热点应用丨刑侦勘察大揭秘——共聚焦显微拉曼和PL技术“联手”

简介

刑侦勘察通常可能需要通过多种技术对极小样本进行分析。共聚焦显微拉曼和光致发光（PL）是处理这类样品的非常合适的技术。这种技术只需要微量的样品，并且是非破坏性和非接触式的，这意味着还可以使用互补的技术进一步分析样品。这种技术无需样品制备，获得的结果可以提供样品成分的化学和空间信息。本应用说明详细介绍了如何将显微拉曼和PL用作刑侦勘察领域的分析工具。

材料和方法

所有实验均使用RM5或RMS1000显微拉曼光谱仪进行。这两款光谱仪本质上都是真正的共聚焦，并提供一系列激发波长，以涵盖刑侦勘察领域的所有应用。

图1. RMS1000和RM5显微拉曼光谱仪

RM5最多可容纳3个内置激光器，RMS1000最多可容纳5个内置激光器，还可增加额外的外部激光器。对于这些研究，使用了532 nm、638 nm和785 nm激光器，并选择合适光栅来适配激光器，这两款仪器每个光谱仪都能够容纳多达5块计算机控制的光栅。在每个示例中，使用背照式CCD获取拉曼和PL光谱。使用RM5和RMS1000的Ramacle操作软件生成数据图，以提供对样品成分和分布的深入了解。

指纹

虽然指纹最常用于识别个人，但它也被证明可用于鉴别微量化学残留物。当某人留下指纹时，也通常会留下皮肤上沉积的油脂。此外，也可能会转移少量固体，表明该人最近接触或处理过什么。指纹的调查方式可以揭示任何痕量的非法物质，例如毒品或爆 炸物。例如，用肉眼看，科学家的手上没有粉末，为了证明这位科学家在实验室中处理了少量粉碎的扑热息痛，我们在一些铝箔上留下了他的指纹。然后将指纹放在配备 785 nm 激光器的 RM5 显微镜下进行研究。

图2. 铝箔上含有痕量扑热息痛指纹的拉曼成像图。拉曼成像结果被着色为热力图，红色区域是在90 cm-1左右拉曼强度较高区域，扑热息痛的标准谱峰，蓝色区域标示没有扑热息痛区域。

图2揭示了一个与人眼所看到的不同的事物。我们现在可以在指纹上看到小颗粒的沉积物，以红色显示。显微镜已经让研究人员能够看到存在的痕量颗粒，现在光谱识别开始发挥作用。由于拉曼光谱的指纹谱化学鉴定特性，这些颗粒的拉曼光谱可以通过与已知药物光谱库进行比较来轻松识别为扑热息痛（图 3）。同样的原理也适用于指纹中遗留的毒品和爆 炸物的痕迹识别。

图3. 来自指纹和参考样品扑热息痛的拉曼光谱

伪造物品和PL

刑侦勘察领域的一项常见调查是伪造物品。检查支票和钞 票等物品上的签名、数字和特定染料对于验证文件的真实性至关重要。通常染料和墨水本质上具有很强的荧光性，这会给拉曼光谱带来问题，但爱丁堡仪器显微拉曼光谱仪可以被配置用于检测和测量PL光谱，并提供识别特征。

RM5可以轻松配置测量PL以及拉曼成像功能。与在拉曼光谱中看到的众多窄峰相比，PL光谱通常比拉曼光谱宽得多，通常只能观察到一两个峰。为了获得完整的 PL 光谱，需要配置低刻线光栅，由于解析较窄峰所需的光谱分辨率增加，因此将选择更高刻线密度的光栅进行拉曼成像。通常，在测量PL时，需要低激光功率以免使探测器饱和，因为 PL 强度通常比拉曼散射强得多。

文件分析

这份文件被修改了吗？警 察、海关官员甚至历史学家都会问的一个常见问题。事实证明，在不损坏样品的情况下，通过色谱法等常用检测技术原位分析墨水是很棘手的。这里我们展示了一个例子，其中数字8看起来有点可疑。它一直是8，还是被篡改过？

使用带有638 nm激光、功率为0.1%的RM5拉曼光谱仪来调查被质疑伪造的文件。从分析中我们可以立即看到钢笔墨水具有很强的荧光性，因此我们测量的是PL光谱而不是拉曼光谱。出于上述原因，选择300 gr/mm光栅来观察PL峰，如果我们测量拉曼光谱，则在638 nm 激发下通常会使用1200 gr/mm光栅。爱丁堡仪器显微拉曼光谱仪最多可容纳5个软件控制的光栅，从而可以轻松配置一个系统，在该系统中，同一激光器可以同时测量拉曼和PL。

图4. 左：文件的白光成像拼接图；右：PL成像图

首先，在数字8（图 4 中的左侧图像）上拍摄了整个样本的白光拼接图像。在人眼看来，即使在显微镜下，数字8看起来也可能是真实的，并且来自于同一种墨水。然而，图4右侧显示的PL成像根据不同的峰值波长清楚地识别了两种不同的墨水来源。图5显示了从成像图的红色和绿色区域提取的PL光谱；使用PL峰值位置的差异，我们可以从成像图中看到使用绿色表示的墨水如何将3变成8。

图5. 成像中提取红色和绿色区域的PL光谱

银行票据

钞 票制造商会使用特定且独特的染料，这有助于保持流通中的钞 票真实并帮助识别伪 钞。通过对钞 票的调查，可以突出我们在拉曼光谱仪上利用PL技术的第二种方式。使用配备0.1%功率的532 nm激光和300 gr/mm光栅的RMS1000拉曼光谱仪，我们查看了一张苏格兰银行纸 币，以展示PL如何区分样品中的两种荧光基团。

图6. a)克莱兹代尔钞 票，b)顶部-白光成像区域，底部-荧光成像区域，c) PL成像光谱

图 6a) 显示了放置在显微镜下的样品，一张20英镑的克莱兹代尔银行钞 票，上面印有苏格兰国王罗伯特布鲁斯的肖像。他的胡须（图 6b）上）被选为进行PL成像的区域。图6b) 底部为PL成像结果，基于它们的峰值波长用两种PL光谱着色，一种是绿色，一种是红色。这些光谱显示在图 6c) 中，其中可以清楚地看到两个PL光谱具有不同的峰值位置。这是在显微拉曼光谱仪下通过观察PL光谱的预期波长来检查钞 票真实性的快速方法。

结论

本应用说明介绍了共聚焦显微拉曼光谱仪RM5和RMS1000在刑侦勘察领域中的一些用途。首先，RM5用于演示共聚焦显微拉曼光谱仪如何提供出色的空间分辨率，从而可以检测沉积在指纹中的痕量材料。然后通过调查文件是否有任何伪造迹象，突出了使用爱丁堡仪器显微拉曼光谱仪轻松获取PL成像的能力。共聚焦显微拉曼和PL技术是为刑侦勘察领域提供化学鉴定和空间分布信息的理想工具。