5-Br-PADAP(98%,阿拉丁试剂公司)、无水乙醇、去离子水等均为分析纯试剂。

镀锌管;镀锌零件(北京鑫旺达钢材公司);Nikon D7000数码照相机(尼康公司);AF-S DX Nikkor 18-135mm镜头(尼康公司);白光灯(40 W,飞利浦公司);按压型试剂瓶;Adobe Photoshop CS5图像处理软件。

志愿者手握镀锌工具,达到预定时间间隔后,在接触部位喷洒试剂,喷洒距离控制在距手掌面大约15 cm,按压喷瓶3次,间隔2 min后拍照固定实验结果。 其中,为了保持拍照条件的一致性,用于 a值测定的印迹均是在实验室条件进行,即在暗室中,将两只白光灯的灯光对准手掌面,色温手动设置为7690 K。 而未用于 a值测定的印迹均是在每天同一时间段、同一地点,自然光条件下拍照固定。 两种拍照方法固定的实验结果存在一定的差异。

本实验采用Lab色彩模式中的 a值来评价镀锌工具遗留印迹的强度。 操作步骤如下:在Photoshop中打开待测图片后,在界面右侧的信息栏中用右键单击取样管图标,选择Lab颜色,将“+”箭头置于显出印迹区域,均匀选取5个点,在信息栏中读出相应 a值并求平均值。

1.4.1 接触时间的影响 5名志愿者分别手握镀锌管10、30、60、180和300 s,然后移除镀锌管并立即向接触部位喷洒1 g/L的5-Br-PADAP溶液,2 min后在实验室条件下拍照固定实验结果。

1.4.2 时间间隔的影响 5名志愿者握手镀锌零件3 min,然后移除镀锌零件,在间隔0、1、4、7 h后分别向接触部位喷洒1 g/L的5-Br-PADAP溶液,2 min后在自然光下拍照固定实验结果。 在预定间隔时间内,志愿者除了不能洗手以及再接触其它金属客体外,可以进行任何日常活动。

1.4.3 试剂浓度的影响 分别配制0.5、1.0、1.5、2.0 g/L的5-Br-PADAP溶液。 5名志愿者手握镀锌管1 min,然后移除镀锌管并立即向接触部位喷洒不同浓度的5-Br-PADAP溶液,2 min后在实验室条件下拍照固定实验结果。

1.4.4 洗手的影响 5名志愿者手握镀锌零件3 min,然后将其移除,分别在间隔0、1、4 h后用去离子水以及香皂对接触部位进行清洗,自然蒸干后,向接触部位喷洒1 g/L的5-Br-PADAP溶液,2 min后在自然光下拍照固定实验结果。

1.4.5 显出率的考察 28名志愿者,其中男性20名,女性8名,手握镀锌零件3 min,然后移除镀锌零件,并立即向接触部位喷洒1 g/L的5-Br-PADAP溶液,2 min后在自然光条件下拍照固定显现结果,根据所得到有关印迹强度和分辨率(细节特征的清晰度)的结果计算出两种显色剂的显出率。

本实验设置了10~300 s的系列接触时间。 由图3可知,当接触时间仅为10 s时,就可以清晰地显出镀锌工具的遗留印迹。图4为显现强度随接触时间增加的变化情况,在10 s到60 s之间, a值不断增大,即印迹的强度增强,但增强的速度较为平缓。 在60~180 s之间,印迹强度急剧增加。 但是在180~300 s之间,增长的幅度变缓,印迹强度差别减小,即将达到饱和的状态。镀锌工具遗留印迹系列接触时间变化规律与铁质客体遗留印迹相同。

图3

Fig.3

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	图3 接触时间为10 s、浓度为1 g/L 5-Br-PADAP的显现效果Fig.3 Imprints with contact time 10 s and 1 g/L of 5-Br-PADAP

图4

Fig.4

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	图4 显现强度随接触时间的变化情况Fig.4 Effect of contact time on the intensity

时间间隔是指在接触镀锌工具后到喷洒显色剂前所经历的一段时间。在这段时间内,志愿者可以进行除洗手以及接触其它金属客体外任何日常活动。图5为不同时间间隔的显现效果图。 从图5可以看出,随着时间间隔的增大,显现强度逐渐降低。 7 h后镀锌工具的外形仍可见,但具体的细节特征已非常微弱,很难辨认。 虽然以上变化规律与铁质工具遗留印迹相同,但是由于5-Br-PADAP显现镀锌工具遗留印迹的颜色为品红色,在减弱后与皮肤表面颜色相近,故其最大显出时限应小于TPTZ试剂显现铁质客体遗留印迹的最大显出时限^[5]。

图5

Fig.5

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	图5 不同时间间隔镀锌工具遗留印迹显现效果Fig.5 Effect of time elapse from the contact to the reaction on the results A.0 h; B.1 h; C.4 h; D.7 h

与在水溶液环境不同,在手面皮肤这样复杂的生物基质中,显色反应机理非常复杂,Zn²⁺与5-Br-PADAP络合反应可能只是众多络合反应中的一部分。 手面皮肤表层最基本的蛋白质是角蛋白。 角蛋白分子由19个 α-氨基酸按不同顺序排列而成,含有较多的二硫键、氢键以及疏水性氨基酸,尤其含有较多的胱氨酸残基^[10]。 当锌元素以Zn²⁺形式转移到手面皮肤后,除了以游离的Zn²⁺形式存在于汗液以外,Zn²⁺可能会与皮肤表面的角蛋白进行配合,形成Zn²⁺-角蛋白配合物。 其中,Zn²⁺与角蛋白中N端、C端游离的—NH₂、—COO^-、肽链中氨基酸残基侧链上的基团(—NH₂、—COO^-、—HS^-等)有较强配合能力。 同时,氨基酸残基上羰基C=O、肽键上酰胺基以及水分子中的氧也可能参与配合反应,但配合的强度较弱^[11]。 与此对应,在接触后未洗手的情况下,当向手面皮肤上喷洒5-Br-PADAP试剂后,5-Br-PADAP一方面会像在水溶液中一样与游离态的Zn²⁺配合形成1:2品红色配合物,在手面皮肤上显现出强烈的品红色印迹。 另一方面,5-Br-PADAP与Zn²⁺具有特异的、较强的配合作用,可以竞争性地从角蛋白夺取Zn²⁺而显色^[12]。

随着间隔时间增大,蛋白质可能与更多的Zn²⁺进行配合,并且生成更加稳定的配合物。 因此,游离的Zn²⁺以及可从角蛋白上夺取的Zn²⁺数量减少,从而导致印迹强度降低。 此外,部分Zn²⁺随金属转运蛋白穿过表层皮肤进入真皮^[13]以及部分与蛋白质结合的Zn²⁺通过自然脱落的方式损失^[14],也会导致印迹强度下降,这就解释了随着间隔时间的增大印迹强度下降的原因。

图6

Fig.6

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	图6 不同浓度5-Br-PADAP的显现效果Fig.6 Effect of 5-Br-PADAP concentration on the results

从图6可以看出,接触时间1 min,浓度为0.5 g/L就可以显现出清晰的印迹。 随着5-Br-PADAP浓度的增大, a值不断上升,即5-Br-PADAP溶液显现印迹的强度不断增强,但在1.5 g/L后, a值的增加幅度变缓,印迹的强度相差不大。 因此,本着节省试剂的原则,1 g/L的5-Br-PADAP溶液用于喷洒显现即可。

Almog等^[15]曾对握过铁质工具的手掌面进行过洗手实验,结果表明,接触铁质客体后,若立即用水和香皂洗手,将不会观察到任何有色印迹。 但对于镀锌工具遗留印迹而言,接触后立即洗手,只是在强度上比未洗手的印迹有所减弱,但仍能看清晰地看到镀锌零件的外形轮廓和细节特征,如图7 A和7 B所示。 随着洗手间隔时间的增大,印迹的强度越来越弱,如图7 C和7 D所示。 以上实验结果与时间间隔影响因素的实验结果相似,说明洗手对镀锌工具遗留印迹的影响要小于铁质客体遗留印迹。 此外,通过与图5中间隔1 h(图5 B)和4 h(图5 C)比较可知,洗手使印迹的强度以及分辨率均有一定程度的下降,但是仍然能够显现出微弱的印迹。 因此,若作案人在作案后进行洗手,也无法彻底除去与镀锌工具接触留下的印迹。

图7

Fig.7

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	图7 各个间隔时间洗手前后效果对比图Fig.7 Imprints with different intervals after washing A.0 h interval without washing; B.0 h interval with washing; C.1 h interval with washing; D.4 h interval with washing

发生上述现象可能的原因是:洗手可能将游离态的Zn²⁺除去,但是并不能将与角蛋白结合的Zn²⁺完全除去。 若接触后立即进行洗手,仍有部分与角蛋白结合的Zn²⁺存在于皮肤表面,在喷洒后仍能显出较强的印迹,但由于大量游离态Zn²⁺被除去,印迹的强度与未洗手相比有一定程度的减弱。 若间隔一定时间后进行洗手,游离态的Zn²⁺被除去,可从角蛋白上夺取的Zn²⁺减少,再加上金属蛋白转运以及自然脱落的影响,遗留印迹的强度下降。

由于每个人的手掌面湿度、汗液组成等有所差异,因此,显现效果也有所不同^[12]。 为了验证该方法的可靠性与可重现性,共对28名志愿者进行了测试。 其中,“显出”的标准是 a值在30以上,且细节特征清晰可见。 显出率的算法为认定“显出”的人数除以总人数。 通过统计数据计算得出5-Br-PADAP显现镀锌工具遗留印迹的总显出率为85.7%,其中女性显出率为87.5%,高于男性的显出率85%,这可能是由于男性与女性之间皮肤类型差异,或者仅仅是样本数过少造成的,还需要做相关实验进一步验证。