張 梅

(中國(guó)人民警察大學(xué)，河北 廊坊 065000)

一、紫外熒光油墨

紫外熒光油墨是指在油墨中加入具有紫外光激發(fā)的可見(jiàn)熒光成分[1]，依據(jù)斯托克斯定律，在紫外光的照射下發(fā)出可見(jiàn)光的特種油墨。按照激發(fā)光源波長(zhǎng)的不同分為：(1)長(zhǎng)波熒光油墨(激發(fā)光波長(zhǎng)365 nm)；(2)中波熒光油墨(激發(fā)光波長(zhǎng)312 nm)；(3)短波熒光油墨(激發(fā)光波長(zhǎng)254 nm)。

出入境證件在防偽設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常只添加一種紫外熒光油墨，其只對(duì)某一指定波長(zhǎng)的紫外光反應(yīng)，對(duì)其他波長(zhǎng)的紫外光不會(huì)有顏色變化。伴隨著出入境證件防偽等級(jí)的提高，也有一些國(guó)家的出入境證件開(kāi)始采用雙波隱性紫外熒光油墨，這種油墨在不同波長(zhǎng)的激發(fā)光下，呈現(xiàn)出明顯不同的兩種顏色，如圖1所示的護(hù)照內(nèi)頁(yè)，在365 nm長(zhǎng)波和312 nm中波紫外光的照射下，分別呈現(xiàn)湖藍(lán)色和粉紅色的熒光反應(yīng)。

二、傳統(tǒng)檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)和局限

無(wú)論哪種紫外熒光油墨，科學(xué)地進(jìn)行檢測(cè)都是十分必要的。在出入境證件檢測(cè)中，通常利用檢材中的表現(xiàn)性指示、不同光線下的反應(yīng)機(jī)理、現(xiàn)象做出判斷，這些通過(guò)顏色或者灰度差異來(lái)表征區(qū)別的方法稱(chēng)為形態(tài)學(xué)檢測(cè)方法[2]。

紫外熒光的檢測(cè)通常是在特定紫光燈的照射下，觀察油墨的熒光反應(yīng)。如圖2所示，在365 nm長(zhǎng)波紫外光下，多條黃色熒光反應(yīng)的波浪線條貫穿整個(gè)頁(yè)面，頁(yè)面下方有紅色熒光反應(yīng)的波浪線條。頁(yè)面中央偏右呈現(xiàn)一個(gè)黃綠色的團(tuán)花圖案，并且圖案中央部分呈現(xiàn)紅色。頁(yè)面右上的護(hù)照號(hào)碼一半呈現(xiàn)橙色。通過(guò)這樣的描述，就可以明確該頁(yè)熒光圖文的構(gòu)造。

這種主觀描述式的檢測(cè)方法具有簡(jiǎn)單易行、普及率高的優(yōu)點(diǎn)。檢測(cè)者不需要具備專(zhuān)業(yè)的光學(xué)知識(shí)，僅僅憑借經(jīng)驗(yàn)常識(shí)和簡(jiǎn)單儀器設(shè)備就能夠?qū)Υ蟛糠值淖贤鉄晒庥湍M(jìn)行檢測(cè)，在邊檢實(shí)際工作中普遍使用。

然而這種形態(tài)學(xué)檢測(cè)方法存在明顯的局限性。一方面人眼視覺(jué)特性受外界環(huán)境的限制，并且主觀語(yǔ)言描述受檢測(cè)者自身經(jīng)驗(yàn)的誘導(dǎo)，所以這種方法顯然不具備普遍性和客觀性。尤其隨著熒光油墨類(lèi)型的增多，如果還采用傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)檢測(cè)方法，就會(huì)存在一定誤差，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生誤判。如圖3所示，如果仍采用形態(tài)學(xué)檢測(cè)方法，可以得出：在365 nm長(zhǎng)波紫外光下，呈現(xiàn)紅色老鷹熒光圖案，在312 nm中波紫外光下，紅色圖案消失，呈現(xiàn)出藍(lán)色的老鷹圖案，那么根據(jù)定義，這本護(hù)照上的熒光油墨被認(rèn)定為雙波隱性熒光油墨。

(a)365 nm長(zhǎng)波

(b)312 nm中波

圖2 傳統(tǒng)檢測(cè)方法

這個(gè)案例充分暴露了形態(tài)學(xué)檢測(cè)方法的局限性。首先與圖1所示的典型雙波隱性熒光油墨相比，做一個(gè)簡(jiǎn)單分析：圖1中，熒光油墨在不同激發(fā)光源下，圖案顏色改變的同時(shí)，圖案輪廓十分清晰。

(a)365 nm長(zhǎng)波

(b)312 nm中波

在這個(gè)案例中，在不同波長(zhǎng)激發(fā)光源下，雖然也有明顯地顏色變化，但是老鷹輪廓在312 nm中波紫外光下十分模糊。二者之間的這些差異是偶然的現(xiàn)象，還是有本質(zhì)的區(qū)別？這需要我們進(jìn)一步探索。

由于形態(tài)學(xué)檢測(cè)方法無(wú)法深入研究，我們必須尋找新的解決問(wèn)題的辦法。本文接下來(lái)提出了一種更加科學(xué)、專(zhuān)業(yè)、客觀的熒光油墨檢測(cè)方法。該方法借助更為專(zhuān)業(yè)的光學(xué)儀器例如VSC6000/HS視頻光譜比對(duì)儀，利用光譜分析技術(shù)，鑒定該紫外熒光油墨的真實(shí)成分，從而確定熒光油墨的類(lèi)型。

三、光譜分析技術(shù)與顯微分光光度計(jì)

(一)光譜分析技術(shù)與文檢儀

光譜是復(fù)色光經(jīng)過(guò)色散系統(tǒng)如(棱鏡、光柵)分光后，被色散開(kāi)的單色光按波長(zhǎng)(或頻率)大小依次排列的圖案，全稱(chēng)是光學(xué)頻譜，其中橫軸表示波長(zhǎng)(或頻率)，縱軸表示光譜強(qiáng)度，如圖4所示。按照光譜表現(xiàn)形式分類(lèi)，光譜分為連續(xù)光譜、帶狀光譜和混合光譜，按照產(chǎn)生原因分類(lèi)，分為吸收光譜、發(fā)射光譜和散射光譜。

光譜分析是應(yīng)用光譜學(xué)的原理和試驗(yàn)方法確定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成成分的一種科學(xué)分析方法，實(shí)驗(yàn)測(cè)量的光譜特征數(shù)據(jù)和特征曲線，可以確定物質(zhì)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及含量，在物質(zhì)成分鑒定中得到了廣泛應(yīng)用[3-4]。

(a)光子分解

(b)光子數(shù)量按照波長(zhǎng)排列

本文使用的專(zhuān)業(yè)儀器是英國(guó)Foster+Freeman公司的VSC6000/HS視頻光譜比對(duì)儀(文檢儀)進(jìn)行熒光光譜的采集和分析，該儀器可以研究證件中的防偽技術(shù)，鑒別偽假出入境證件，以及對(duì)有價(jià)值的證件信息進(jìn)行采集，幾乎每一個(gè)一線邊檢機(jī)關(guān)的后臺(tái)實(shí)驗(yàn)室都配置了該儀器。

VSC6000/HS文檢儀可以測(cè)量反射、吸收、熒光、透射共四種光譜。入射光源與光譜類(lèi)型的對(duì)照關(guān)系如表1所示。

表1 VSC6000/HS文檢儀測(cè)量的光譜類(lèi)型

(二)顯微分光光度計(jì)

分光光度計(jì)，又稱(chēng)光譜儀，是一種將成分復(fù)雜的復(fù)合光，分解為單色光光譜線的光學(xué)儀器。根據(jù)分解的復(fù)合光的波長(zhǎng)范圍不同，分光光度計(jì)又分為紫外分光光度計(jì)，可見(jiàn)分光光度計(jì)(也稱(chēng)為比色計(jì))，紅外分光光度計(jì)(也稱(chēng)為原子吸收分光光度計(jì))，并且為了保證測(cè)量的精密度和準(zhǔn)確度，所有儀器應(yīng)按照國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程進(jìn)行定期校正檢定。

文檢儀VSC6000/HS，通過(guò)內(nèi)置光柵，將文件選定區(qū)域在當(dāng)前光源照射下的反射光細(xì)分為不同波長(zhǎng)的光，測(cè)量其在各個(gè)不同波長(zhǎng)的強(qiáng)度，并繪制成曲線，以便進(jìn)行進(jìn)一步的光譜分析操作。文檢儀采用光纖傳導(dǎo)技術(shù)，利用獨(dú)立光柵分光以及獨(dú)立CCD接收，能夠在400～1 000 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)光譜量化對(duì)比分析，并且由于光學(xué)分辨率可以達(dá)到3 nm，所以文檢儀的分光計(jì)也稱(chēng)為顯微分光光度計(jì)[5]。

顯微分光光度計(jì)是文檢儀的特色功能，利用它可以分析油墨的成分，查明添加涂改等偽變?cè)焓聦?shí)，是一種更加科學(xué)、客觀、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧炕葘?duì)分析方法[6]。本文接下來(lái)就通過(guò)光譜分析技術(shù)鑒定本文圖3所示的紫外熒光油墨成分，從而確定油墨的真正類(lèi)型。

四、試驗(yàn)分析

(一)試驗(yàn)過(guò)程

首先在紅色熒光反應(yīng)的位置上選取一個(gè)采樣點(diǎn)T，如圖5所示，采集該位置處的中波熒光光譜數(shù)據(jù)。

圖5 老鷹圖案采樣點(diǎn)選取

該采集過(guò)程如下：

1．選擇312 nm中波紫外光。

2．將光標(biāo)定位到T位置處，選擇文檢儀“顯微分光光度計(jì)”功能。

3．確定合適的放大倍數(shù)，并且測(cè)量黑色參考點(diǎn)。

4．測(cè)量熒光光譜數(shù)據(jù)，并命名為T(mén)-312。

接下來(lái)切換激發(fā)光源到365 nm長(zhǎng)波紫外光，重復(fù)1～4操作，測(cè)量采樣點(diǎn)的長(zhǎng)波熒光光譜，命名為T(mén)-365。

為了保證數(shù)據(jù)的客觀性和普遍性，在圖5中任選10個(gè)采樣點(diǎn)T1，T2，…，T10，分別測(cè)量他們的中波熒光光譜和長(zhǎng)波熒光光譜數(shù)據(jù)，表2給出了光譜曲線的對(duì)照關(guān)系。

表2 采樣點(diǎn)、激發(fā)光和光譜曲線數(shù)據(jù)的對(duì)照關(guān)系(老鷹)

接下來(lái)對(duì)10個(gè)采樣點(diǎn)的光譜數(shù)據(jù)求均值得到具有一般性的光譜數(shù)據(jù)，分別定義為T(mén)-365，T-312。

為了進(jìn)行與老鷹圖案進(jìn)行比對(duì)，接下來(lái)選擇紙張上365 nm長(zhǎng)波紫外光下呈現(xiàn)藍(lán)色熒光反應(yīng)，而在312 nm中波紫外光下無(wú)反應(yīng)的采樣點(diǎn)Z，換言之，采樣點(diǎn)Z是呈現(xiàn)藍(lán)色熒光反應(yīng)而非“老鷹”圖案的位置，也稱(chēng)紙張上一般位置，如圖6所示。

圖6 一般紙張采樣點(diǎn)選取

同樣為了保證數(shù)據(jù)的客觀性和普遍性，我們?cè)趫D6中任選10個(gè)采樣點(diǎn)Z1，Z2，…，Z10，根據(jù)1～4的步驟分別測(cè)量他們的中波熒光光譜和長(zhǎng)波熒光光譜數(shù)據(jù)，表3給出了光譜曲線的對(duì)照關(guān)系。

對(duì)10個(gè)采樣點(diǎn)的光譜數(shù)據(jù)求平均得到具有一般性的光譜數(shù)據(jù)，分別為Z-365，Z-312。

這樣就得到四條光譜數(shù)據(jù)，分別為T(mén)-312，T-365，Z-312，Z-365。下面就分別進(jìn)行光譜分析。

表3 采樣點(diǎn)、激發(fā)光和光譜曲線數(shù)據(jù)的對(duì)照關(guān)系(紙張)

(二)數(shù)據(jù)分析

接下來(lái)利用Matlab數(shù)據(jù)圖像分析軟件分析所得數(shù)據(jù)。

1．首先來(lái)看T-312和T-365，老鷹圖案位置在不同紫外光光源下的熒光光譜，如圖7所示。

圖7 T-312和T-365分析

通過(guò)圖7，可以發(fā)現(xiàn)：

(1)油墨被312 nm紫外光激發(fā)后獲得的曲線在630 nm存在峰值，該波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的顏色即為紅色。這也就解釋了為什么在312 nm激發(fā)光源下，油墨顯現(xiàn)出紅色熒光反應(yīng)，這印證了形態(tài)學(xué)檢測(cè)方法得到的現(xiàn)象。明顯的峰值表明，油墨中存在中波紫外熒光油墨，且被激發(fā)后呈現(xiàn)出紅色。

(2)油墨被365 nm紫外光激發(fā)后獲得的曲線在420～550 nm范圍呈現(xiàn)反應(yīng)，該波長(zhǎng)區(qū)間對(duì)應(yīng)的顏色即為藍(lán)色，這也與之前形態(tài)學(xué)檢測(cè)方法中出現(xiàn)的模糊的藍(lán)色圖案互相印證。但是是否表明存在長(zhǎng)波熒光油墨呢，還需要繼續(xù)分析。

2．其次來(lái)看T-365和Z-365，即在365 nm光源下，不同位置的長(zhǎng)波熒光光譜，如圖8所示。

圖8 T-365和Z-365分析

圖8中兩條曲線重合了，即老鷹位置的油墨在365 nm長(zhǎng)波紫外光激發(fā)下的反應(yīng)和紙張?jiān)?65 nm長(zhǎng)波紫外光激發(fā)下的反應(yīng)是一樣的。兩條曲線重合表明，藍(lán)色長(zhǎng)波熒光反應(yīng)并非是設(shè)計(jì)者對(duì)老鷹的獨(dú)特設(shè)計(jì)，而是來(lái)源于紙張，到這里基本上就可以判斷該老鷹圖案并不是雙波隱性熒光油墨。

進(jìn)一步分析光譜數(shù)據(jù)。圖7中的T-312曲線，在峰值的左側(cè)，存在很明顯的旁瓣。這個(gè)旁瓣說(shuō)明：在證件的制作過(guò)程中，先在證件紙張上印刷有熒光油墨的底紋，該油墨在365 nm長(zhǎng)波紫外光下呈藍(lán)色熒光反應(yīng)，然后在該長(zhǎng)波熒光油墨的上面，又印刷了老鷹圖案的熒光油墨，該油墨在312 nm中波紫外光下呈現(xiàn)紅色熒光反應(yīng)，由于兩種油墨疊印在一起，他們之間存在一定的影響。

3．最后來(lái)看T-312和Z-312，即在312 nm光源下，不同位置的中波熒光光譜，如圖9所示。

圖9 T-312和Z-312分析

通過(guò)圖9，清晰可見(jiàn)這兩條曲線存在明顯的差異，并且Z-312沒(méi)有峰值區(qū)域，強(qiáng)度也比較低，這表明紙張上的一般位置沒(méi)有中波熒光反應(yīng)，這也進(jìn)一步驗(yàn)證兩種波長(zhǎng)的熒光油墨是獨(dú)立存在的。

通過(guò)試驗(yàn)分析可以得出結(jié)論：(1)紙張采用長(zhǎng)波熒光油墨印刷，在365 nm紫外光下呈現(xiàn)藍(lán)色熒光反應(yīng)；(2)老鷹采用中波熒光油墨印刷，在312 nm紫外光下呈現(xiàn)紅色熒光反應(yīng)；(3)視覺(jué)上給人造成一種錯(cuò)覺(jué)，誤認(rèn)為在不同紫外光下，老鷹呈現(xiàn)不同的顏色。該老鷹圖案由于只采用了中波熒光油墨，并不存在隱藏的長(zhǎng)波熒光油墨，自然就不是“雙波隱性熒光油墨”，自此也就解決了本文一開(kāi)始提出的問(wèn)題。

五、結(jié)束語(yǔ)

雖然形態(tài)學(xué)檢測(cè)方法在以往的出入境證件防偽技術(shù)檢測(cè)中得到普遍使用，并且具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是我們也要意識(shí)到這種方法已經(jīng)不能滿足實(shí)際發(fā)展的要求，為此本文結(jié)合一個(gè)實(shí)際案例，借助專(zhuān)業(yè)的儀器設(shè)備，利用光譜分析技術(shù)，提出了量化比對(duì)分析方法，深入研究了疑似雙波隱性紫外熒光油墨，用數(shù)據(jù)揭開(kāi)謎團(tuán)。這也提醒我們觀察現(xiàn)象的同時(shí)，不要被表象所迷惑，應(yīng)該借助更科學(xué)、更客觀的方式進(jìn)行研究。