陸一帆，羅亞平

(中國(guó)人民公安大學(xué) 偵查學(xué)院，北京 100038)

茚二酮是一種雙環(huán)芳烴β-二酮類化合物，應(yīng)用于科學(xué)、工業(yè)眾多領(lǐng)域，在有機(jī)合成、醫(yī)藥和染料生產(chǎn)中常用作基質(zhì)。茚二酮衍生物及其類似物在醫(yī)學(xué)、化學(xué)和司法等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。1997年，Ramotowski在Jouille及其同事與美國(guó)特勤局提出以茚二酮作為滲透性客體手印顯現(xiàn)試劑[1]。茚二酮是茚三酮的類似物，顯現(xiàn)汗?jié)撌钟〉脑硎桥c汗液中的氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，氨基酸分子中的α-氨基和α-羧基在酸性和加熱條件下由于茚二酮作用發(fā)生氧化脫氫，與胺反應(yīng)形成亞胺，再脫羧降解生成2-氨基-1-茚酮，然后與過(guò)量茚二酮進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，生成橙色熒光絡(luò)合物，自然光下呈現(xiàn)淺粉色(焦利粉)，在綠光激發(fā)下透過(guò)橙色濾光片呈明亮的橙黃色[1-3]，可在激光或多波段光源照射下觀察并拍照提取。之后，各國(guó)研究人員對(duì)茚二酮作為手印顯現(xiàn)試劑的效果進(jìn)行了研究并成功應(yīng)用于實(shí)際案件。

1 茚二酮顯現(xiàn)潛在手印配方

潛在手印顯現(xiàn)技術(shù)多種多樣，茚二酮是滲透性客體表面汗?jié)撌钟〉某Ｓ蔑@現(xiàn)試劑之一。顯現(xiàn)需將茚二酮粉末配置成工作液，浸潤(rùn)客體后晾干，在一定條件下靜置或加熱[4-5]。目前各機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室工作液配方和顯現(xiàn)條件各不相同，可能歸因于氣候環(huán)境條件的差異和紙漿類型、添加劑種類以及紙張回收利用水平的區(qū)別。針對(duì)澳大利亞、新西蘭、美國(guó)、歐洲的主要手印研究團(tuán)隊(duì)和警察實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)調(diào)查顯示，各地茚二酮配方差異較大(見(jiàn)表1)。

1.1 茚二酮

用于手印顯現(xiàn)的茚二酮主要指1,2-茚二酮，研究人員也對(duì)茚二酮衍生物的作用進(jìn)行了探索。鄰近的環(huán)二酮類化合物也可用于潛在手印顯現(xiàn)，但是不及1,2-茚二酮及其許多單、二甲氧基衍生物的熒光性能優(yōu)越。4,5-二甲基-1,2-茚二酮在靈敏度和顯現(xiàn)牛皮紙上潛在手印的熒光效果方面優(yōu)于1,2-茚二酮。趙雅彬團(tuán)隊(duì)合成并應(yīng)用了5,6-二甲氧基-1,2-茚二酮，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示其效果優(yōu)于1,2-茚二酮，也有研究人員認(rèn)為1,2-茚二酮與5,6-二甲氧基-1,2-茚二酮均能較好顯現(xiàn)印刷品上的新鮮手印，效果大致相同。

表1 各地茚二酮配方[5]Table 1 Indanedione formulations in various places[5]

1.2 極性溶劑

為保證工作液的穩(wěn)定性，配置茚二酮工作液需加入極性溶劑。Wiesner研究了工作液pH值對(duì)顯現(xiàn)的影響，認(rèn)為不含乙酸的配方效果更好[6]。然而，多數(shù)機(jī)構(gòu)認(rèn)為乙酸是可以增強(qiáng)手印熒光的重要成分[7]。

甲醇在溶解茚二酮的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生半縮酮，該結(jié)構(gòu)的共軛程度較低，會(huì)使溶液呈現(xiàn)出更淺的顏色甚至無(wú)色(茚二酮粉末為黃色，不含醇類的工作液呈淡黃色)，含甲醇的茚二酮試劑在480 nm處的吸光度峰值顯著降低也證實(shí)了這一點(diǎn)[7-8]。半縮酮可以促進(jìn)茚二酮與氨基酸的反應(yīng)正向進(jìn)行，從而提髙含甲醇配方的顯現(xiàn)效率和手印的熒光亮度，但是阻礙了焦利粉反應(yīng)產(chǎn)物的形成，顯現(xiàn)出的手印痕跡在自然光下呈現(xiàn)極淺的粉色。乙醇在溶解茚二酮的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生半縮酮，因產(chǎn)量較小對(duì)反應(yīng)的促進(jìn)作用不大，但是乙醇極性小，可以保護(hù)檢材，相反甲醇極性較大，過(guò)量甲醇會(huì)導(dǎo)致手印紋線擴(kuò)散，影響后續(xù)鑒定工作[9]。

1.3 載體溶劑

載體溶劑在茚二酮工作液中占比最高，《茚三酮顯現(xiàn)潛在手印方法的評(píng)估》[10]中指出，必須優(yōu)先選用對(duì)健康和環(huán)境危害盡可能小的載體溶劑，所以應(yīng)避免使用環(huán)己烷和石油醚等。各類相對(duì)安全環(huán)保的載體溶劑也被陸續(xù)引入茚二酮工作液。

研究人員提出用不易燃且相對(duì)環(huán)保的HFE 7100(九氟丁基甲醚)、HFC 4310mee(1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-十氟戊烷)和HFE 71de(HFE 7100和1,2-二氯乙烯的混合物)替代原載體溶劑。各新興載體溶劑對(duì)靈敏度、穩(wěn)定性和熒光亮度的影響存在爭(zhēng)議，多數(shù)研究認(rèn)為HFE 7100=HFE 71de>HFC 4310mee>石油醚。但是Bicknell的實(shí)驗(yàn)顯示石油醚比HFE 7100效果好，焦利粉顏色更深、熒光亮度更強(qiáng)并且成本更低[11]。HFE 71de相比其他兩種溶劑會(huì)溶解沖散更多油墨，對(duì)書寫、印刷的檢材造成破壞，并且含有1,2-二氯乙烯(對(duì)人體有毒性)[12]，目前HFE 7100是綜合評(píng)價(jià)最高的茚二酮載體溶劑。

由于含氟溫室氣體造成的全球變暖效應(yīng)，歐盟考慮對(duì)部分氫氟酸溶劑實(shí)施禁令，關(guān)于含氟溫室氣體的歐洲議會(huì)和歐盟理事會(huì)法規(guī)(EU)NO 517/2014已于2015年1月1日正式實(shí)施，HFE 7100作為附件二所列具有全球變暖潛能值的“其他氟化溫室氣體”，雖未被禁用，但生產(chǎn)、進(jìn)出口等都受到了一定限制。Olszowska等團(tuán)隊(duì)已證明全球變暖潛能值更低的Solstice-PF替代HFE 7100具有可行性[13-14]。

1.4 鋅化

英國(guó)、澳大利亞、美國(guó)等都提出鋅鹽進(jìn)一步處理茚二酮工作液浸潤(rùn)過(guò)的檢材可以提高靈敏度，也可以增強(qiáng)手印熒光[11,15-16]。澳大利亞的研究人員嘗試直接在茚二酮工作液中加入鋅鹽(氯化鋅或硝酸鋅)以簡(jiǎn)化鋅化步驟，也取得了良好的手印顯現(xiàn)效果：靈敏度更高、熒光亮度更強(qiáng)[12]，鋅鹽還可以提高試劑的穩(wěn)定性，降低顯現(xiàn)對(duì)環(huán)境相對(duì)濕度的依賴[17-18]。茚二酮和潛在手印氨基酸之間的反應(yīng)對(duì)環(huán)境濕度非常敏感，少量鋅離子(茚二酮和鋅的摩爾比為1∶25～1∶4)可以以路易斯酸的形式作為茚二酮與氨基酸反應(yīng)的催化劑，在較低相對(duì)濕度環(huán)境下，穩(wěn)定限速水解過(guò)程中關(guān)鍵中間體1,3-偶極子水解轉(zhuǎn)化為2-氨基-1-茚酮，增強(qiáng)手印顯現(xiàn)效果，相對(duì)濕度較高時(shí)，催化作用不明顯。同時(shí)鋅離子可以通過(guò)穩(wěn)定作為反應(yīng)產(chǎn)物的熒光團(tuán)，提高熒光手印的持久性[3]。Bicknell測(cè)得茚二酮/鋅工作液在3個(gè)月內(nèi)可以保持穩(wěn)定[11]，非鋅化工作液的有效期長(zhǎng)達(dá)1年，保質(zhì)期大大降低是鋅化試劑的缺點(diǎn)，可通過(guò)將茚二酮與鋅鹽試劑分別保存、用時(shí)混合來(lái)解決。Berdejo則認(rèn)為在茚二酮中添加氯化鋅并不能進(jìn)一步改善熒光手印顯現(xiàn)效果[19]。

2 茚二酮顯現(xiàn)潛在手印處理?xiàng)l件

2.1 溫度和濕度

最初茚三酮處理的檢材通常需要在室溫下放置多天才能顯現(xiàn)出手印，20世紀(jì)70年代初，檢驗(yàn)人員開(kāi)始使用蒸汽熨斗加熱加濕茚三酮處理過(guò)的檢材，多方實(shí)驗(yàn)最終確定茚三酮顯現(xiàn)潛在手印最佳處理?xiàng)l件是80 ℃和相對(duì)濕度65%[7]。

在茚二酮的應(yīng)用研究中，可能由于氣候變化導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)環(huán)境差異，來(lái)自不同國(guó)家、同一國(guó)家不同地區(qū)研究人員的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不盡相同。各地多數(shù)要求對(duì)晾干后的檢材進(jìn)行加熱處理，但是對(duì)是否加濕要求不一致。英國(guó)傾向于在0%相對(duì)濕度下100 ℃加熱，相對(duì)濕度60%及以上或者溫度超過(guò)120 ℃都會(huì)減弱手印熒光，低至20 ℃長(zhǎng)時(shí)間放置，茚二酮和氨基酸的反應(yīng)也可以順利進(jìn)行[7]。在以色列，加熱和60%相對(duì)濕度加濕是最佳顯現(xiàn)條件[20]，另有以色列研究人員發(fā)現(xiàn)將檢材冷卻到液氮溫度能顯著增強(qiáng)手印熒光[6]。在澳大利亞和新西蘭環(huán)境條件下，用熱壓板加熱比用烘箱加熱具有更好的熒光效果，最佳條件是160～165 ℃的熱壓板加熱10 s，同時(shí)建議使用茚二酮-茚三酮-物理顯影液的順序顯現(xiàn)紙張上的潛在手印。將檢材浸潤(rùn)在工作液中兩次并延長(zhǎng)加熱時(shí)間，也可以增強(qiáng)紙張上手印的顏色和熒光。顯然茚二酮顯現(xiàn)手印有必要根據(jù)環(huán)境確定處理?xiàng)l件。

水分是手印顯現(xiàn)的關(guān)鍵，茚二酮與氨基酸的反應(yīng)能否順利進(jìn)行在很大程度上取決于環(huán)境的相對(duì)濕度[3]。高濕度會(huì)導(dǎo)致氨基酸擴(kuò)散，所以氨基酸靈敏試劑不適用于被浸泡過(guò)的檢材，也不適用于保存在高濕度環(huán)境下的陳舊檢材，接近紙張飽和的高濕度也會(huì)導(dǎo)致焦利粉水解降解為1,2-茚二酮或茚二酮衍生物，降低顯現(xiàn)靈敏度。當(dāng)相對(duì)濕度在60%以下時(shí)，茚二酮與氨基酸的反應(yīng)相對(duì)較差，顯現(xiàn)效果大大降低[18]。低濕度條件下，特別是在工作液中不添加氯化鋅的情況下，70～100 ℃長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)導(dǎo)致生成非熒光低聚物，影響手印熒光亮度。有鋅鹽加入的工作液會(huì)減少相對(duì)濕度、紙張含水量和環(huán)境的局部波動(dòng)對(duì)顯現(xiàn)反應(yīng)的影響。當(dāng)茚二酮與氯化鋅的摩爾比為1∶25～1∶5時(shí)，茚二酮與氨基酸的反應(yīng)速率與在70%相對(duì)濕度以上時(shí)的反應(yīng)速率相同[3]，摩爾比接近1∶1時(shí)不能改善手印熒光，且對(duì)生成焦利粉的反應(yīng)有不利影響。這些結(jié)論在一定程度上解釋了世界各地研究人員關(guān)于茚二酮作為手印顯現(xiàn)試劑的有效性和處理?xiàng)l件的結(jié)果相互矛盾。

2.2 承痕客體

承痕客體在茚二酮與氨基酸之間的反應(yīng)中起著多種作用。紙張基質(zhì)中纖維素的作用類似于表面催化劑，穩(wěn)定早期反應(yīng)的中間體，還能將水分子固定在反應(yīng)位點(diǎn)附近[3,8]，通過(guò)氫鍵相互作用促進(jìn)焦利粉的形成，進(jìn)一步提高反應(yīng)速率、增強(qiáng)熒光；纖維素對(duì)熒光產(chǎn)物也有穩(wěn)定作用，可以延緩焦利粉的降解。多數(shù)商務(wù)票據(jù)紙張中所含微量金屬可以作為路易斯酸催化劑，以與鋅離子相同的方式促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行[21]。

2.3 熒光效果

茚二酮處理后的檢材需特定光源激發(fā)出反應(yīng)產(chǎn)物的熒光，再使用OG590長(zhǎng)通濾光片觀察手印，460,532,577 nm光源均可以激發(fā)出強(qiáng)烈熒光，其中532 nm效果最好，手印熒光強(qiáng)且與背景反差較大[22]。氨基酸種類對(duì)光譜沒(méi)有影響，各類氨基酸的吸收光譜和熒光光譜是一致的。茚二酮與氨基酸的反應(yīng)產(chǎn)物易光解，經(jīng)茚二酮顯現(xiàn)的手印在黑暗中保存時(shí)間更長(zhǎng)，在室溫條件下比較穩(wěn)定，降解緩慢，其熒光在第一周開(kāi)始下降，并在近兩周內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定水平[23]。

3 茚二酮顯現(xiàn)潛在手印的應(yīng)用

3.1 對(duì)DNA的影響

接觸DNA檢驗(yàn)是當(dāng)前DNA檢驗(yàn)最常見(jiàn)的類型[24]，在顯現(xiàn)潛在手印之前收集接觸DNA可能會(huì)破壞手印痕跡[25]，對(duì)潛在手印進(jìn)行一定處理后能更準(zhǔn)確地定位接觸位置、確定提取點(diǎn)，所以需要在盡可能不破壞DNA的情況下顯現(xiàn)潛在手印[26]。茚二酮工作液成分不會(huì)對(duì)DNA造成損害，但是顯現(xiàn)操作過(guò)程會(huì)遺失少量DNA。所以茚二酮處理對(duì)提取接觸DNA造成的影響主要體現(xiàn)在PCR定量，Haneul采用茚二酮顯現(xiàn)煙蒂上的汗?jié)撌钟『筮M(jìn)行DNA提取和實(shí)時(shí)熒光定量PCR，與對(duì)照組相比DNA恢復(fù)量減少了27%[27]。但是茚二酮處理能顯現(xiàn)接觸點(diǎn)的精確位置并且不破壞STR分型[28]，Galinsky使用茚二酮處理紡織物，近86%的檢材顯現(xiàn)出熒光區(qū)域，為檢驗(yàn)接觸性疑難檢材提供了新的思路：使用茚二酮定位接觸區(qū)域，確定位置集中采集DNA[29]。

茚二酮處理和DNA提取的時(shí)間間隔對(duì)提取分析成功率影響較大，茚二酮處理后需盡快提取DNA，經(jīng)處理的手印6 d內(nèi)可以檢測(cè)到完整的DNA圖譜[30]。

3.2 其他顯現(xiàn)方法比較聯(lián)用

顯現(xiàn)滲透性客體汗?jié)撌钟〉幕瘜W(xué)顯現(xiàn)法包括硝酸銀、茚三酮、茚二酮、DFO和物理顯影液等。硝酸銀法對(duì)曝光有較高要求，所以較少使用。茚三酮、茚二酮、DFO的顯現(xiàn)原理都是與手印中的氨基酸、多肽以及蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，能顯現(xiàn)遺留時(shí)間較長(zhǎng)的汗?jié)撌钟?，是顯現(xiàn)滲透性表面手印常用的試劑，其中DFO和茚二酮都是常見(jiàn)的熒光試劑[4]。

案件中物理顯影液的手印顯現(xiàn)率高于茚二酮，但是物理顯影液操作復(fù)雜且會(huì)破壞DNA結(jié)構(gòu)[31]。自然光觀察已處理的汗?jié)撌钟r(shí)，茚三酮比茚二酮和DFO效果更好，因?yàn)槠涫钟☆伾?，與背景反差較大。最初茚二酮合成困難，導(dǎo)致其可用性有限，在未鋅化和確定最佳顯現(xiàn)條件之前，同為熒光試劑的DFO比茚二酮普及率更高。茚二酮處理導(dǎo)致的底物染色程度比DFO低，但是多數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示DFO的顯現(xiàn)效果優(yōu)于當(dāng)時(shí)的茚二酮。

茚二酮工作液配方和顯現(xiàn)條件進(jìn)一步優(yōu)化后，在大多數(shù)底物上顯現(xiàn)的手印質(zhì)量都高于茚三酮和DFO[6,19,32-37]，顯出率比茚三酮高46%[6]，熒光亮度甚至可以達(dá)到DFO處理的四倍[11]。2002年，茚二酮通過(guò)總部位于荷蘭的BVDA International公司進(jìn)入市場(chǎng)，合成方法優(yōu)化使原料稀缺問(wèn)題得到解決。至此，茚二酮在顯現(xiàn)滲透性客體手印的順序中可以同時(shí)取代茚三酮和DFO。

推薦滲透性客體汗?jié)撌钟★@現(xiàn)順序?yàn)楣鈱W(xué)方法顯現(xiàn)-茚二酮-茚三酮-物理顯影液。因陳舊手印氨基酸擴(kuò)散，靈敏度高的茚二酮反而不易顯現(xiàn)出清晰紋線，有時(shí)候茚三酮的后處理可以得到更符合鑒定要求的手印，茚三酮的魯赫曼紫會(huì)完全吸收熒光，所以茚三酮應(yīng)在茚二酮之后使用。茚二酮顯現(xiàn)后用茚三酮處理與單一使用茚三酮處理相比，前者的茚三酮對(duì)氨基酸的消耗更大，原因之一可能是在茚二酮第一次處理過(guò)程中，沉積的氨基酸與紙張之間的物理連接減弱，使這些氨基酸更容易與茚三酮反應(yīng)，這種雙重應(yīng)用顯著提高顯現(xiàn)紙張上潛在手印的成功率[38]。茚二酮對(duì)滲透性客體上的潛血手印也具有良好的顯現(xiàn)效果，顯現(xiàn)新鮮血潛手印茚二酮的效果優(yōu)于DFO和茚三酮，顯現(xiàn)遺留7 d以上的潛血手印則DFO靈敏度更高。

3.3 疑難客體顯現(xiàn)

茚二酮是單氨基酸靈敏試劑顯現(xiàn)汗?jié)撌钟〉膫鹘y(tǒng)方法中最有效的，在牛皮紙和紅色書寫紙張上的顯現(xiàn)效果相對(duì)較差，適合復(fù)雜背景滲透性客體(無(wú)熒光性質(zhì))上的含氨基酸手印的顯現(xiàn)處理，在顯現(xiàn)疑難客體手印方面表現(xiàn)優(yōu)異。

Michal使用茚二酮成功顯現(xiàn)火車票(以色列)上的潛在手印，由于熱敏材料受熱發(fā)黑，在使用茚二酮工作液浸泡晾干后需常溫靜置12 h以上[39]；李力使用不含醇的茚二酮工作液處理熱敏紙，可以在紙張不變黑的情況下顯現(xiàn)手印[40]；Sungwook用PVP(聚乙烯吡咯烷酮)與鋅化茚二酮聯(lián)用，制備出顯現(xiàn)熱敏紙表面潛在手印的最佳配方[41]。易祥冰用多種方法對(duì)硅油紙張上的潛在手印進(jìn)行顯現(xiàn)，其中茚二酮配合激光器顯現(xiàn)效果最佳。任建新測(cè)得茚二酮工作液處理后衛(wèi)生紙和熱敏紙的最佳處理溫濕度均低于白紙、牛皮紙和報(bào)紙[42]。王聰使用茚二酮成功顯現(xiàn)流通和未流通的人民幣上的潛在手印[43]。茚二酮還是顯現(xiàn)血潛手印化學(xué)方法順序的首選之一。

茚二酮在真空條件下可以應(yīng)用于非滲透客體，也成功顯現(xiàn)手套內(nèi)側(cè)的手印，但是效果較差[44]，相比非滲透性客體專用顯現(xiàn)方法，不建議使用茚二酮。

4 結(jié)論和展望

滲透性客體上比非滲透性客體上更容易顯現(xiàn)出潛在手印[45]，茚二酮法作為一種潛在手印顯現(xiàn)方法，能夠應(yīng)用于大多數(shù)滲透性客體上潛在手印的顯現(xiàn)。自1997年應(yīng)用于手印顯現(xiàn)至今，已經(jīng)憑借靈敏度高、熒光效果好、操作簡(jiǎn)便、可應(yīng)用于復(fù)雜背景客體等優(yōu)勢(shì)在各國(guó)警察部門得到廣泛應(yīng)用，茚二酮不影響接觸DNA分型以及對(duì)接觸痕跡的有效顯現(xiàn)，為集中采集DNA提供了條件。1,2-茚二酮、甲醇、乙酸、HFE 7100、鋅鹽都是提高顯現(xiàn)效果的有效工作液成分，加熱加濕是應(yīng)用廣泛的后處理方式。

國(guó)內(nèi)關(guān)于茚二酮顯現(xiàn)潛在手印的相關(guān)研究開(kāi)展較晚，應(yīng)用研究遠(yuǎn)多于對(duì)原理、優(yōu)化、最佳顯現(xiàn)條件的探究。盡管茚二酮已被澳大利亞、英國(guó)等列為滲透性客體潛在手印顯現(xiàn)的第一順位方法，其在國(guó)內(nèi)的普及前景尚不明朗。氣候環(huán)境條件對(duì)茚二酮的顯現(xiàn)效果有較大影響，尚未有團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究茚二酮在國(guó)內(nèi)氣候環(huán)境下的最佳配方條件、后處理?xiàng)l件；工作液處理后需要激發(fā)操作，基層單位多波段光源或激光器配置較少；都是茚二酮無(wú)法在國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)勘查機(jī)構(gòu)推廣的原因。研發(fā)、優(yōu)化出易于操作、保質(zhì)期長(zhǎng)、安全環(huán)保的茚二酮工作液配方，確定適用于國(guó)內(nèi)環(huán)境的處理?xiàng)l件，是茚二酮顯現(xiàn)技術(shù)未來(lái)應(yīng)用于國(guó)內(nèi)潛在手印顯現(xiàn)的發(fā)展方向。