Wykorzystanie zjawiska upkonwersji w daktyloskopii

B

ogdan

Drabarek

.

Antoni Siejca

,

Jarosław Moszczyński, Barbara Konior

Wy

korzystan ie

zjawiska

upkonw ersji w daktyloskop

ii

Wstęp

Eksperci zaj m ujący się wizualizacją śladów linii pa-pilarnychwie dz ą, jak trudno jest odseparować sygnały ujawnionegośladu daktyloskopijnego odsygnałów p o-ch odzącychzpodłoża.Stosowanew daktyloskopii pre-paratywizualizacyjneoparte na procesach fizycznych lub chemicznych, wdużym stopniuumożliwiająwyróż­ nienie ujawnianego ślad u linii papilarnych z podłoża, na którym śl ad został złoż o ny. Innym elementem p o-zwal ającym poprawi ć widoczność ujawnionego śladu daktyloskopijnego jest odpowiedni dobór parametrów optycznych wizualizacji.

Do poprawy separacji układ u śl ad-tło przyczyn iły sięmetodywykorzystującezjawiskaluminescencji.Ide -ałe m byłaby możliwośćrejestracjisygnałów pochodzą­ cych tylko od ujawnionegośladulinii papilarnychi elimi-nacjatła.Stosowane metodyrejestracjioparte nafiltra -cji optycznej lub czasowej są dobrze znane i opisane wwielu publikacjach.W dużym skrócie można stwier-dzić, że :

- w metodach optycznych stosujesię prom ieniowa-niepobudzającez zakresu300-700nm oraz filtra -cję obrazu obserwowanego śladu opartą o filtry krawędzi owe lub pasmowe- interferencyjne, - w filtracji czasowej wykorzystuje się separację

czasową sygnałów podłoża i ujawnionego śladu

daktyloskopijnego .

Elimin acji sygnałów tła można dokonać, stosując

preparatyujawniające,któresąpobudzane do fluore -scencjizakresami promieniowaniaelekromagnetyc z-nego niskoenergetycznego ,innyminiż sąpobudzane barwniki podłoża. Aby osiągnąć taki efekt, można

preparaty ujawniające oprzeć na grupie pigmentów pobudzanych podczerwieniąz zakresu 900-1000 nm i fluo ryzujących niezgodnie z regułą Stokesa.

Wizu-alizację śladów linii papilarnych na podstawie ww. czynników, czyli selektywnego doboru zarówno pre-paratu ujawniającego i promieniowan ia pobudzające­ go, można nazwać roboczo filtracją czę stot l i wości o­

wą.

PROBLEMV KRYMINALISTYKI 271(1) 2011

Pigment y antystokesowskie -upkonwersyjne Pigmenty ok reś l a n e wjęzyku angielskim jako enti --stokes phosphors są grupą luminoforów skład ającą

si ęzestanowiącychbazę fluorków, siarczków lub tle n-kówcynku,strontu,lantanuoraz domieszek jonów trój -wartośc i owych pierwiastków ziem rzadkichnp.tulu; er-bu; iterbu;itru. Stosowanesą woptoelektronice ,b iolo-gii,atakże corazczęści ejwznakowaniu dokumentów oraz rzeczywa rtościowychnp.dziełsztuki.Ws

przeda-ży występują jako proszki bardzo stabilne chemicznie i temperaturowo.

Częstot liwość emisji tych pigmentów usytuowana jest powyż ej częstotli wości absorpcji tzn. przy pobu -dza niu promieniowaniem z zakresu podczerw ieni 800-1000 nm emitują światło widzialne. W zależności odskładu ilościowegoijakościowegow różnymzakre -sie barwowym. Tego typu położen ie pasm absorpcji i emisjinazywamy antystokesowskim.

Mechanizm zjawiska fluorescencji wymienionych pigmentów opiera się na wielofotonowej absorpcji. Optycznieczynny jon ze stosunkowo stałymi pozioma-mi energetycznypozioma-mi ułożonym i w regularnych odstę­

pachmoże absorbowaćdwa lubwięcejfotonówtejsa -mej długościfaii.

W pierwszym etapie następujewzbudzeniedowyż­ szego metastabilnego poziomu energetycznego o

ma-łym prawdopodobieństwie emisji.

W drugimetapie absorpcji następuje dalsze wzbu-dzenie do poziomu nietrwałego , z którego przejście

promieniste do poziomu podstawowego skutkuje pro-mieniowaniemfluorescencyjnym odługości krótszejniż

promieniowanie wzbudzające.

W zależności od budowy iskładu pigmentu upkon -wersyjnego możliwy jest też inny mechanizm. Polega on na przekazywaniu energii między różnymi jonami

składnikówpigmentu.Jon pobudzony optycznie trans -ferujeenergię innemu jonowi niemającemu pośrednich poziomów energetycznych. Taki jon, przechodząc

w stan podstawowy, wyemituje także promieniowanie odługości fali krótszej niż promieniowanie pobudzają­ ce. Mechanizm tego typu wymaga dużej koncentracji domieszek.

1140nm

•

1140 nm _480nm

ł

Ryc.1. Schematprzejściaupkonwersyjnegowtzw.szkleZBLAN

domieszkowanymjonamitulu(Tm3+)wzbudzonego promieniowaniem 1140nm;emisja480nm

źródło(ryc.1-8):BogdanDrabarek

Fig.1.Represenlationotup-conversion transferinso-called ZBLAN gfass

aoo

ea

Cel badań

Celem badań wykonanych w Pracowni Dakt

ylosko-pii Biura Badań Kryminalistycznych Agencji Bezp

ie-czeństwa Wewnętrznego było rozpoznanie, czy pro

-mieniowanie niskoene rgetyczne, podczerwone w za -kresie 900-1000 nmoraz pigmentywykazującezjawi

-sko upkonwersji mogąbyć wykorzystane do wi zualiza-cjiśladówliniipapilarnych orazwjaki sposóbwpływato na poprawę czyteln ości ujaw nianych śladów linii pap

i-larnych,poprzez eliminację sygnałów tła.

Materiał badawczy

Materiałbadawczystanowiłyświeżeśladyliniipapi -larnych.Ślady składanonapodłożach różnych,zr

egu-ły wielobarwnych, wykazujących wielozakresową silną lu mi nesce ncję wywołaną promieniowaniem z zakresu 240-760nm.Nieobserwowano wtrakciebadańlum

i-nescencjistosowanych podłoży przy pob udzaniu p

ro-mieniowaniem ozakresie 940-1000 nm.

Zastosowanepreparaty

Do badań użyto pigmentu oznaczonego symbolem UP54 oraz proszków daktyloskopijnych firmy BVDA B-400;B-432.

Pigment UP54 nie macech typowego proszku dak

-tyloskopijnego. Wykazuje dwa rodzaje luminescencji:

- sto kesowską, w zakresie żółtym światła białeg o przy pobudzaniuUVok.360 nm,

- antystokesows ką, w zakresie zielonym światła białego przy pobudzaniu bliską podczerwieniom

940-980 nm.

Dodatkowo luminescencja w podczerwieni jest tzw.

luminescencjąopóżnioną możliwądo zobrazowania na

"Sta nowisku do rejestracji wieloimpulsowej lumine

-scencji opóżnionej"firmy Lasarelektronika.

Śladyliniipapilarnych ujawniano,stosująctyiko pig

-ment UP54 lub jego kombinacje zww.proszkamida

k-tyloskop ijnymiw różnychproporcjach.

Stosowano także do ujawnianiaśladówliniipapila

r-nych cyjanoakrylan.Ujawnione cyjanoakrylanemślady

linii papilarnych kontrastowano barwnikamif iuorescen-cyjnymi,wsekwencji- Ardrox,Basic Yellow, Safranina

oraz pigmentem UP54, a także jego mieszaninami

zbiałymi proszkam idaktyloskopijnym i firmy BVDA.

Ryc.2.UrządzenieMIC- mikrokomoraumożliwiającarejestracjęwświetlelA.Wskład urządzeniaMIC wchodzi:komora zoświetlaczem ,zasilacz,p ier-ścienieredukcyjne,filtr, lupa.

Fig. 2.MIG device- micro-chamber enablingimagecapturingin IR.MIGunits:chamberwithfightsoutce,AGadapter,reaucuonn'ngs. filter, magnitier.

Zastosowane urządzenia

W pracach badawczych starano się wykorzystać sprzęt będącyw wyposażeniu Pracowni Daktyloskopii BBK ABW. Zastosowano urządzenia generujące pro-mieniowanie pobudzającew zakresie 940-980nm:

- MIG- tzw. mikrokomora do rejestracjiśladów kry-minalistycznych

- Multikolor 1OXe - oświetlacz kryminalistyczny - Stanowisko do rejestracji wieloimpulsowej

lumine-scencjiopóżnionej- LO.

W badaniach używano zestawów filtrów krawędzio­ wych o charakterystyce umożliwiającej wycięcie pro-mieniowania wzbudzającego podczerwonego i prze-puszczenie promieniowania widzialnego w zakresie zielonymonastępującychsymbolach KG3+T;1KG3+T;

2KG3+T. Powyższe filtry nie są niezbędne na etapie

alcyjanoakrylan plus Ardrox a)cyanoacrylateplus Ardrox

c)cyjanoakrylanplus Safranina cIcyanoacry/ateplus saphranine

obserwacji wizualnej ujawnionychśladów,sąnatomiast nieodzowne w czasie rejestracji fotograficznej, ponie-waż elementy GCD uczulone są na promieniowanie podczerwone.

Zdjęcia ujawnionych śladów linii papilarnych przy pobudzaniu zestawem MIG i Mullikolor 10Xe, wykony-wanometodąfotografii cyfrowej aparatem Ganon EOS SD z obiektywem Macro 100 mm; 1:2,6 USM, w forma-cie JPG i RAW.

Rejestracjaśladówna stanowisku do wieloimpulso-wej luminescencjiopóżnionej- LO,odbywałasięw for-macie TIFF na kamerze z obiektywem Macro Pentax 1:2,8 100 mmbędącejwwyposażeniustanowiska.

Zarejestrowane pliki graficzne oglądano w progra-mie Adobe Photoshop GS3 i w nim dokonywano nie-zbędnych, niewielkich korekcji, przede wszystkim pli-ków w formacie RAW.

b) cyjanoakrylanplusBasic

venow

d) pigmentUP54 dlUP54 pigment

Ryc. 3.Śladyujawnione cyjanoakrylanemikontrastowanesekwencjąbarwników Ardrox,Basic.Safranina orazśladujawniony tylkopigmentemUP54

Fig.3.Latents devefoped with cyanoacrylate and conlrasted with sequence o/ dyes:Adrox,Basic,Saphranine; and latentdeveloped only with UP54 pigment

Przebieg badań

Proszki fluorescencyjne

Do wizualizacji śladów używano wyżej wymien io-nych urządzeń. Ślady linii papilarnych ujawniano sa-mym pigmentem UP54 oraz mieszaninamiUP54 z

bia-łym magnetycznym i niemagnetycznym proszkiem fir -my BVOA. Mieszaninywykonano w stosunku 1:1 i 1:2

proszkówdo pigmentuUP54.

Cyjanoakrylan plus barwnikifluorescencyjne;UP54

Do obrazówśladówlinii papilarnych ujawnionych cy-janoakrylanem i kontrastowanych barwnikami

fluore-scencyjnymiodnoszono ślady linii papilarnych ujawnia

-nych pigmentem UP54 i jego mieszaninami, a także

a) czerwonepudełko,oświetlenie,światlobiale a)red boxvieweain white lighl

e) zielonepudełko , oświ etl e ni eUV c)greenbox.UV light

ślady ujawnione cyjanoakrylanem i kontrastowane UP54.

Wwyniku zastosowanych procedurstwierdzono, że

pigment UP54 i jego mieszaniny bardzosłabo

kontra-stują ślady linii papilarnych ujawnione cyjanoakryla -nem.Ślad liniipapilarnych ujawnionypigmentem UP54 oraz jego mieszaninami z białymi proszkami BVOA,

złożony na takim samym miejscuwybranego podłoża

jak ślad linii papilarnych ujawniony cyjanoakrylanem i kontrastowany sekwencją barwników fl uorescencyj-nych Ardrox;Basic YellowISafranina,wykazuje lepszą

czyte l ność. Następujetodzięki eliminacjisygnałów tła. Fragmentyśladów małoczytelne zewzględunanakła­ daniesięfluorescencjipodłożaiśladu sąpoprawnie w i-doczne na śladzie ujawnionym pigmentem upkonwe r-syjnym, mimo że zastosowane preparaty ujawniające

oparte na pigmencieUP54 niewykazywały właściwych

b)czerwonepudełko,oświetlenielA b)red box,IR lighf

dlzielonepudeł ko.oś wi etlenietR

d)green box,IR lighf

Ryc. 4.Śladyliniipapilarnychzłożonenapudelkachzawierającychproszkifluorescencyjneczerwonyizielony ujawnione pigmentemUP54izarejestr o-wanewświetl eUV,biały moraz lA

Fig.4. Latentsgenera tedonred and green fluorescentpowderboxes detectedwithUP54pigmentandrecordedin Uli, whiteandIR light

cech adhezyjnych. Polepszanie tych własności może spowodować jeszcze większą poprawę czytel n oś ci

ujawnionegośladu daktyloskopijnego.

Rejestracja ujawnionych śladów linii papilarnych Rejestracji ujawnionychśladów linii papilarnych d

o-konywano z wykorzystaniem światła białego, UVoraz innych zakresów promieniowania generowanegoprzez

dostę p n e urządzenia .Obrazyśl adówtak zare

jestrowa-ne porównywanoz obrazami śladówzarejestrowanych przyoświetleniu promieniowaniempodczerwonym.Ob

-serwowano wpływzastosowanego preparatu ujawn

ia-jącegoopartego na pigmencie upkonwersyjnym inisko

energetycznego promieniowaniapobudzającegona el

i-minację sygnałów tła.

RyC.5.PróbkafirmyBVDA ześladamiliniipapilarnych ujawnionych proszkiem daktyloskopijnymzawierającympigmentupkonwersyjny Fig.5.eVGAsamplewithla tentmarks detectedwithpowdercantaining

up-conversionpigment

Ryc.7.Śladliniipapilarnych z próbkiBVDA zarejestrowanyna stanow i-sku LO

Fig.7.LatentmarktromBVDA recordedon LOete tion

PROBLEMYKRYMINALISTYKI 271(1)2011

Próbka firmy BVDA

W badaniach Pracownia Daktyloskopii BBK ABW

dysponowała próbkąz firmy BVDAstanowiącą swego rodzaju odnośnik dosporządzanych preparatów ujaw

-niającychw BBK.Próbką był zespółczterechśladów li-nii papilarnych ujawnionych kompleksowo proszkiem daktyloskopijnym zawierającym pigment upkonwersyj

-ny (nie dysponowano proszkiem daktyloskopijnym fir

-my BVDA). Najprawdopod obniej ślad linii papilarnych

został ujawniony tym proszkiem na podłożu niechłon­ nym, następnie przeniesiony napozytywową folię dak-tyloskopijnąi zabezpieczony na białej podkładce. Śla­ dy zostały zarejestrowane w Pracowni Daktyloskopii BBK ABW na urządzeniu MIC, atakże na stanowisku do LO. Do rejestracji użyto filtrów odcinających

pod-czerwień .

Ryc. 6.Śladliniipapilarnych zpróbkiBVDAzarejestrowanywświetlelA komoryMICaparatemfotograficznym

Fig.6.Latentmettctrom BVOA samplerecorded photographedinIRIIght

ot MIGchamber

Ryc. 8.Śladliniipapilarnych ujawniony pigmentemUP54przeniesiony na pozytywowąfoliędaktyloskopijnązarejestrowany wświetleIR komory MIG aparatemfotograficznym

Fig. 8.Latent mark developed with UP54 pigmentliftedon posifive foil

photographedin IRIightot MICchamber

Omówienie wyników

Pigment UP54 stanowiący podstawę przedstawia

-nych badań nie wykazuje cech typowego proszku daktyloskopijnego. Pozytywne rezultaty ujawniania tym pigmentem osiągniętotylko na świeżych śladach

linii papilarnych. Lepsze efekty ujawniające wykazy-wały mieszaniny pigmentu UP54 z białymi proszkami daktyloskopijnymi firmy BVDA. Próby skontrastowa-niaśladówlinii papilarnych ujawnionych cyjanoakryla-nem, pigmentem UP54 i jego mieszaninami z prosz

-kami daktyloskopijnymi firmy BVDA nie dały pozytyw-nych rezuitatów.Wykonane prace laboratoryjne

poka-zały, że bez specjalistycznego oprzyrządowania

spo-rządzenieproszku daktyloskopijnego opartego na

do-stępnym pigmencie nie jest możliwe. Nie mniej wyko-nane mieszaniny proszków daktyloskopijnych

ujaw-niały świeżeślady linii papilarnych w sposób

zadowa-lający, pozwalający pozytywnie ocenić przydatność

pigmentów o właściwościach antystokesowskich w daktyloskopii.

Podstawową zaletą pigmentów upkonwersyjnych jest możliwość wywołania fluorescencji promieniowa

-niem podczerwonym na tyle niskoenergetycznym, że większość innych pigmentów nie jest pobudzana do

świecenia fluorescencyjnego, a jedynie do absorpcji promieniowania podczerwonego. Dzięki temu w wielu przypadkach tło, na którym ślad zostałujawniony,jest czarne.Jedynie elementytła oświetlane światłem flu

-orescencyjnym sąwidoczne.

Kolejną zaletą jest emisja fluorescencji w zakresie widzialnym dla człowieka. W przypadku piqmentu UP54 jest to zakres zieiony widmaświatła białego.Po

-zwala to ekspertowi wzrokowo ocenić jakość ujawn

io-nego śiadu bez stosowania specjalistycznych urzą­ dzeń.

istotna jest również możliwośćwykorzystania do wi-zualizacji trybu luminescencji opóżnionej- LO,

pozwa-lającego złożyćtrzy rodzaje filtracji- filtrację optyczną, czasowąiczęstotliwościową.

Wnioski

1. Zaobserwowano brak fluorescencji podłoży oświetlanych podczerwienią.Barwniki standardo

-wo występujące na różnego rodzaju podłożach

niefluoryzująprzy pobudzaniu podczerwienią.

2.Urządzeniawykorzystywane do rejestracji śladów

linii papilarnych ujawnianych preparatami upkon

-wersyjnymi aktywowanymi podczerwieniąnie po-winny byćskomplikowane i drogie.

3. Zastosowane promieniowanie podczerwone -mniej energetyczneniżnp. ultrafiolet, z punktu

wi-38

dzenia BHP jest bezpieczniejsze dla użytkowni­ ków.

4. Pigment UP54 i sporządzone jego mieszaniny z białymi proszkami daktyloskopijnymi firmy BVDA nie wykazywały cech dobrego proszku daktyloskopijnego ze względu namałą zdolność adhezyjnądo substancji potowo-tłuszczowej. 5. Zastosowany do śladów ujawnionych na próbce

BVDA proszek wykazywał fluorescencjęw zakre-sie zielonymświatła białegoprzy pobudzeniu pro-mieniowaniem w zakresie 940-980 nm.Ślady

wy-kazywały zjawisko luminescencji opóżnionej.

Własnościfluorescencyjne proszku daktyloskopij-nego BVDA są bardzo podobne do parametrów pigmentu UP54.

6. Bardzo przydatne byłobywyprodukowanie prepa-ratów (roztworów barwników/zawiesin lub pros

z-ków pobudzanych podczerwienią) służących do kontrastowania śladów linii papilarnych ujawnio-nych cyjanoakrylanem.

7.Proszki daktyloskopijne oparte na pigmencie UP54 (lub innych o podobnych właściwościach) byłyby obok cheiatu europu

leE

możliwymi do wykorzystania w wizualizacji śla­

dów techniką LO wykorzystującą filtrację czaso-wą.

8. Zastosowanie filtracji częstotliwościowej, z uży­

ciem proszków daktyloskopijnych zawierających

barwniki upkonwersyjne oraz promieniowania

po-budzającegow zakresie bliskiej podczerwieni, po-zwala w znacznym stopniu wyeliminować sygnały pochodząceodpodłoża,na którym ujawniony

zo-stał ślad linii papilarnych.

Podsumowanie

Przedstawione powyżejwynikibadańjednoznacznie

pokazują, że zastosowanie upkonwerterów do wizuali-zacjiśladówlinii papilarnych jest celowe i w znacznym stopniu może poprawić czytelność i jakość badanych

śladów daktyloskopijnych.

Należy oczekiwać, że w niedługim czasie metody

wizualizacyjne wykorzystujące absorpcję

wielefotono-wą zostaną upowszechnione ipozwoląna skuteczniej-sze wizualizowanie trudnych śladów linii papilarnych, a technologia ta zostanie wprowadzona do codziennej praktyki wwiodących laboratoriach daktyloskopijnych.

BIBLIOGRAFIA

1. Drabarek B.:Wieloimpulsowa luminescencjaopóźnio­

nawdaktyloskopiii technicznej analiziedokumentów, "

Pro-blemyKryminalistyki"2009,nr263, s.48-53 .

2. Kawski A.: Fotoluminescencja roztworów,W

ydawnic-twoNaukowePWN Warszawa 1992 .

3. Lee H.C., Gaensslen R.E.: Advances in fingerprint technology,USA1994.

4.Margot P., Len nard Ch.:Fingerprint detection t echruqu-es,Szwajcaria 1994.

5. Moszczy ński J.: Daktylos kopia, Wydawnictwo CLK

KGP, Warszawa 1997.

6. Przewodnik po metodach wizualizacji śladów daktylo -skopijnych pod red.M.Rybczyńs kiej - Kró lik,M.Pękały, Wy-dawnictwoCLKKGP, Warszawa 2006.

7. www.rp~photonics .com/upconve rsion .htm l ; Encyclope

-diaotlaser Physicsand Technology. Stresz czenie

Obecnie stosowane luminescencyjne metody ujawnianiaśla­ dów linii papilarnychbazująnafiltracji optycznej lub czasowej. Metoda oparta na zjawisku absorpcji wielofotonowej tzw. upkonwersji wprowadzafilt rację częstotliwościową.Kombinacja preparatówujawniających zawierających pigmentyj7uoryzujące niezgodniezprawem Stokesa orazpromieniowania podczerwo-nego jako pobudzenia, umożliwia rejestrować świecenie śladu daktyloskopijnego poznaczącynl wyeliminowanisygnałówtła.

PROBLEMY KRYMINALISTYK I271(1)2011

Wrejestracjiśladówdaktyloskopijnych sensybilizowanychpig -mentem UP54 oraz ujawnionych proszkiem firmyBVDAmoż­ nawykorzystaćzjawisko luminescencjiopóźnionej.

Słow a kluczow e:śladdaktyloskopijny,filtracja optyczna, filtracjaczasowa,filtracjaczęstotliwościowa, upkonwersja,ab -sorpcja wielofotonowa,przejścieantystokesowskie,luminescen -cjaopóźn iona .

Summary

Presently used luminescent methodsof visualising latent finger marksare basedon oplical ar timefiltration.The method based on the phenomenon of multi-photcnabsorption,generally referred to as up-conoereion introduced frequency filtration. A combination of developing agentscontaining pigments that j7uorescence contrary to Stokes theorem and IR radiatum as excitingfactor enables recording offinger mark luminosityafter considerable elimination of background noise.In recording of finger marks eeneibilised with UP54 pigment and developed with BVDA powder, the phenomenon of delayed luminescence may be used.

Keyw ords: Fingermarle. oplical[iliration, time filtration,

Jrequency filtration, up-conversion, mulii-photon ubsorption, anti-Stokestransfer,delayed luminescence.