簡介

刑偵勘察通常可能需要通過多種技術(shù)對極小樣本進(jìn)行分析。共聚焦顯微拉曼和光致發(fā)光（PL）是處理這類樣品的非常合適的技術(shù)。這種技術(shù)只需要微量的樣品，并且是非破壞性和非接觸式的，這意味著還可以使用互補(bǔ)的技術(shù)進(jìn)一步分析樣品。這種技術(shù)無需樣品制備，獲得的結(jié)果可以提供樣品成分的化學(xué)和空間信息。本應(yīng)用說明詳細(xì)介紹了如何將顯微拉曼和PL用作刑偵勘察領(lǐng)域的分析工具。

材料和方法

所有實(shí)驗(yàn)均使用RM5或RMS1000顯微拉曼光譜儀進(jìn)行。這兩款光譜儀本質(zhì)上都是真正的共聚焦，并提供一系列激發(fā)波長，以涵蓋刑偵勘察領(lǐng)域的所有應(yīng)用。

圖1. RMS1000和RM5顯微拉曼光譜儀

RM5Z多可容納3個(gè)內(nèi)置激光器，RMS1000Z多可容納5個(gè)內(nèi)置激光器，還可增加額外的外部激光器。對于這些研究，使用了532 nm、638 nm和785 nm激光器，并選擇合適光柵來適配激光器，這兩款儀器每個(gè)光譜儀都能夠容納多達(dá)5塊計(jì)算機(jī)控制的光柵。在每個(gè)示例中，使用背照式CCD獲取拉曼和PL光譜。使用RM5和RMS1000的Ramacle操作軟件生成數(shù)據(jù)圖，以提供對樣品成分和分布的深入了解。

指紋

雖然指紋Z常用于識別個(gè)人，但它也被證明可用于鑒別微量化學(xué)殘留物。當(dāng)某人留下指紋時(shí)，也通常會留下皮膚上沉積的油脂。此外，也可能會轉(zhuǎn)移少量固體，表明該人Z近接觸或處理過什么。指紋的調(diào)查方式可以揭示任何痕量的非法物質(zhì)，例如毒品或爆 炸物。例如，用肉眼看，科學(xué)家的手上沒有粉末，為了證明這位科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中處理了少量粉碎的撲熱息痛，我們在一些鋁箔上留下了他的指紋。然后將指紋放在配備 785 nm 激光器的 RM5 顯微鏡下進(jìn)行研究。

圖2. 鋁箔上含有痕量撲熱息痛指紋的拉曼成像圖。拉曼成像結(jié)果被著色為熱力圖，紅色區(qū)域是在90 cm-1左右拉曼強(qiáng)度較高區(qū)域，撲熱息痛的標(biāo)準(zhǔn)譜峰，藍(lán)色區(qū)域標(biāo)示沒有撲熱息痛區(qū)域。

圖2揭示了一個(gè)與人眼所看到的不同的事物。我們現(xiàn)在可以在指紋上看到小顆粒的沉積物，以紅色顯示。顯微鏡已經(jīng)讓研究人員能夠看到存在的痕量顆粒，現(xiàn)在光譜識別開始發(fā)揮作用。由于拉曼光譜的指紋譜化學(xué)鑒定特性，這些顆粒的拉曼光譜可以通過與已知藥物光譜庫進(jìn)行比較來輕松識別為撲熱息痛（圖 3）。同樣的原理也適用于指紋中遺留的毒品和爆 炸物的痕跡識別。

圖3. 來自指紋和參考樣品撲熱息痛的拉曼光譜

偽造物品和PL

刑偵勘察領(lǐng)域的一項(xiàng)常見調(diào)查是偽造物品。檢查支票和鈔 票等物品上的簽名、數(shù)字和特定染料對于驗(yàn)證文件的真實(shí)性至關(guān)重要。通常染料和墨水本質(zhì)上具有很強(qiáng)的熒光性，這會給拉曼光譜帶來問題，但愛丁堡儀器顯微拉曼光譜儀可以被配置用于檢測和測量PL光譜，并提供識別特征。

RM5可以輕松配置測量PL以及拉曼成像功能。與在拉曼光譜中看到的眾多窄峰相比，PL光譜通常比拉曼光譜寬得多，通常只能觀察到一兩個(gè)峰。為了獲得完整的 PL 光譜，需要配置低刻線光柵，由于解析較窄峰所需的光譜分辨率增加，因此將選擇更高刻線密度的光柵進(jìn)行拉曼成像。通常，在測量PL時(shí)，需要低激光功率以免使探測器飽和，因?yàn)?PL 強(qiáng)度通常比拉曼散射強(qiáng)得多。

文件分析

這份文件被修改了嗎？警 察、海關(guān)官員甚至歷史學(xué)家都會問的一個(gè)常見問題。事實(shí)證明，在不損壞樣品的情況下，通過色譜法等常用檢測技術(shù)原位分析墨水是很棘手的。這里我們展示了一個(gè)例子，其中數(shù)字8看起來有點(diǎn)可疑。它一直是8，還是被篡改過？

使用帶有638 nm激光、功率為0.1%的RM5拉曼光譜儀來調(diào)查被質(zhì)疑偽造的文件。從分析中我們可以立即看到鋼筆墨水具有很強(qiáng)的熒光性，因此我們測量的是PL光譜而不是拉曼光譜。出于上述原因，選擇300 gr/mm光柵來觀察PL峰，如果我們測量拉曼光譜，則在638 nm 激發(fā)下通常會使用1200 gr/mm光柵。愛丁堡儀器顯微拉曼光譜儀Z多可容納5個(gè)軟件控制的光柵，從而可以輕松配置一個(gè)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，同一激光器可以同時(shí)測量拉曼和PL。

圖4. 左：文件的白光成像拼接圖；右：PL成像圖

首先，在數(shù)字8（圖 4 中的左側(cè)圖像）上拍攝了整個(gè)樣本的白光拼接圖像。在人眼看來，即使在顯微鏡下，數(shù)字8看起來也可能是真實(shí)的，并且來自于同一種墨水。然而，圖4右側(cè)顯示的PL成像根據(jù)不同的峰值波長清楚地識別了兩種不同的墨水來源。圖5顯示了從成像圖的紅色和綠色區(qū)域提取的PL光譜；使用PL峰值位置的差異，我們可以從成像圖中看到使用綠色表示的墨水如何將3變成8。

圖5. 成像中提取紅色和綠色區(qū)域的PL光譜

銀行票據(jù)

鈔 票制造商會使用特定且獨(dú)特的染料，這有助于保持流通中的鈔 票真實(shí)并幫助識別偽 鈔。通過對鈔 票的調(diào)查，可以突出我們在拉曼光譜儀上利用PL技術(shù)的第二種方式。使用配備0.1%功率的532 nm激光和300 gr/mm光柵的RMS1000拉曼光譜儀，我們查看了一張?zhí)K格蘭銀行紙 幣，以展示PL如何區(qū)分樣品中的兩種熒光基團(tuán)。

圖6. a)克萊茲代爾鈔 票，b)頂部-白光成像區(qū)域，底部-熒光成像區(qū)域，c) PL成像光譜

圖 6a) 顯示了放置在顯微鏡下的樣品，一張20英鎊的克萊茲代爾銀行鈔 票，上面印有蘇格蘭國王羅伯特布魯斯的肖像。他的胡須（圖 6b）上）被選為進(jìn)行PL成像的區(qū)域。圖6b) 底部為PL成像結(jié)果，基于它們的峰值波長用兩種PL光譜著色，一種是綠色，一種是紅色。這些光譜顯示在圖 6c) 中，其中可以清楚地看到兩個(gè)PL光譜具有不同的峰值位置。這是在顯微拉曼光譜儀下通過觀察PL光譜的預(yù)期波長來檢查鈔 票真實(shí)性的快速方法。

結(jié)論

本應(yīng)用說明介紹了共聚焦顯微拉曼光譜儀RM5和RMS1000在刑偵勘察領(lǐng)域中的一些用途。首先，RM5用于演示共聚焦顯微拉曼光譜儀如何提供出色的空間分辨率，從而可以檢測沉積在指紋中的痕量材料。然后通過調(diào)查文件是否有任何偽造跡象，突出了使用愛丁堡儀器顯微拉曼光譜儀輕松獲取PL成像的能力。共聚焦顯微拉曼和PL技術(shù)是為刑偵勘察領(lǐng)域提供化學(xué)鑒定和空間分布信息的理想工具。