現場手印顯現的加濕裝置研究＊

朱東禎，溫紹超，孫明正，王冠楠，劉凡磊，薛 靜

（1.德州市公安局物證鑒定研究中心，山東 德州253000；2.公安部物證鑒定中心，北京100038）

1 前言

刑事案件現場出現遺留時間較長的陳舊手印的概率較高。手印物質主要由汗液跟污垢組成，其中汗液的主要成分有水、無機鹽、有機物。手印遺留時間長或遺留在干燥環境，其水分容易蒸發，降低了對粉末的吸附力，從而使陳舊手印難以被提取。傳統現場勘驗過程中一般采用“哈氣法”對干燥的汗液手印進行處理，此方法具有簡單、快速、效果明顯等優點，但是其污染DNA 的弊端也是極其致命的。本課題希望研發出應用于現場勘驗的加濕效果至少達到與哈氣法相同效果的加濕裝置。

2 原理探究

哈氣法主要是針對非滲透性客體上遺留的汗液手印或者灰塵手印，非滲透性客體上遺留的手印主要成分是水、無機鹽、有機物等物質，在遇到高于環境溫度的水蒸氣時其吸水性與客體本身存在差異且水蒸氣在手印上與客體上的液化速度不同，而哈氣的溫度往往高于環境溫度且濕度很大，所以非滲透性客體上遺留的手印在遇到哈氣時會得到很好顯現。所以要解決兩個問題，即產生水蒸氣以及使水蒸氣溫度高于環境溫度。

3 市場調查

現有的成熟的水的氣化方法主要有超聲波霧化、電極霧化、干蒸汽霧化、空氣壓縮霧化、紅外線霧化以及濕膜氣化等，主要產品有各類加濕器、霧化器以及掛燙機等。

因最終目標要求體積要小且便攜，注定功率不宜過大，首先排除掛燙機、干蒸汽霧化器這一類功率、體積均較大的設備所用原理，隨后購買了多種便攜式空氣加濕器進行下一步實驗。使水蒸氣的溫度高于環境溫度，有兩條思路：①直接加熱水，然后霧化熱水產生高溫水蒸氣；②加熱霧化后的水蒸氣。市面上較成熟的加熱方式，主要有加熱片或加熱棒加熱、微波加熱以及電熱膜加熱?？紤]到無論采用哪種加熱方式去加熱已經霧化的水蒸氣均需要較大的功率以及能耗，明顯不符合便攜等要求，因此采用第一條思路來進行下一步實驗。

表1 超聲波霧化方式下，遺留在玻璃上的陳舊手印的顯現速度

4 實際驗證

因采用思路①進行實驗，暫時略過加熱這一步驟，直接將熱水加入霧化器進行實驗，選用體積較小的霧化器進行實驗，并選取兩種效果較好的一種進一步論證。

室溫為20 ℃時，分別將高于環境溫度10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃（最高不得超過95 ℃）的水加入霧化器，分別對遺留在玻璃、鋁合金、涂漆的木板上遺留時間為3 個月、半年、一年的陳舊手印進行實驗，對其顯現速度進行對比。實驗結果如表1、表2、表3 所示。

4.1 超聲波霧化器

4.1.1 玻璃

超聲波霧化方式下，遺留在玻璃上的陳舊手印的顯現速度如表1 所示。

4.1.2 鋁合金

超聲波霧化方式下，遺留在鋁合金上的陳舊手印的顯現速度如表2 所示。

表2 超聲波霧化方式下，遺留在鋁合金上的陳舊手印的顯現速度

4.1.3 涂漆的木板

超聲波霧化方式下，遺留在涂漆的木板上的陳舊手印的顯現速度如表3 所示。

表3 超聲波霧化方式下，遺留在涂漆的木板上的陳舊手印的顯現速度

經過一輪實驗發現，利用以上參數均能成功顯現手印并不破壞DNA 檢出，但在實驗過程中也發現一些問題。首先溫度越高顯現速度越快，但在持續噴霧的情況下溫度越高手印模糊速度越快，在水溫高于室溫30 ℃的情況下，持續噴霧5 s，手印上會形成大顆粒水滴紋線開始模糊，持續噴霧10 s 手印手印基本化作一攤水漬失去價值。與人體哈氣直接進行對照實驗發現，人體哈氣不存在上述情況，減小噴霧量后以上情況發生的時間會延長但仍然存在，且顯現速度會變慢。實驗數據表明，雖然能達到一定效果，但不理想。

4.2 空氣壓縮霧化器

空氣壓縮霧化方式下，遺留在玻璃、鋁合金、涂漆的木板上的陳舊手印的顯現速度如表4、表5、表6 所示。

4.2.1 玻璃

空氣壓縮霧化方式下，遺留在玻璃上的陳舊手印的顯現速度如表4 所示。

表4 空氣壓縮霧化方式下，遺留在玻璃上的陳舊手印的顯現速度

4.2.2 鋁合金

空氣壓縮霧化方式下，遺留在鋁合金上的陳舊手印的顯現速度如表5 所示。

4.2.3 涂漆的木板

空氣壓縮霧化方式下，遺留在涂漆的木板上的陳舊手印的顯現速度如表6 所示。經過一輪實驗發現空氣壓縮霧化方式所產生的效果與超聲波霧化方式產生的效果基本一致，但空氣壓縮霧化器相對超聲波霧化器能耗、體積更大。

表5 空氣壓縮霧化方式下，遺留在鋁合金上的陳舊手印的顯現速度

表6 空氣壓縮霧化方式下，遺留在涂漆的木板上的陳舊手印的顯現速度

5 進一步探究與驗證

經過實驗發現，利用各種加濕器大部分都能顯現出光滑非滲透性客體上遺留的陳舊手印，且對DNA 檢出沒有影響，但是顯現的手印比較粗糙，不如哈氣顯現出的手印細膩，造成部分細節特征缺失。

對人體哈氣原理進行進一步探究，人體的肺部產生蒸汽主要是因為大量的肺泡加大了水與空氣的接觸面積，而呼吸動作則加大了空氣的流通量，從而極大加快了水蒸氣的產生。

為了更好實現手印加濕裝置的所要達到的目標，對人體產生水蒸氣的過程進行了模擬。首先在儲水罐中加入吸水棉擴大水與空氣的接觸面積，并將水加熱；其次通過風扇將大量空氣吹到吸水棉上；最后將所產生的水蒸氣通過蒸汽導出管吹到手印上。實驗結果如表7、表8、表9 所示。

5.1 玻璃

模擬人體產生水蒸氣的過程中，遺留在玻璃上的陳舊手印的顯現速度如表7 所示。

表7 模擬人體產生水蒸氣的過程中，遺留在玻璃上的陳舊手印的顯現速度

5.2 鋁合金

模擬人體產生水蒸氣的過程中，遺留在鋁合金上的陳舊手印的顯現速度如表8 所示。

5.3 涂漆的木板

模擬人體產生水蒸氣的過程中，遺留在涂漆的木板上的陳舊手印的顯現速度如表9 所示。

通過實驗發現，采用此種方式相對于其他霧化方式所達到的效果更接近人哈氣的效果，顯現的手印更細膩清晰，在任何溫度下吹氣5 s 手印不會因形成大顆粒水滴變模糊，對DNA 無損害、無污染，可以達到預期效果。

表8 模擬人體產生水蒸氣的過程中，遺留在鋁合金上的陳舊手印的顯現速度

表9 模擬人體產生水蒸氣的過程中，遺留在涂漆的木板上的陳舊手印的顯現速度

同時使用直接加熱水、用交流電加熱以及依靠電池加熱三種方式，可以根據不同情況采取不同的加熱方式，且均能達到預期效果。

6 產品定型

6.1 產品改進

對市面上相似功能的設備進行調查，發現這些設備均存在體積大、能耗高、質量大、價格高等弊端，所以在產品定型過程中充分考慮相關因素并做出了如下改進。

6.1.1 減小體積

電路板縮小了體積，減小設備厚度；大電流固態繼電器更換為體積更小的繼電器；減小儲水罐與外壁的間隙使其整體變細；減小了蒸汽導出管體積。

6.1.2 其他改進

裝置前端增加白光照明光源：燈光方向與出霧方向相同，距離物證15～20 cm，光斑直徑5～10 cm。儲水罐側面增加透明窗從而觀察水量變化。儲水罐頂部加裝蝶閥，保證密封性。儲水罐的材質由鋁合金變為聚氨酯材料，保溫隔熱。陶瓷加熱片變為加熱棒（以前陶瓷加熱片加熱鋁合金儲水盒來間接加熱水），加熱棒直接放到水里，增加了加熱效率。在達到相同效果的情況下，盡量采用價格相對低廉的材料，嚴格控制成本。

6.2 成型產品主要技術參數

溫度設定范圍為30～95 ℃。溫度設定精度為0.1 ℃。儲水罐容量為100 mL。加熱方式為12 V 直流加熱及220 V交流加熱。加熱功率為12 V、40 W，220 V、150 W。電池容量為12.6 V、3 400 mAh。電池續航時間（連續加熱時間）為1.2 h。電池充滿電時間為1.5 h。從30 ℃加熱至80 ℃時間：12 V 加熱用時20 min，220 V 加熱用時6 min。設備質量為1.2 kg。

6.3 產品圖紙及成品圖片

產品圖紙及成品圖片如圖1、圖2 所示。

圖1 產品圖紙

圖2 產品成品圖片

7 成品效果檢驗

將設備做出樣品后進行了產品的效果檢驗，利用這一裝備對玻璃、鋁合金以及光滑涂漆的木板面上的遺留時間為三個月、半年、一年的手印進行顯現，顯現效果良好，紋線細膩、清晰且短時間內不會破壞指紋結構，DNA 均能檢出且無污染，綜合效果超出哈氣法。木板、鋁合金以及玻璃上的指紋顯現效果圖分別如圖3、圖4、圖5 所示。

圖3 木板上的指紋顯現效果圖

圖4 鋁合金上的指紋顯現效果圖

圖5 玻璃上的指紋顯現效果圖