纖維物證檢驗的研究進展

何林 姜紅 石慧霞 李海燕

摘要：纖維是案件現場中最為常見的物證之一。目前，法庭科學領域對纖維物證的發現、提取以及檢驗方法等都取得了很大的進展。常用的方法有顯微鏡法、光譜法、色譜法、熱分析法等。紅外光譜成像技術、太赫茲時域光譜技術、核磁共振法、穩定同位素比質譜法等技術已經應用到實際檢驗中，并取得了較好的實驗結果。

關鍵詞：法庭科學；纖維物證；檢驗研究；進展

中圖分類號：TS101.3；DF793.2文獻標志碼：A文章編號：1009-265X（2018）03-0084-05Research Progress of Examination of Material Evidence of Fiber

HE Lin1， JIANG Hong1， SHI Huixia2， LI Haiyan2

（1.School of Criminal Science and Technology， Peoples Public Security University of China， Beijing

100038， China； 2.Institute of Forensic Science， Ministry of Public Security， Beijing 100038， China）Abstract：Fiber is one of the common material evidences found on crime scene. At present， great achievements have been made in identifying， extracting and testing fiber evidence in forensic science field. The common methods include microscopic method， spectroscopy， chromatography， thermal analysis and so on. Infrared spectroscopy imaging technology， terahertz timedomain spectroscopy， nuclear magnetic resonance method， and stable isotope ratio mass spectrometry have been applied in practical tests， and remarkable results have been obtained.

Key words：forensic science； fiber material evidence； examination research； progress

通信作者：姜紅，Email：jiangh2001@163.com纖維與人類的生活密不可分，據統計，60%的案件現場都可能提取到纖維物證。如交通肇事案中的汽車保險杠上附著的衣物纖維、入室盜竊案中犯罪嫌疑人留在門窗上的手套等殘留纖維、火場及爆炸現場遺留的紡織品燃燒殘留物和兇殺案件現場殘留的尸體包裝物殘片等。纖維物證是法庭科學領域最常見、也是重要的物證之一。對纖維物證進行及時準確的檢驗分析，可以為案件的偵破提供線索、指明方向、縮小偵查范圍，并能為案件的審理和法庭訴訟提供重要證據[1]。目前，許多國家的法庭科學實驗室都極為重視纖維物證檢驗方法的研究，有的實驗室已經形成了自己的纖維物證檢驗體系。各種新儀器和新方法也相繼被應用到纖維物證的提取和檢驗工作中。

本文對近年來有關纖維物證發現與提取的新方法、纖維物證的檢驗、纖維上染料的檢驗以及纖維上附著物的檢驗等一些新的研究進行了梳理，為完善中國法庭科學領域現有的纖維物證檢驗體系拓寬思路。

1纖維物證的發現與提取

在各類案件現場中都可能存在纖維物證，但隨著時間的推移和環境因素（如刮風、下雨）的影響，纖維物證極易發生轉移。一般認為，纖維物證在4 h左右可能移動或丟失。因此，在案件現場要及時發現并提取纖維物證，盡量避免和減少纖維物證的轉移。Siegel等[2]曾提出過“shedability”一詞，是指某種織物纖維轉移的可能性。文獻[2]也提到，有人通過使用模擬接觸裝置，獲得一些常見類型纖維轉移的可能性。結果顯示：羊毛纖維>丙烯酸纖維>棉纖維>粘膠纖維>滌綸纖維>尼龍纖維。同時，織物的結構和磨損程度也會影響其纖維的轉移。在現場對纖維物證的發現與提取過程中，綜合考慮以上因素，將對全面準確地提取案件現場中的纖維檢材有很大幫助。

通常情況下，現場遺留的纖維量極少且很難被發現，因此簡便有效的發現方法在實際案件中是非常必要的。在案件現場尋找發現纖維物證的方法通常有：肉眼觀察、利用強光照射并不斷變換光照的角度、或通過放大鏡來搜尋，發現后用鑷子夾取等。

纖維物證的提取方法有很多，具體要根據現場的情況、纖維物證的性狀以及勘查人員的水平來決定。一般有鑷子夾取法、膠帶粘取法、刮擦法和真空法等，無論采用哪種方法，都應以簡便、快速、高效、利于保存、便于后續檢驗為原則。其中膠帶粘取法是提取纖維物證的常用標準方法，一直以來最常用的是經過改進后的1∶1膠帶粘取法。對于一些無法利用膠帶進行提取的某些客體上的纖維，可以利用手術鉗或者鑷子在低功率顯微鏡下進行提取。這種方法比較費時，同時也可能因為纖維附著在與其顏色相近或者有凹槽（如彈簧刀）的客體未被發現。Keutenius等[3]針對從非紡織物客體上提取纖維物證的問題，研究了一種新的方法，即利用帶電荷的聚苯乙烯棒來提取纖維，成功率達到了99.1%。

2纖維物證的檢驗方法

法庭科學領域中纖維物證的檢驗，是對纖維物證進行分析的關鍵階段。纖維的檢驗就是利用物理、化學、生物和儀器分析的方法對纖維物證進行定性和定量分析，進而得出科學的檢驗鑒定結論[4]。顯微鏡法是利用顯微鏡觀察纖維的特征來進行鑒別的方法。主要使用的顯微鏡有立體顯微鏡和偏振光顯微鏡，其中立體顯微鏡可以觀察各種纖維的橫截面和縱截面形態，偏振光顯微鏡則可以觀察各種纖維干涉條紋的顏色。還有一種常用的電子顯微鏡技術，即掃描電鏡X射線能譜法，利用掃描電鏡X射線能譜儀既可以觀察纖維表面形態，同時又可對纖維中無機元素組成進行定性和半定量分析，其中掃描電鏡的放大倍數為10萬～30萬倍，遠遠超出光學顯微鏡。紅外光譜分析法是通過紅外光譜進行定性和定量分析的方法。由于各種基團都有特征的吸收峰，所以能夠獲得纖維物證的微觀結構信息，尤其對纖維物證進行比對檢驗更是具有重要作用。此外，裂解氣相色譜法也是鑒別纖維的有效方法，該方法鑒別分析物得到的數據可靠、樣品用量少、重現性好、靈敏度也很好。同時，裂解氣相色譜的譜圖更易解釋聚合物的組分和裂解產物的微小差別，有助于鑒別同種類有差別的聚合物，并在譜圖上很清晰地表示出一類纖維的成分信息。熱分析法是一類利用程序控制溫度，從而得到物質的物理性質與溫度的關系的技術。各種纖維在加熱時會發生物理變化，所以熱分析法廣泛應用于纖維物證的檢驗中。其中在纖維物證分析中應用較多的熱分析方法有差熱分析法、差示掃描量熱法和熱重法等。近年來也出現了一些具有應用前景的新方法。如利用原子力顯微鏡對織物損傷成因進行鑒別、將顯微X射線熒光光譜（MicroXRF）技術用于纖維的元素成分分析、將LAICPMS技術用于單根纖維的常規元素分析等。

李群逸等[5]將近紅外光譜成像技術應用到纖維物證的比對檢驗。實驗中利用近紅外光譜成像儀對制作好的樣本進行檢驗，通過電腦軟件獲取實驗樣本的影像，并利用軟件進行目標設定及賦值等，最終對得到的區分影像和曲線圖進行分析，從而可以確定哪根纖維與目標纖維相同。實驗結果表明，近紅外光譜成像技術具有操作簡便、可以有效減少人為因素的影響以及能夠較好地區分同一種類并且顏色相似或相同、但所用染料種類不同的纖維的優點。同時，也能夠保持纖維物證的原始形態。

曹丙花等[6]利用太赫茲時域光譜技術（THzTDS）對紡織品進行了檢驗研究。實驗中應用THzTDS系統對纖維樣品進行了檢驗，通過太赫茲波段的時域光譜信號，得到了纖維的太赫茲波段吸收系數光譜。并檢驗分析了幾種常見的合成纖維，得到實驗結果：滌綸纖維在0.98THz有明顯的吸收峰，錦綸纖維在1.51THz有明顯的吸收峰，維綸纖維在1.16 THz有明顯的吸收峰。另外，萊塞爾纖維、腈綸纖維和芳綸纖維的吸收光譜也存在明顯差異。說明太赫茲時域光譜技術可以應用到法庭科學領域對合成纖維的檢驗當中。

核磁共振法經常用來鑒別有機物的結構，伴隨著儀器功能的完善與加強，核磁共振技術不僅被用于鑒別有機小分子的結構，也越來越多地應用到對高分子材料的結構序列研究中。2D核磁共振技術使得直接測定混合物的結構及組成成為可能。查純喜等[7]將核磁共振法應用到對聚對苯二酸乙二醇酯（PET）和聚對苯二酸丙二醇酯（PTT）的混合纖維的檢驗研究中，并進行了定量分析。該方法將PET和PTT纖維的結構差別在核磁共振圖譜上進行了表征，根據聚酯纖維分子結構的微小差別研究了核磁共振特征，確定了能夠對PET和PTT定量的化學參數，同時也確立了定量分析模型，從而建立了可以對聚酯纖維進行準確的定量分析的方法。從法庭科學的角度來看，該方法在纖維物證的檢驗鑒定方面具有很大的應用價值。

為了打擊虛假申報棉花原產地的行為，Gentile等[8]利用穩定同位素比質譜法（IRMS）對棉花原產地進行了推斷研究。初步的研究結果顯示，利用13C、2H和18O的值可以對來自埃及、阿根廷、土耳其、烏茲別克斯坦的未染色棉花樣品進行區分。并通過實驗成功地利用穩定同位素比質譜法，區分了未經過加工的產于美國和其他國家的棉花樣品。但是這種技術也具有一定的局限性，在樣品量極少的情況下，該技術不太適用。為了解決這個問題，相關的研究人員提出了元素分析儀穩定同位素比質譜法。穩定同位素比質譜法能夠準確測量物質中輕元素的穩定同位素比值，比如13C/12C、18O/16O、15N/14N和34S/32S等。目前穩定同位素比質譜法已經在地質學、考古學、食品科學等領域得到了廣泛的應用，在地質變化、古生物遷徙、食品來源地甄別等方面發揮了重要作用。Daeid等[9]研究了來自幾個不同國家的棉纖維樣品中C、H、O穩定同位素的比值，并考察了其差異性，取得了比較滿意的實驗結果。

3纖維上染料的檢驗

為了確定提取到的纖維檢材與嫌疑樣本是否相同、是否為同一來源，除了對纖維的種類進行檢驗，還必須對纖維上的染料進行檢驗。因為，即使纖維的種類和顏色都相同，也可能存在所用染料的種類不同，或者是所用的染料是同一種類、但不同配比的情況。基于以上可能出現的情況，若只檢驗纖維的種類是不能得出準確結論的。同時，顏色的檢驗僅依靠肉眼觀察會存在一定的主觀性和局限性，因此，必須使用比較靈敏的儀器分析方法進行檢驗。目前，對纖維物證的染料進行檢驗分析主要有兩類方法，一類屬于無損檢驗，如光譜法（包括紫外可見光譜法、顯微分光光度法、紅外光譜法和拉曼光譜法等）；一類屬于有損檢驗，如色譜法（包括薄層色譜法、高效液相色譜法、毛細管電泳等）和質譜法（包括實時直接分析飛行時間質譜法和基質輔助激光解吸飛行時間質譜法，以及高效液相色譜/質譜和毛細管電泳/質譜等色質聯用分析方法[10]）。

其中，薄層色譜法、高效液相色譜法和高效液相色譜/質譜聯用法在法庭科學領域應用廣泛。薄層色譜法是一種對纖維上染料進行快速分離和定性分析的重要實驗技術，它是20世紀50年代從經典柱色譜法和紙色譜法基礎上發展起來的。針對各類的纖維染料，利用不同的展開劑體系可以對樣品進行展開、分離、定性，不僅可以對纖維中染料進行分析，還可以得到染料分子的詳細結構信息。Wiggins[11]利用薄層色譜法對各種合成纖維進行了檢驗分析。并通過與顯微分光光度法聯用將不同生產批次的染料進行了比較，發現不同種類纖維上的不同批次的染料比同一種類纖維上的不同批次的染料更容易鑒別。姜紅[12]將染料種類不同的滌/棉混紡纖維作為研究對象，利用薄層色譜法對樣品上染料的提取液進行了二次或多次層析，并且達到了在同一塊薄層板上進行分離鑒別的目的。由于對檢材需求量小且快速可靠，這種方法在法庭科學領域能夠有效地對滌/棉混紡纖維上的染料進行鑒定分析。李心倩等[13]則通過實驗得出了薄層色譜法可以有效地對顏色相同、染料不同的幾種合成纖維進行分析的結論。

目前，HPLC在法庭科學中也被廣泛應用于纖維染料提取液的檢驗分析。1992年，Suzuki等[14]報道了分散分離、酸性、陽離子、活性和直接染料的HPLC體系，每種染料都使用二級管陣列檢測器（PDA），分析了單根黑色纖維，這些染料都含不同顏色的幾種染料混合物。1994年，Speer等[15]使用HPLC法分辨腈綸纖維上的黑色堿性染料之間的色譜圖差別，并證明該法能夠鑒別不同生產廠家生產腈綸纖維上的黑色染料，還可以鑒別來自同一廠家但配比不同的同種黑色染料。史曉凡等[16]系統分析了192種分別使用了不同染料來染色的棉/滌混紡纖維上的染料提取液。實驗中采用反相HPLC法，既區分了顏色相同、染料種類不同的棉/滌混紡纖維，對由不同配比的同種類染料染成的相同顏色的棉/滌混紡纖維也可逐一區分。同時，所需檢材的量很小，甚至可以是1cm的單根纖維。溫雯等[17]通過HPLC標準曲線法定量分析了同一種類、配比不同的染料染色的滌綸纖維，實驗證明該方法可以應用于鑒別顏色相近的滌綸纖維上的染料。龔利斌等[18]也通過對HPLC法的實驗條件進行優化，定性、定量分析了滌綸纖維染色用的一種分散紅染料，該方法具有高效、可靠、穩定以及檢材需求量少等特點。

液相色譜質譜（LC/MS）技術是將液相色譜與質譜聯用來進行分析的方法。它是20世紀末發展起來的，中國于90年代開始應用，并且迅速發展，是當前質譜研究中最為活躍的領域。液相色譜廣泛應用于有機物的分析，特別是在物證檢驗方面具有較高的應用價值，可用于纖維上各種染料的分析、廢水中染料的分析、圓珠筆油墨染料的分析及爆炸物的分析等。Huang等[19]利用液相色譜質譜法鑒別了相同條件下紫外可見吸收光譜無法區分的染料。Lauren等[20]通過酸液和丙烯酸結合的方法分離并鑒別了13種分散染料和15種基本染料。這些實驗結果說明將LCMS應用于法庭科學領域纖維染料的檢驗分析是可行的。

近年來，法庭科學領域越來越重視表面增強拉曼散射光譜（SERS）技術，該技術在爆炸物探測和毒品分析等方面已取得了很大的進展[2124]。表面增強拉曼光譜普適性強、可以消除熒光干擾、信號增強明顯、對儀器沒有特殊要求，是眾多新拉曼技術中適用于痕量物質檢測的首選方法。因此，可以應用SERS技術對有色纖維進行檢驗。Brosseau等[25]用銀納米球陣列對多種纖維進行了原位無損的SERS檢測，成功分辨了一系列顏色相同、所用染料不同（如含有茜素紅、紅紫素、胭脂紅酸或紫膠染料等）的纖維樣品。王雅晨等[26]通過實驗研究了表面增強拉曼光譜技術對單根的有色纖維上的染料進行檢測的能力。實驗中以染料“分散紅17”、未經過染色處理的純棉纖維以及在模擬生產條件下用“分散紅17”染色的純棉纖維為研究對象，通過表面增強拉曼光譜表征了單根染色棉纖維中的染料信息。實驗結果顯示，染料“分散紅17”分別在1 000 cm-1、1 200 cm-1以及1 600 cm-1處有較強的拉曼散射，而未經染色處理的單根棉纖維卻沒有相應的拉曼峰。對經染色的棉纖維直接進行拉曼光譜表征，譜圖顯示其在1 200 cm-1、1 600 cm-1處有較弱的拉曼散射，而經過表面增強處理后，相應位置出現了明顯的拉曼峰。實驗結果表明，表面增強拉曼光譜應用于檢驗分析單根棉纖維上的染料以及法庭科學領域纖維物證的染料信息具有重大意義。

4纖維上附著物的檢驗

在法庭科學領域，對于纖維物證的檢驗研究不僅僅限于纖維本身，對纖維上的附著物進行檢驗也是非常重要的。2009年，West等[27]利用拉曼光譜對粘在纖維上的毒品顆粒進行了檢驗鑒定，并且完全排除了來自纖維自身的干擾。即使纖維在檢驗之前已經被粘膠帶粘取過，也可以得出譜圖；即使是被提取在物證袋中的附有毒品顆粒的纖維，也可以得到其拉曼譜圖。該方法無損檢材、可以反復進行實驗、無需前處理。

2016年，Heider等[28]通過對紡織物纖維附著物的檢驗鑒定，對纖維物證進行了溯源研究。紡織物在洗滌的過程中，洗滌劑中含有的熒光增白劑會被纖維吸附，而其在熒光光譜下具有獨特的標識。實驗中利用熒光顯微鏡，對7組經過7種不同洗滌劑洗滌過的紡織物上提取的單根纖維，進行了光譜特征研究。同時，利用主成份聚類分析法對纖維上殘留的洗滌劑進行了定性分析，也取得了令人滿意的實驗結果。

5結語

在法庭科學領域中，研究更為有效的單根纖維的檢驗方法，同種類纖維的進一步區分鑒別方法，以及纖維上染料的無損檢驗方法，以及將纖維的標準樣品和染料的標準樣品建成數據庫等工作，是非常必要的。同時，快速并準確地對提取到的纖維物證進行檢驗鑒定，才能更好地為公安機關偵查破案提供有力的幫助。

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