基于纳米束同步辐射X射线荧光成像与XAFS分析的锌元素示踪法在法庭科学单根丙烯酸纤维鉴别中的应用

本研究针对法庭科学中单根丙烯酸纤维鉴别难题，通过总反射X射线荧光（TXRF）筛选、纳米束同步辐射X射线荧光（SR-XRF）成像及X射线吸收精细结构（XAFS）分析，首次系统揭示了锌元素在纤维横截面的分布模式（三类）与化学状态（两种XANES谱），为微量物证溯源提供了高分辨元素影像与化学态双重鉴别指标。

　　

在犯罪现场，一根不起眼的纤维可能成为破案的关键。丙烯酸纤维因其价格低廉、产量大，成为法庭科学中最常接触的合成纤维之一。然而，传统分析方法如光学显微镜、μ-FT-IR和SEM-EDS往往难以实现单根纤维的精准鉴别。更棘手的是，尽管已知丙烯酸纤维生产过程中会引入锌元素（来自染料和纺丝溶剂），但这些信息在法庭科学领域长期未被有效利用。

针对这一技术瓶颈，来自日本的研究团队在《Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy》发表了一项突破性研究。他们创新性地将同步辐射光源的高分辨特性应用于纤维分析：首先采用TXRF进行锌元素筛查，随后利用纳米束SR-XRF对纤维横截面进行元素分布成像，并结合XAFS解析锌的化学状态。研究样本包括美国Microtrace LLC法庭科学纤维库的标准红色丙烯酸纤维和9种市售彩色纤维。

关键技术包括：1）TXRF实现微量锌的快速筛查（LLD达0.48 ppb）；2）纳米束SR-XRF成像（SPring-8 BL29XU线站）获得亚微米级元素分布图；3）XAFS（KEK PF BL15A1线站）解析锌的化学状态；4）μ-FT-IR验证纤维基质组成。

研究结果
Sample preparation
通过ICP标准溶液建立TXRF检测限，纤维样本经超薄切片制备后，证实锌信号源自纤维本身而非污染。

TXRF analysis
锌-Kα信号强度与浓度呈线性关系（R²

0.99），所有商业纤维均检出锌（0.11-3.28 μg/cm²
），验证其作为鉴别指标的普适性。

Nanobeam SR-XRF imaging
首次观察到三类锌分布模式：1）均匀分布型（可能源自纺丝溶剂）；2）皮层富集型（与染料渗透相关）；3）核壳结构型（反映特殊生产工艺）。500 nm分辨率成像揭示元素分布与纤维形态学的关联。

XAFS analysis
锌的K边XANES谱显示两种特征：1）类ZnCl₂
谱型（对应纺丝溶剂残留）；2）有机锌配位谱型（源于染料分子螯合）。这种化学态差异为溯源提供分子层面依据。

Conclusions
研究证实锌元素的分布模式与化学状态组合可形成"指纹式"鉴别指标。相较于传统方法，该技术具有三大优势：1）纳米级空间分辨率；2）无需破坏样本；3）同时获取元素分布与化学态信息。这项成果不仅为法庭科学开辟了新的物证分析维度，其技术路线还可拓展至其他合成纤维的溯源研究。

讨论部分强调，未来通过建立更全面的锌分布模式数据库和XANES谱库，有望实现丙烯酸纤维的厂家溯源甚至生产批次鉴别。该研究标志着微量物证分析从形态学观察迈向元素影像组学的新阶段。