中红外漫反射光谱实现血迹的非接触无损检测

《Forensic Science International》：Standoff and non-destructive detection of bloodstains via mid-IR diffuse reflectance spectroscopy

　　

研究人员指出，利用中红外（mid?IR）漫反射光谱进行血迹的非接触检测是一种极具前景的方法，该方法可通过验证推定血迹中蛋白质酰胺Ⅰ带（Amide I）和酰胺Ⅱ带（Amide II）的存在来实现识别。由于酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带的分子振动响应位于约1500–1700 cm?1区域，研究中采用光谱宽带的中红外激光照射样品，并实时采集与分析背散射光谱。然而，水蒸气在该光谱区域同样存在吸收，导致在特定波数位置出现光谱畸变。这种畸变在多孔基底上的血迹以及更远的探测距离下更为显著，从而影响检测结果。本研究评估了三种光谱处理算法，能够在严重畸变的条件下提取有效信息。结果显示，依据基底类型不同，被动血迹的最大非接触探测距离可提升达2.0 m，并在多孔基底（如牛仔布、棉布、厨房纸）上获得可靠的测量结果。该方案可推广至任何在中红外水蒸气吸收区具有分子指纹特征的目标物质检测。? 2026 作者，由Elsevier B.V.出版。

该研究针对犯罪现场血迹检测存在的不足展开。传统鲁米诺或紫外光检测方法在某些条件下无法应用，甚至可能导致DNA损伤及误导性侦查假设，且易出现假阳性（如番茄汁与鲁米诺试剂反应）。现有替代光谱技术包括近红外（NIR）、热红外及拉曼光谱，虽具一定优势，但在实际现场应用中受限于探测距离、基底荧光干扰及测量速度。中红外（MIR）光谱因处于分子指纹区，选择性更高，但传统热光源或便携式傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）受亮度限制，探测距离短且测量时间较长。近年来，基于频率可调量子级联激光器（QCL）的中红外漫反射光谱在非接触法医检测中表现出潜力，可在亚秒级完成测量，但在大于0.3 m的距离上，水蒸气吸收会导致光谱畸变，限制信息恢复。为此，研究人员开发了针对性的光谱处理算法，以提升在酰胺区的漫反射数据质量，实现对多种基底上血迹的可靠识别，并区分常见假阳性干扰物。

关键技术方法方面，研究人员采集了人类与兔血液样本，分别沉积于七种不同基底（牛仔布、红棉布、厨房纸、木材、石膏板纸板、瓦楞纸箱纸板、石材地面），并在沉积约五天后进行测量。仪器采用微光机电系统外腔量子级联激光器（MOEMS EC?QCL），覆盖1000–1250 cm^?1和1470–1700 cm^?1两个波段，其中后者包含酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带。测量距离为0.2–2.0 m，单次采样时间为6–12 s，光谱分辨率为约1.5 cm^?1，每秒可获取1000条光谱。数据处理阶段，研究人员评估了三种算法：M1（Savitzky?Golay平滑滤波）、M2（连接局部最小值）、M3（连接最小值的局部最小值）。检测概率通过归一化互相关计算，阈值设定为90%。

研究结果部分，研究人员首先发现所有样本均存在水气干扰，且在信号较弱的多孔基底上最为显著。M3算法在高度畸变的光谱中表现最佳，能够重建无失真光谱形状。具体来看，石材地面与瓦楞纸箱纸板样本在M1下取得最大探测距离（分别为1.8 m与2.0 m），且M2与M3亦能成功检测；石膏板样本在M3下达到1.4 m的检测距离，并能有效区分血迹与指甲油假阳性；厨房纸样本仅在M3下实现0.4 m的检测，且检测概率为93%；木材样本在M3下达到1.4 m；牛仔布与棉布样本分别在M3下实现1.2 m与1.4 m的检测，且在此距离下仅M3能成功识别，并能区分血迹与番茄酱、番茄沙司、榛子酱等假阳性。

讨论与结论部分，研究人员指出M3算法尤其适用于信号弱、基底复杂或探测距离较大的场景，其优势在于忽略水气吸收引起的快速波动，从下方重构光谱特征。相比之下，M1在信号强、水气影响小的标准情形下效果最佳，但计算量较大。M3实现简单，更适合现场便携设备。探测距离的提升可通过增大收集孔径实现，但会牺牲设备紧凑性。研究证明MOEMS EC?QCL系统在法医血迹初步筛查中具有快速、非侵入、无DNA损伤的优势，并能与化学计量学或机器学习模型结合进一步提升分析能力。未来工作应扩展至更多基底、沉积类型、环境湿度变化及更小血迹的检测，并探索与其他体液、毒品、爆炸物等目标的分析兼容性。此外，与拉曼光谱等非接触技术的互补融合，可减少单一仪器的失效模式，提供更全面的法医信息。

该研究发表于《Forensic Science International》，为现场血迹非接触检测提供了一种高效、无损的新技术方案，并展示了光谱预处理算法在克服环境干扰中的关键作用。