红外光谱仪技术在法庭科学中的进展研究
发布时间：2024-03-07来源：网络点击：次
在法庭科学领域中，痕迹物证的发现、提取与检验不仅是案件侦办的一个重要环节，还是审查起诉中固定证据的必要环节。随着多样化和新型化犯罪手段的出现，侦查人员对证据提取难度日益加大。在检测方法上，由于传统物理、化学方法所获取的物质信息较为单一、表浅，对于复杂环境检测还常受客观条件的干扰，不仅有损检材，还会延误办案时间。因此，传统的光学法已经不再满足微量痕迹物证和复杂背景下的痕迹物证检验。当前，红外光谱技术颇具优势，由其逐步发展而成的高光谱成像检测技术就是代表，红外光谱技术具有快速、灵敏、无损、高分辨率等优势，尤其适用于微量物证检测与分析。基于红外光谱技术的特点，通过对靶物质内部信息的捕获可得到物质的光谱信息，通过终端绘制吸收峰强度与吸收峰位置的平面图像，分析加工可获得物质的化学结构及其组成成分。若能实现红外光谱技术与成像技术的结合将进一步增强法庭科学痕迹物证检测的准确性与捕获的及时性。法庭科学痕迹物证种类繁多，依据物质来源属性不同可分为来自生物个体的生物物证，例如精液(斑)、血迹(斑)、指纹、毛发、指甲等，和来自非生物个体的非生物物证，例如涂料、橡胶、纤维、药物毒物等。前者基于自身特点通常可进行物证DNA检测以此来鉴别物质的来源、种属等，依据已建立的DNA文库可以实现主动的查找，并且通过红外光谱对物质进行分析，依据其衰变特性及生物属性等变化曲线进行三维合成可深入研究其不同层次的微观结构；后者在没有生物属性的基础上依靠光谱检测来分析其固有的物理、化学性质便成了突破的关键。在公安实战中，通过红外光谱检测与成像技术联合，不仅可用于物证中特殊成分的检测，还可以基于侦查实验等方式模拟再现案件现场痕迹物证的分布状况，有效避免了传统检测手段对现场物证的破坏、污染和物质损耗的问题。从国内外大量研究文献可知光谱检测技术在血迹、精斑、指纹、涂料、药物毒物等物质检验方面具有可行性，目前已在实验室开展了较多研究。
1 红外光谱技术概述
1.1 红外光谱技术原理
当一定波长的红外线穿过物质时，物质内部分子可以选择性吸收某些频率的红外辐射而引起自身振动和能级跃迁，通过检测红外线被吸收的程度就可得到物质的红外吸收光谱，即红外光谱[1]。当物质受到频率连续变化的红外光照射时，物质内部分子就可吸收一定频率的红外辐射由初始能量较低的基态跃迁到能量较高的激发态，根据物质吸收红外光的情况，用仪器记录吸收峰位置与吸收强度的关系就可得到物质的红外光谱。通常吸收峰位置用波长(λ)或波数(σ)来表示，吸收强度用透光率(T%)或吸光度(A)来表示。红外光谱峰位变化表示物质内部分子官能团振动频率的改变，反映了化合物结构或所处环境的不同。红外光具有良好的穿透性，物质内部含氢基团(X-H)通过红外光的反射、透射等作用方式对其进行选择性吸收，分析比对红外光谱图信息就可了解物质所含基团及内部结构，可用于羰基化合物、锰钒杂多化合物、短链脂肪酸化合物等的鉴别
满足物质产生红外吸收光谱具有两个条件：其一、红外光的能量等于分子跃迁时所需能量或者二者频率相同；其二、分子振动时偶极矩变化。能量大小决定了吸收峰所出现的位置，偶极矩变化才能把光能传递给分子。偶极矩(μ)是正、负电荷之间的距离(d)与二者所带电量(q)的乘积，其表达式为μ=qd。并非所有的振动都会产生红外吸收，只有分子振动引起偶极矩变化才产生红外吸收的性质，即红外活性，才可吸收红外辐射；分子振动不发生偶极矩变化称为非红外活性。分子振动的形式包含(对称/非对称)伸缩振动和(摇摆-扭曲/剪式-摇摆)弯曲振动两种。
1.2 红外光谱技术分类
1.2.1 红外光谱的分区
通常将红外光谱分为3个区：近红外区(near-infrared, NIR)、中红外区(mid-infrared, MIR)和远红外区(far-infrared, FIR)[2]。近红外区是在紫外-中红外光之间，波长介于0.75—2.5 μm的电磁波，因其无损、快速、高效的特点可对物质多指标同时检测；中红外区是指波长介于2.5—25 μm的电磁波，因其含有红外活性振动最强的基频振动可用于物质的定性与定量分析；远红外区是指波长介于25—1 000 μm之间，因其具有强渗透力和辐射力可产生显著的温控效应和共振效应，前者可被人体吸收转化为内能促使毛细血管扩张、血液循环加快、新陈代谢增强，后者可使水分子活化增强分子间的结合力，进而活化蛋白质等生物大分子和增加组织的再生能力，被应用于临床医学及保健行业，例如无创式肝脏储备功能(indocyanine green, ICG)检测仪、薄层色谱-显微红外光谱(thin layer chromatography-micro-infrared spectroscopy, TLC-MicroIR)联用技术[3]。
1.2.2 红外光谱图的分区
根据红外光谱图吸收峰的差异可将红外光谱图分为4个区域，即基频区、泛频区、特征区和指纹区。基频区是指分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰区。基频峰的峰位等于分子或基团的振动频率，是红外光谱图中的主要吸收峰。泛频区是指分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时产生的吸收峰区。此类峰强度弱难辨认，但增加了光谱的特征性。特征区是指具有极强的特征性且吸收峰数目有限，主要是由基团的伸缩振动产生峰区。特征峰可用于鉴别物质所含的官能团，同一基团的振动频率会出现在一定吸收峰区域相对应于物质内部的某化学键或基团。指纹区类似每个人的指纹一样，主要是用于物质细微结构的鉴定，在区别结构类似的化合物时具有重要作用。
1.2.3 红外光谱分类
红外光谱可分为红外发射光谱(infrared emission spectroscopy, IER)和红外吸收光谱(infrared absorption spectroscopy, IAR)两类。IER指高能级的原子或分子向低能级跃迁时产生辐射，将多余的能量释放形成光谱，通过测定发射光强度(lo)与波长(λ)的关系可知发射光的颜色。IER主要取决于物体的温度和内部化学组成，作为一种新的研究技术被应用于Yb3+纳米颗粒、镱钠共掺氟化钙锶(CaF2-SrF2)混晶、线粒体靶向的近红外HClO/ClO- 荧光探针等近红外光学性质研究。IAR是由于分子不停振动产生对某些特定频率红外光的吸收而形成物质的吸收光谱，特点是吸收峰数目多、图谱复杂、透光率(T)低，当前主要用于食品、农业、化工等领域物质的检测分析作为表征和鉴别物质种属。
2 红外光谱技术的应用
2.1 生物物证检验
2.1.1 血迹(斑)检验
血迹即血在物体上所留痕迹。血迹具有客观性、稳定性、广泛性和实用性的特点，在命案现场中只要有开放性损伤的出现则必定会遗留血迹。通过对现场血迹的种类、数量、分布、范围、排列、高度、颜色、形态等进行研究，对血迹进行检验分析有利于准确地划定案件侦破的方向以及为审查起诉提供重要的证据支撑。血迹依据形成机制不同可分为被动血迹、溅落血迹和变动血迹。从动力学角度剖析血迹的形成，可将其分为喷溅状血迹、溅落状血迹、抛甩状血迹、滴落状血迹、流柱状血迹、转移状血迹、擦拭状血迹、浸染状血迹、稀释状血迹和血泊及其他血迹形态等[4](见表2)。因此，对于案发现场残存的微量血迹，尤其是被破坏的命案现场或陈年积案的作案工具上常常发生变质、污染的血迹，及时发现、提取、检测显得至关重要。国内研究显示基于不同材质的差异性，光谱检测对于血迹的敏感性会有所不同，红外光谱技术可用于识别不同材质上的血迹。一般情况下，浅色客体背景上的明显血迹可使用白光、蓝光、紫光或紫外光照射观察，血迹对这些波段的光有较强吸收会使血迹明显变暗，以此与浅色客体背景形成明显反差；深色客体背景上的疑似血迹可依据近红外光较强的吸收特性用其照射会使血迹明显变暗，客体因对近红外光无吸收从而与血迹形成明显反差。对于被清洗过的血迹，在依靠光学检验时还需借助能够跟血液发生反应产生荧光的试剂进行潜血的发现，例如鲁米诺(Luminol)潜血迹显现试剂等。
由德国Neaspec公司独有的散射型近场光学技术发展而来的纳米分辨傅里叶红外光谱仪成像技术(nano-Fourier transform infrared and nea-scanning near-field optical microscopy, nano-FTIR & nea-SNOM)使纳米尺度化学鉴定和成像成为了可能，这一技术综合原子力显微镜的高空间分辨率与傅里叶红外光谱的高化学敏感度特性，实现了纳米尺度下几乎所有物质的化学分辨。红外光谱成像技术在获取目标物质光谱影像集的同时还可得到各物质的光谱特征曲线，用于显现潜在血迹；不仅可以直观地通过光谱影像获得显现结果，还可以根据获取的光谱特征曲线进一步分析区分血迹类型以及与血迹相似度较高的口红、酱油和墨水痕迹等。通过血迹直观的光谱图像与量化的光谱数据，科学地研究出在不同条件下纺织品上显现潜在血迹所适用的不同光谱成像技术，进而为犯罪现场快速显现纺织品上潜在的血迹提供理论数据支撑和参考方法。研究报道可见/近红外反射光谱技术可实现对纺织物载体及彩色背景上血迹陈旧度检验的分析，实验结果得出一个月内的血迹检验误差约在8.9%,分析指出，对于各色各样背景上陈旧性血迹进行分析的灵敏度与特异性均可以达到100%。国内研究表明，面衰减全反射傅里叶红外光谱法(attenuated total reflectance-Fourier transform infrared, ATR-FTIR)以及基质辅助解吸附离子化质谱法(matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometry, MALDI-MS)等[5]对血迹检验具有更好地灵敏度与特异性；此外，有学者为了更好地测定人体血清胆红素的含量，基于可见-NIR透射光谱技术和间隔偏最小二乘法等方法的结合运用实现了建模区域优选与血清光谱特征波段选择，构建了精度更高的、体型更小的光谱与血清成分之间的定量预测模型[6]。由此可见，红外光谱技术对血迹的检验是法庭科学物证检验的重要分支，对于促进法庭科学的发展具有非常重要的作用。
2.1.2 指纹检验
指纹又称为手印，是一种重要的生物特征。狭义的指纹是指人手指第一节手掌面皮肤上的乳突线花纹，即指头纹；广义则包括指头纹、指节纹和掌纹。指印即乳突线花纹按捺后所留的印痕，指纹的显现、提取与承载物表面特性与指纹遗留物质特性有关。由于指节末端皮肤上存在着大量汗腺和皮脂腺会不断地向外分泌汗液和皮脂液，新陈代谢旺盛的人因单位时间内能分泌更多的物质致使手指末端遗留客体表面的生物信息更加丰富。指纹具有唯一性、遗传性和不变性，通常一枚指纹除含有H2O、Cl-、氨基酸、蛋白质等一些共性物质外，还包含个体特征与所接触的外源性物质特征。对于指纹检测的传统粉末刷显和胶熏显现是非选择性的吸附显色，对不同来源的指印显现常会损失其中潜藏的化学成分而无法再进行后续检测，特别是指纹信息缺乏时就更难满足实战需要。
新兴的快速、无损可视化光谱检测技术为指纹识别、提取提供了新的成分分析方法与空间分布检测分析方法，红外光谱的高度指纹识别性结合化学计量学方法可深入挖掘捕获光谱中所隐含的潜在信息。可见-短波近红外区成像、可见光区化学成像光谱法已纳入指纹显现程序，通过对指纹预处理使其表面物质与背景基质在可见-近红外区产生差异化吸收，再结合传统检验方法可实现指纹的增强显现(见图2)。红外光谱成像具有非接触式、无损检测、操作便捷的特点，通过收集近红外-中红外区光谱信息而无需特殊处理就可直接将指纹物质转移到检测基质上实现指纹的组分分析与检验，并且物质组分含量越丰富检测灵敏度越高、空间分辨率越高。傅里叶变换红外光谱[7](Fourier transform infrared, FTIR)分析被称为是“分析的指纹”,结合法庭科学物证检验可运用于指纹结构和组分基团的定性分析。
2.1.3 精液(斑)检验
精液斑是卖淫、嫖娼、强奸、猥亵等案件中最常见的生物检材，对精液斑进行生物成分检验和特性分析能为公安工作提供指导性方向，为治安处罚及法庭审判提供有力的证据支撑和闭环的证据链。精液是由精子(spermatozoa)、精浆(seminal plasma)及多种蛋白质、酶、果糖等成分构成的乳白色胶状液体，精液浸润或附着于基质上干燥后可形成精液斑。精液斑常存在于犯罪嫌疑人的衣物或内裤、女性的外阴部或大腿内侧以及内裤、现场的避孕套、床单、被褥、毛巾、纸张、沙石、泥土之上，对精液斑的检验包括精液斑确证检验和精液斑个体识别检验。
针对于传统酸性磷酸酶检验、碘化钾结晶实验等精液斑检验方法的局限性，当前，红外光谱技术作为一种新的法庭科学技术手段，为寻求快速、无损化、微量、陈旧、污染精液斑的检验方法开辟了新的视角，其操作便捷、快速无损检验等优点在精液斑检验中已取得初步进展。国外学者采用ATR-FTIR技术对精液标本进行种属鉴定和人类精液斑的年龄估算，以及通过拉曼光谱对常见基质上的精液污点进行了原位鉴别[8],对各种体液(包括精液、唾液、尿液和汗液等)进行了鉴别区分，利用偏最小二乘判别法有效分析并排除了非体液成分的光谱；此外，学者还利用红外光谱对精液残留活性、安慰剂阴道产物和单个拭子阴道插入的可行性测量进行探讨，采用便携式配备金刚石ATR采集未使用的阴道用拭子、含精液的阴道拭子和加入含替诺福韦或匹配安慰剂产物(阴道凝胶或插入物)的阴道拭子光谱，从直接放置在光谱仪上的阴道拭子获得的光谱数据可分析是否为阴道使用拭子以及是否含有精液、测试药品等成分存在。
2.2 非生物物证检验
2.2.1 涂料检验
涂料(paint)是指涂布于物体表面在一定的条件下能形成薄膜而起保护、装饰等功能的液体或固体物质。涂料包含成膜物质(树脂、乳液)、颜料(包括体质颜料)、溶剂和添加剂(助剂)4种基本成分，作为交通肇事现场中一类常见的物证通常以粉末状黏附于刮擦物体上。通过分析比对不同客体上的涂料成分可对事发时物体碰撞先后顺序进行还原，还可通过对涂料的成分检验、分析进行涂料的同一认定和种属认定，进而为案件的定性和后续赔偿提供有力的证据支撑。涂料物证的检验分为外观检验、涂料中有机、无机成分检验，通过检验可疑碎片、细颗粒、粉末是否为涂料或是何种涂料而综合分析检材的来源、成分等。
当前，红外光谱技术已在粉末涂料固化、防火涂料识别与燃烧后炭层结构分析、聚酰亚胺涂层等方面开展多项研究。红外光谱技术通过物质结构与光谱的峰位、峰强、峰形之间的关系曲线分析了解物质内部结构及其所含的化学键或官能团的种类、数目等，进而确定物质成分信息。透射反射式红外显微镜可在不改变涂料表面形态的条件下获得涂料的红外光谱图像，适用于可用于微量物质与非透明物质的表面检测。红外光谱作为涂料物证比对检验中最有效的分析手段具有“分子指纹”的作用，能准确反应涂料分子内部的组成结构，通过对涂料的红外吸收峰数目(N)、吸光度(A)和峰位(λ/σ)的比对研究=可对涂料类型进行鉴定。国外学者通过对比红外谱图指纹区吸收峰N、A、λ的特点，采用ATR-FTIR对涂料样品的罩光漆成膜物质进行分析实现了对涂料成膜物质类型的准确鉴别；热重-差热(ther-mogravimentry differential thermogravimetry, TG-DTG)红外技术可对涂料的热稳定性进行表征，用IR和X射线衍射仪技术(X-ray diffraction, XRD)可分析涂料燃烧后炭层结构及测定硅材料上碳涂层的厚度[9];用微红外光谱在衰减全反射模式下对多孔涂料截面进行检测可评估化合物在壁画样本上的空间分布以及识别可能存在于壁画层中的低浓度粘合剂；研究发现利用红外光谱检测技术还可应用于壁画的空鼓病害研究，实现在室内环境下快速、非接触检测壁画空鼓病害的大小和分布范围[10](见图3)。可见利用红外光谱分析方法对涂料物证及时采集与检验，可作为一种有效的证据保全手段。
2.2.2 塑料物证检验
塑料是指单体通过加聚或缩聚反应后聚合而成的高分子聚合物。作为日常生活中许多常见物品的零部件和外壳的塑料，在交通事故中常需要对其进行收集、拼接、比对、检验、分析，以此来确定塑料部件的来源进而认定交通肇事中双方所需承担的事故责任和相应赔偿比例。通常需要对事故现场遗留的塑料物证以及车辆上微量刮蹭的塑料痕迹进行塑料品种、来源及相关原料的成分解读、配方分析、性能检测等相关检验，从而达到同一认定和种属认定，为认定双方或多方所需承担的事故责任提供有力的证据说服力，为民事赔偿所作的法庭调查提供依据。对于塑料物证的检验研究一直是法庭科学领域关注的焦点，基于红外光谱技术无损检验、基层较多配套设施、能够鉴别塑料中无机物成分与检测多种微量元素的特点，可以很好地用于塑料物证的鉴别分析与应用。
当前使用波长范围在550—4 000 cm-1之间的ATR-FTIR作为替代分析方法可有效用于塑料物质检验。便携式漫反射红外傅里叶变换光谱仪(diffuse reflectance Fourier transform infrared spectroscopy, DRIFTS)在塑料文物原位表征中具有重要作用，依据不同聚合物及表面质量会对光谱产生一定影响对聚合物的原位表征和物体的原位漂移进行光谱学分析，从而显示出不同特性的塑料样品；利用红外光谱技术对毒品案件中包装过海洛因的塑料袋进行分析研究发现其中最常见的塑料包装袋是一种聚丙乙烯材质。在垃圾分类日益被提上绿色发展的当下，依据不同类别塑料垃圾的近红外光谱特征波段不同的特点，利用红外光谱技术可实现塑料制品降解的全过程检测，为采用多种近红外光谱塑料分选设备实现城市垃圾分类增加了可行性。对于火灾现场一些常见的燃烧残留高分子物质，如聚氯乙烯(Polyvinyl chloride, PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate, PMMA)等进红外光谱分析，研究显示ATR-FTIR结合红外光谱可对燃烧材料碎片进行区分[10]。国内学者利用FTIR(Nexus470,美国尼高力仪器)对塑料老化过程中导致的聚苯乙烯(Polystyrene, PS)塑料表面出现裂纹、凹坑等现象进行微塑料表面官能团的变化分析，通过模拟新型低气压环境综合加速试验测得实验结果的红外光谱对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene, ABS)塑料的拉伸强度和简支梁缺口冲击强度进行检测，结果显示两种方式下的加速倍率都会随时间的延长而发生变化。
2.2.3 橡胶检验
橡胶是指具有可逆性形变的高弹性无定型多聚物，包括从植物中提取胶质加工制成的天然橡胶和由各种单体烃聚合反应得到的合成橡胶两种。橡胶主要成分包括烃、蛋白质、丙酮、灰分、H2O等，被广泛应用于制造汽车 轮胎、胶带等方面。橡胶痕迹在各种交通肇事、火灾事故、治安与刑事案件现场中皆可见，作为法庭科学领域中一类非常重要的实物证据，对案发现场的各类轮胎印痕、刹车痕迹、燃烧残留物等橡胶成分进行对比、检测、分析，有利于对事故责任及赔偿的认定以及还原事件经过；对于火灾现场有利于帮助分析查找起火点、起火原因、燃烧物等；对于刑事案件，有利于分析嫌疑车辆所用轮胎的来源、存在特征、生产厂家、配套车型等。
鞋印是承载一定质量的鞋底作用于特定载体而形成具有丰富信息的印痕，作为案发现场常见的物证，鞋底材质的检验、分析也是案件侦破中的重要一环，只有符合材质的鞋加上特定的身高、体重以及独特的行走姿势才能遗留特定的鞋印。为了能够快速、准确地对鞋底材质进行检验、区分并熟知常见鞋印种类与身高、体重、个体行走特征的关系，红外光谱仪等一些现代分析仪器被广泛用于法庭科学的研究。国内学者采用ATR-FTIR分析各类鞋底材料主要的特征官能团及其对应的吸光度(A)和峰位(λ/σ)值，据此建立常用鞋底材料的ATR-FTIR标准谱图库[11];基于橡胶膨胀节内胶层和外胶层上的取样，利用全新数码纤维系统VHX1000E型超景深三维显微镜观察膨胀节的表面形貌并采用傅里叶红外光谱仪对膨胀节材质进行分析，可确定内胶层和外胶层的材料类型；利用红外光谱法获得橡胶粉对沥青性能影响的参数，进一步研究橡胶粉经过短期热氧化后对改善沥青老化程度效果的利好。
2.2.4 纤维检验
纤维是指由连续或不连续的细丝组成的物质，主要包括天然纤维(植物纤维、动物纤维和矿物纤维)和化学纤维(人造纤维、合成纤维和无机纤维),其存在广泛的用途见于纺织、军事、环保、医药、建筑等各方面。因此，在各类案发现场中常常可见其身影，通过对现场采集的纤维物证与嫌疑人的毛发、衣物及随身物纤维成分进行红外光谱比对分析，能够帮助确定或排除嫌疑对象并为案件侦查提供新的查找方向。
红外光谱技术因自身配备的显微镜组件使其是一种非常实用的微量样品分析手段，在法庭科学研究领域中，近红外光区对纤维物质的背景图案有普遍抑制作用，运用FTIR成像可以快速发现深色织物上的毛发并对毛发活性炭的官能团及活性炭主要元素含量进行分析。推崇绿色发展的当下，天然纤维是取代合成纤维作为清洁和可持续发展的理想材质，利用红外光谱对天然纤维进行表征可以很好地研究其实用性价值；通过对红外光谱上特定的红外吸光度峰值进行分析以测试植物物种纤维之间的拉伸强度(tensile strength, TS)变化，进而可预测纤维TS将有助于确定更具理想TS值的合适物种[12];ATR-FTIR对于纤维基质的检测灵敏度较高，通过对常见的纺织纤维进行实验探究发现对于复合蛋白质纤维、聚酯纤维等合成纤维使用红外光谱检测的效果更理想。目前在纺织品纤维成分检测的应用方面，红外光谱技术还可用于分析纺织品组成元素和确定纺织品纤维成分等。
2.2.5 药物毒物检验
药物是用来预防、治疗和诊断疾病的物质，而毒物是指少量即能引起机体功能或器官损害的物质。药物与毒物之间没有绝对的界限，法律上对毒品的定义除了已经被明确的毒品，如海洛因、可卡因、冰毒、K粉氯胺酮等外，还有一些就是能够使人成瘾的麻醉类和精神类药物。在医学上任何一款毒品都能找到其根源，本质上都是对药物的滥用。红外光谱技术能够认定药物毒物的结构，可用于分泌物、排泄物的物质成分、毒品成分的分析与定性研究。在刑事案件中可以快速帮助侦查人员区别不同种类的毒品及其盐型与碱型、各种异构体，确定毒品的分子结构等；在案件审判环节，精准的毒品定量、定性结果更有利于制毒贩毒案件的定罪量刑。
红外光谱技术对于苯丙胺类似物的分析能准确地反映出物质基团的特征结构及其异型，苯丙胺类毒品根据苯环上取代基的不同可产生出诸多的毒品衍生物。国内研究显示，对于涉毒案件中查获的可疑药物毒物采用气相色谱/质谱联用仪(gas chromatography-mass spectrometer, GC-MS)和气相色谱-傅里叶变换红外光谱(gas chromatography-Fourier transform infrare, GC-FTIR)对缉获的非法样品中药品的化学表征和定量估算，依据色谱峰保留时间与气态红外吸收峰特征可对药物毒物及其衍生物成分进行准确的定性分析，进而可以实现物质来源的认定与性质的判定[13]。显微红外光谱技术因其检测时所需检材量小，特别适用于微量药物毒物的检测、分析以及微量物证的近似无损化处理；此外，在诊疗过程中当癌细胞暴露于抗癌药物作用的环境时，FTIR依据其具有的独特优势可以获得细胞分子的指纹并指导临床癌症的治疗与康复。
2.2.6 炸药检验
炸药是指在一定外界能量作用下能在极短时间内剧烈燃烧并生成大量高温高压气体的物质，其包括单质炸药和混合炸药两类。作为爆炸事故中的重要检材，炸药通常包含爆炸物、引爆装置及外壳等。由于爆炸物迅速发生化学反应向外释放热量或冲击能会引起周围物质的破坏、抛掷、压缩、撕裂，常给人民的人身安全与财产安全及社会稳定带来巨大威胁。对于工业安全事件、火灾事故以及刑事犯罪中爆炸残留物的分析是事故调查中的重要一环，对于查找爆炸中心点、分析爆炸装置类型、杀伤范围、爆炸物种类、化学成分、用途以及搜集爆炸撕裂物证痕迹等信息具有至关重要的作用。
国内研究报道显示，针对含氟黏结剂偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物与碳氢黏结剂乙烯和醋酸乙烯共聚物(ethylene/vinyl acetate, EVA)对含硼炸药的热分解性能研究[14],TG-DTG与原位傅里叶变换红外光谱技术(in situ-FTIR)能从微观角度分析黏结剂对金属化炸药热分解反应的影响；依据单质有机炸药与混合炸药中无机组分的光谱吸收特性差异，红外光谱可进行其成分和含量的鉴定与分析；一般对于炸药的传统水分检测方法需要数小时才能完成，作为新兴分析检测技术手段而出现的近红外光谱法依据较高的灵敏度与准确性使得炸药中水分含量测定时间缩短至两三分钟。针对大空间爆炸物粉末检测的难题，利用近红外光谱数据处理技术通过对采集的大量爆炸物粉末表面污染样品的近红外反射特征光谱构建近红外光谱解混校正模型，可有效对空间中的炸药残留物高氯酸铵、六硝基己二酸、硝基胍等爆炸成分进行识别。研究显示，利用熔融和淬灭技术合成的金属银纳米颗粒(Ag nanoparticles, Ag NPs )可增强双带近红外荧光，通过增强的双宽带和平坦的近红外荧光能更灵活地开发各种近红外波段的光子器件[15]。
研究显示，红外反射吸收光谱已应用于增强爆炸残留物的支座传感中的纳米等离子体加热。通过柔性阳极氧化铝(anodic aluminum oxide, AAO)微悬臂和红外源的高功率量子级联激光器采集红外反射吸收光谱，检测金属表面上的爆炸性残留物。利用高灵敏度的双金属AAO微悬臂将金属表面上的爆炸性残留物三硝基甲苯(trinitrotoluene, TNT)成分吸收到制备的AAO纳米孔上，会在5.18—5.85 μm的波长范围内产生强烈的红外光散射和吸收，从而增强纳米等离子体的加热。
3 红外光谱技术前景
为适应新时代新型犯罪案件侦办工作要求与充分发挥依法治国在国家治理体系和治理能力现代化中的积极作用，法庭科学对物证的检验与鉴定提出了更高要求——无损化检验、高灵敏度、快速分析、适用于微量检材、结果精准、经得起司法程序的考究是当前物证检验、鉴定与分析追求的新指标。红外光谱技术作为一种定性、定量的分析方法， 其特征频率区吸收峰的强度和数目常与物质内部分子所含官能团有密切关系，现已逐步成为法庭科学中生物物证与非生物物证鉴定的常用方法。依据红外光谱信号所具有的较强指纹特性， 针对微量物证检材结合聚类分析、人工神经网络、小波分析等化学计量学方法可发挥其在物证同一认定与种属认定中的重要价值。
随着人工智能AI时代的到来，光谱学的相关仪器与软件的开发与此同时跟进和发展，伴随的红外光谱技术相关样品测定附件研制也不断创新。FTIR、紫外-可见-近红外吸收光谱仪(ultraviolet- visible near-infrared absorption spectroscopy, UVNIR)、光栅红外光谱仪(grating infrared spectrometer, GIR)、可见红外光谱仪(visibler infrared spectrometer, VIR)、卡西尼复合红外光谱仪(composite infrared spectrometer, CIRS)开拓了物证检测与分析的新视野[16]。红外光谱凭借其独特的技术优势与其自身特点逐步成为现代各行各业检验与分析技术的新型力量，因红外光谱成像系统不受环境因素干扰、高灵敏度可获得多种检材的吸收光谱、波数(σ)与吸光度(A)的关系图像简单直观、可结合多种化学计量学方法、联用多种检测分析技术，而被广泛用于临床医学、有机化工、环境科学与资源、轻工业手工业、材料科学、无机化工、电力工业、物理学、中药学、自动化技术等多领域的物质检测与分析。红外光谱分析技术在极具优势的物质检测与分析中也存在自身难以避免的缺陷性，对于多种物质混检的近光区峰位吸收峰会有重叠现象，以至于产生较为复杂的光谱图，增加了辨认与分析的难度。当前研制小型化、微型化、快速和专用型红外光谱仪是发展的趋势之一，结合现代人工智能的大光谱数据关联算法，进一步提高红外光谱仪检测的灵敏度、准确性与实用性；研发基于网络空间的红外光谱模型数据库共享平台，是适应当前共享经济时代的需要，同时也是适应当前大数据时代下科研工作的需要，以便于红外光谱技术能更好地服务于法庭科学实践中。