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第三级指纹特征——汗孔的化学可视化

指纹学在刑侦科学领域中扮演着不可或缺的角色。按精细程度指纹分析分为三级,即PATTERN(level 1)、POINT(level 2)和SHAPE(level 3)。其中指纹的第三级特征,如单条乳突纹线上汗孔的数量、位置、形貌等,因其永久性、独特性和复杂性可作为身份识别特征而受到广泛关注。特别在有些案件现场中只留下很少的几条乳突纹线,无法根据一级二级特征进行识别,汗孔的规律性和个体差异性就可用于认定身份,加速破案进程。近年来,随着指纹检测技术的发展,指纹的化学可视化得以实现。检测指纹中的内源性化合物,如年龄和性别等,能提供个人的生物学信息;检测外源性物质,如毒品残留、爆炸物粉末、药物等,则能将嫌疑人和特定身份、犯罪行动或现场联系起来。


飞行时间-二次离子质谱(TOF-SIMS)是一种新型成像质谱,在提供指纹中大量物质的化学信息的同时,能对物质在指纹中的分布进行成像。TOF-SIMS具有亚微米级的空间分辨率,可用于指纹的高空间分辨率化学成像,特别是三级特征的成像,已在毒品、毒品类似物、枪械火药粉末及金属离子的检测中发挥重要作用。然而,TOF-SIMS 采用高能一次离子束轰击样品表面,导致严重碎片化,得到的只能是小分子物质或者是离子碎片,限制了可检测物质的种类范围。


最近,清华大学李展平等采用氧化石墨烯增强的TOF-SIMS对指纹进行化学成像(Anal. Chem., 2017, 89, 8372−8376),成功检测到了指纹上残留的剧毒物乌头碱(m/z> 600)和抗生素药物(m/z> 700)的分子离子信号,同时对其分布进行成像,得到单根乳突条纹上清晰的指纹汗孔图像。实验结果表明,在没有氧化石墨烯存在时进行TOF-SIMS的指纹检测,较高质量数的分子离子信号极弱,无法得到清晰的分布图像,仅靠碎片离子难以追溯源头化合物。而在氧化石墨烯基质上,分子离子信号强度能达到数十倍的提升,从而得到该物质在指纹中的清晰分布图像。该技术适用于日趋多样化、复杂化的犯罪活动指认。同时利用其高空间分辨率优势呈现精细指纹特征,如汗孔的数量、分布、形貌信息,有望应用于快速、精准指纹识别,特别是犯罪现场不完整指纹信息的提取分析中。

Figure 1. Left: Spectra of molecular ion signals in positive ion mode and their 2D SIMS images of fingerprints after contact with antibiotics or aconitine left on a GO layer or Si substrate. Right: SIMS spectra and images of molecular ion signals of antibiotics in fingerprints contaminated by a single or a mixture solution of antibiotics capsules.


这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者是清华大学博士研究生蔡乐斯,共同通讯作者为李展平张新荣教授。


该论文作者为:Lesi Cai, Meng-Chan Xia, Zhaoying Wang, Ya-Bin Zhao, Zhanping Li, Sichun Zhang, Xinrong Zhang

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Chemical Visualization of Sweat Pores in Fingerprints Using GO-Enhanced TOF-SIMS

Anal. Chem., 2017, 89, 8372−8376, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b01629


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