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用于法医调查的共聚焦拉曼和光致发光显微镜

法医调查通常研究可能需要通过多种技术进行分析的极小样本。共焦拉曼和光致发光 (PL) 显微镜是处理此类样品的非常合适的技术。

只需要微量的样品,并且这些技术是非破坏性和非接触式的,这意味着可以使用互补技术进一步分析样品。无需样品制备,结果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拉曼和 PL 显微镜用作任何法医实验室的分析工具。

材料和方法

所有实验均使用 RM5 或 RMS1000 拉曼显微镜进行。这两款显微镜本质上都是真正的共聚焦,并提供了一系列激发波长,以涵盖法医学的所有应用。

图1: RMS1000 和 RM5 拉曼显微镜。图片来源:爱丁堡仪器

RM5 最多可容纳 3 个激光器,RMS1000 最多可容纳 5 个内部激光器和额外的外部激光器。对于这些研究,使用了 532 nm、638 nm 和 785 nm 激光,并选择了光栅来补充激光选择,这两种仪器每个光谱仪都能够容纳多达 5 个计算机控制的光栅。在每个示例中,背照式 CCD 用于获取拉曼和 PL 光谱。使用 RM5 和 RMS1000 的 Ramacle 操作软件生成假彩色图,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一个人,但它们也可以证明微量化学残留物的识别。当某人留下指纹时,他们通常会在皮肤上沉积油脂,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,如毒品或爆炸物。为了证明这一点,实验室的一位科学家处理了少量粉碎的扑热息痛,然后在一些铝箔上留下了指纹,用肉眼看,科学家的手上没有粉末。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: 含痕量扑热息痛的铝箔指纹拉曼图。拉曼图被着色为热图,其中红色区域的拉曼强度高约90 厘米-1,来自扑热息痛的已知峰,蓝色代表不含扑热息痛的区域。图片来源:爱丁堡仪器

图 2 揭示了一个与人眼所能看到的不同的故事。我们现在可以在指纹上看到小颗粒的沉积物,以红色显示。显微镜已经完成了它的工作,让研究人员能够看到存在的微量粒子,现在光谱识别开始发挥作用。得益于拉曼光谱的指纹样化学鉴定,通过与已知药物光谱库进行比较,这些颗粒的拉曼光谱可以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识别痕迹。

图 3: 指纹和参比扑热息痛的拉曼光谱。 图片来源:爱丁堡仪器

伪造和光致发光

法医实验室的一个常见调查线是伪造。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,这会导致拉曼光谱出现问题,但爱丁堡仪器拉曼显微镜也可以配置为检测和测量 PL 光谱并提供识别特征。

RM5 可以轻松配置为测量 PL 图以及拉曼图。 PL 光谱通常比拉曼光谱宽得多,与在拉曼光谱中看到的众多窄峰相比,通常只能观察到一两个峰。为了捕获完整的 PL 光谱,需要低凹槽密度光栅,由于解析较窄峰需要增加光谱分辨率,因此将选择更高凹槽密度光栅进行拉曼映射。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提出的常见问题。通过常用的法医技术(例如色谱法)在不损坏样品的情况下原位分析墨水可能会很棘手。这里我们展示了一个文档示例,其中数字 8 看起来有点可疑。它一直是 8,还是被篡改过?

带有 638 nm 激光功率为 0.1% 的 RM5 拉曼显微镜用于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,则通常使用 638 nm 激发,通常使用 1200 gr/mm 光栅。 爱丁堡仪器 拉曼显微镜最多可容纳 5 个软件控制的光栅,从而可以轻松配置一个系统,其中相同的激光器可以测量拉曼和 PL。

图 4: 文档的左白光拼接图像。右假彩色 PL 图。 图片来源:爱丁堡仪器

首先,在整个样本上的白光拼接图像拍摄了数字 8,图 4 中的左侧图像。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,并且来自一种墨水来源。然而,图 4 右侧显示的 PL 图根据不同的峰值波长清楚地识别了两种不同的墨水源。图 5 显示了从地图的红色和绿色区域提取的 PL 光谱;我们可以从地图中看到如何使用绿色表示的墨水如何使用 PL 峰值位置的差异将 3 变成 8。

图 5: 从地图的红色和绿色区域提取的 PL 光谱。 图片来源:爱丁堡仪器

银行票据

钞票制造商将使用特定且独特的染料,以帮助保持真实钞票流通并帮助识别伪造品。我们可以通过对钞票的调查来突出我们在拉曼显微镜上利用 PL 的第二种方法。使用配备 0.1% 功率的 532 nm 激光和 300 gr/mm 光栅的 RMS1000 拉曼显微镜,我们查看了一张苏格兰银行纸币,以显示 PL 如何区分样品中的两种荧光团。

图 6: a) 克莱兹代尔钞票,b) 顶部 - 要映射的区域图像,底部 - PL 地图,c) PL 地图的光谱。 图片来源:爱丁堡仪器

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聚合物钞票,上面印有苏格兰国王罗伯特布鲁斯的肖像。他的胡须区域(上图 6b)被选为 PL 映射。 PL 图,底部图 6b),用两种 PL 贡献着色,一种是绿色,一种是红色,基于它们的峰值波长。这些光谱显示在图 6c) 中,可以清楚地看到两个 PL 贡献具有显着不同的峰值位置。这是在拉曼显微镜下检查钞票真伪的快速方法,以显示 PL 发生在预期波长。

结论

本应用说明介绍了共聚焦拉曼显微镜在 RM5 和 RMS1000 拉曼显微镜的法医应用中的一些用途。首先,RM5 用于演示共聚焦显微镜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 拉曼显微镜轻松获取 PL 地图的能力。共聚焦拉曼和 PL 显微镜是任何法医实验室提供化学鉴定和空间分布信息的理想工具。

来源: //www.edinst.com/

引文

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    爱丁堡仪器. (2021, September 28). 用于法医调查的共聚焦拉曼和光致发光显微镜. AZoOptics. Retrieved on October 23, 2021 from //www.selec-iat.com/News.aspx?newsID=27058.

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    爱丁堡仪器。 “用于法医调查的共聚焦拉曼和光致发光显微镜”。 偶氮光学. 23 October 2021. .

  • 芝加哥

    爱丁堡仪器。 “用于法医调查的共聚焦拉曼和光致发光显微镜”。 AZoOptics. //www.selec-iat.com/News.aspx?newsID=27058. (accessed October 23, 2021).

  • 哈佛

    爱丁堡仪器。 2021。 用于法医调查的共聚焦拉曼和光致发光显微镜. AZoOptics, viewed 23 October 2021, //www.selec-iat.com/News.aspx?newsID=27058.

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