放出来。要增加荧光强度只有减少热衰变所消耗的能量，使其能量最大限度地转为光能。换句话说，就是限制分子碰撞概率，使被激发分子最大限度地通过光辐射途径回到基态。一般来说。温度越低，分子运动越不活泼，碰撞概率越小，使无辐射跃迁减少，光辐射跃迁增加，物质发射的光子数目也就随之增加。因此物质在低温下发光强度比常温状态下发光强度要高得多，低温荧光摄影正是基于这个原理。

所谓低温荧光摄影，就是用摄影方法记录物体在低温状态下被光激发产生荧光图像的一种技术。同普通荧光摄影一样，它利用光致发光原理来显现隐性痕迹物证。但又显著提高了物证的荧光强度，克服了普通荧光摄影中被拍物荧光亮度低、物证细节特征无法再现的缺陷，增加了物证反差；而且同其他物理、化学检验方法相比，还有一个最显著特点，就是对检材不造成任何损坏；另外，许多荧光物质在光的照射下极易造成光分解，使其荧光强度减弱，甚至猝灭。在低温环境中则可防止这种现象的发生。因此，低温荧光摄影能显著提高物证荧光强度，增加疑难物证检验的成功率，是物证检验中非常有效的一种技术手段。低温荧光摄影自20世纪80年代引入我国后，在一些刑事技术科研部门进行了初步探索，但还未见系统的、应用性研究的报道。

低温荧光摄影是记录物证在低温状态下荧光图像的一种技术。它要求用制冷剂冷却物体，使物体处于低温状态，然后用激发光源照射被拍物，用滤色镜把被拍物发射的荧光分离出来，再用照相机拍摄荧光影像，其结构原理如6.1所示。

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图6.1　结构原理图

要进行低温荧光摄影，首先要有一个制冷设备，制冷设备由保温盘、冷却剂、物证支架等组成其中冷却剂的选择是关键。目前能达到制冷作用的冷却剂很多，但适用于低温荧光摄影的冷却剂并不多。这主要是因为它不但要求有制冷温度低、制冷速度快，而且还要求冷却剂不污染、损坏、腐蚀被拍检材，同时还不污染环境、损害拍摄人员健康等。实践证明，液氮是一种很好的冷却剂，其性质不活泼，降温迅速，几分钟之内温度就可降至－196℃以下，非常适于纸张、纺织品、皮革等物体的冷却，是一种低温荧光摄影很好的冷却剂。

在荧光摄影中，激发光源的选择非常重要。虽然说物质的荧光发射光谱与激发光波长无关，即无论选择哪一种激发光源，荧光物质产生的荧光是一样的，但是不同激发光源产生的荧光强度却有很大差异。可用于荧光摄影的激发光源主要有紫外光源、蓝光灯、激光器和多波段光源等。

许多物质在紫外线作用下都可以产生荧光，如皮肤、牙齿、精斑、唾液、纸张、墨水、矿物油、动、植物油和部分金属、宝石等均可产生不同亮度、不同色彩的荧光。紫外低温荧光摄影是利用摄影装置记录物质在低温状态下受紫外线激发而产生荧光图像的一种摄影方法。根据所产生荧光波段的不同，紫外低温荧光摄影有以下几种：

（1）利用短波紫外线照射某些物质，激发出的光辐射是长波紫外线。这种光致发光在刑事技术中的应用尚未见到有关报道。

（2）利用短波紫外线（峰值为254 nm）和长波紫外线（峰值为365 nm）激发可见荧光，这是一种普遍使用而且较为成熟的技术手段。

（3）用紫外线作激发光，绝大部分物质的荧光主要出现在可见光区，有时也出现在近红外区，如某些红色印油等。利用此特性可检验一些邮件的邮戳，伪造的文件等。

红外低温荧光摄影是记录物质在低温状态下受激发产生红外荧光图像摄影技术。其具体方法是用制冷剂使被摄客体处于低温状态，然后用蓝绿光激发，根据斯托克斯偏移理论，物体在红外区可产生荧光。用红外滤色镜将物体发射的红外荧光与激发光分离，经镜头成像在红外感光片上。由于红外低温荧光摄影比常温红外荧光摄影发光强度大，所以许多在常温红外荧光摄影中不能显示的物证，可在红外低温荧光摄影中得到显示。如显示难读的字迹、添加字迹、涂抹字迹等，以及检验伪造文件和票证等。

许多矿物油、植物油、动物油等物质在常温下均不发光或发光很弱，只有在低温条件下用紫外光或蓝绿光激发才产生较强的荧光。因此，各种油脂指纹用低温荧光摄影方法可以得到较好的记录和再现。

血手印是有色印迹，通常情况下清晰的血手印无须进行显现处理。如果血手印是留在深色物体如皮革、红布表面时，由于背景与手印纹线反差小，很难凭肉眼观察。既使用常见化学方法显现也难形成鲜明的反差，而且用化学方法显现极易破坏指纹的纹线。血迹在415 nm具有强烈吸收而不产生荧光，如果其背景在415 nm光的激发下可产生荧光，就可依据黑发原理用低温荧光摄影方法把血指纹显现出来。另外，用515～555 nm的蓝光也可检验深色背景下的血手印，这时血手印发亮灰色荧光而背景不发光。但其适用范围只是红色普通纸张、陶瓷、棕色玻璃、油漆木等上面的指纹，不适合深色皮带、纺织品、特种纸张上的血指纹。

体液如精斑、唾液斑、尿斑等，在紫外480～520 nm波段光的激发下，都会发出可见荧光。由于体液经常会出现在衣服、床单等纺织品上，如果用紫外线激发，这些纺织品本身往往会发出较强的荧光。因此在衣物上寻找体液痕迹时紫外光不是最好的选择，而用440～520 nm的光往往会消除背景荧光干扰。当体液遗留时间过长或衣服被清洗后用低温荧光摄影会得到更好的效果。

低温荧光摄影比普通荧光摄影有较大的发光强度，增加了物证的反差，许多物证在普通摄影和常温荧光摄影中不能显示出细节，可以在低温荧光摄影中得到显示。在实际办案中，低温荧光摄影具有很大优越性，如果具备低温荧光摄影条件，则应采用低温荧光摄影技术来代替普通荧光摄影，以获得最佳的效果。