《Forensic Science International》：Preserving bloodstain evidence: Completely non-destructive estimation of time-since-deposition with ATR-FTIR spectroscopy and chemometrics
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血迹时间自从沉积的非破坏性ATR-FTIR结合化学计量学方法研究，通过分析外圈血迹在开放和密封环境下的光谱变化，建立PLS-R和PLS-DA模型，准确率达0.94和95%，验证了该方法在保留证据完整性的同时有效评估血迹年龄的可行性。
Nor Ummiza Kamaruzaman | Arniza Khairani Mohd Jamil | Muhammad Faisal Khyasudeen | Kah Hin Low
马来西亚马来亚大学理学院化学系，50603 吉隆坡，马来西亚
摘要
确定血迹沉积时间（TSD）对于法医调查中的事件重建至关重要。然而，传统方法通常涉及破坏性技术，这会损害证据的完整性。本研究展示了衰减全反射-傅里叶变换红外（ATR-FTIR）光谱技术与化学计量学相结合在现实室内环境中（包括开放环境（宏观）和密封环境（微观）中对长达100天的玻璃载玻片上的血迹进行非破坏性TSD估计的可行性。光谱数据直接从血迹样本的外环区域获取，使用标准正态变量变换进行预处理，并通过偏最小二乘回归（PLS-R）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）进行分析。特定环境的PLS-R模型表现出强大的预测性能，决定系数约为0.94，均方根误差约为8天。通过将TSD预测分类为更广泛的组别，PLS-DA模型在不同环境条件下表现出高鲁棒性，判别准确率高达95%。值得注意的是，PLS-DA能够有效区分小于30天的血迹和较老的样本，接收者操作特征曲线下的面积接近1，表明其可靠性很高。这些发现强调了PLS建模与ATR-FTIR结合作为非破坏性、法医兼容的血迹年龄估计技术的潜力，确保了法医证据的完整性。
引言
血迹证据包含了大量有价值的信息，使其成为法医调查中的关键要素。然而，在初步调查过程中，这些关键痕迹有时会被忽视，尤其是在不太显眼的室内位置或隐藏在塑料袋等介质中时。认识到犯罪现场检查的时间敏感性，迅速估计血迹的年龄对于重建与犯罪相关的事件顺序至关重要[1]。
传统的血迹分析不仅劳动强度大，还可能改变或破坏这些微小的证据，限制了后续测试，并使有价值的信息无法被利用[2]。在这种情况下，从破坏性测试方法转向非破坏性测试方法可以在不损害样本完整性的前提下快速确定血迹的年代[3]、[4]、[5]。近年来，衰减全反射-傅里叶变换红外（ATR-FTIR）光谱技术在法医应用中越来越受欢迎，因为它能够快速提供测试结果，有助于做出明智的决策[6]、[7]、[8]。
这种光谱技术对血迹随时间变化的细微结构非常敏感。例如，它可以检测到血蛋白特有的酰胺振动模式，如酰胺-A（约3300 cm?1）、酰胺B（约3070 cm?1）、酰胺-I（约1650 cm?1）、酰胺-II（约1550 cm?1）和酰胺-III（约1400-1200 cm?1）带，这些带对应于N-H伸缩、酰胺-I带的泛音、C=O伸缩以及N-H弯曲和C-N伸缩的耦合[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。这种分子级别的变化为通过与已知年龄的参考血迹样本比较来校准沉积时间（TSD）预测函数提供了基础。然而，在实验室控制条件之外建立光谱特征与TSD之间的稳健关系可能具有挑战性，因为老化过程涉及多种相互作用和反应，导致光谱复杂化[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]。因此，化学计量学的支持变得至关重要，它可以通过数据预处理消除不必要的方差，并通过多变量统计分析提取相关的光谱特征[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]。
基于ATR-FTIR的优势，Lin等人[14]使用1800至900 cm?1的光谱范围建立了偏最小二乘回归（PLS-R）模型来估计暴露在模拟犯罪现场环境中的血液血迹的TSD。然而，他们的光谱采集方法需要用盐水稀释和重新沉积血迹样本[14]、[16]。Kumar等人[15]通过关注平均一阶导数光谱的少数特征响应来探索ATR-FTIR方法的潜力，每个光谱来自多个刮擦的血迹，以考虑样本内的空间变化。根据蒸发沉积模式的研究，众所周知，在干燥过程中，大多数血蛋白会由于咖啡环效应而在边缘聚集[31]、[32]、[33]、[34]。这种现象支持在血迹的外环区域直接进行ATR采样，因为该区域的蛋白质浓度显著较高[33]。由于ATR-FTIR是一种非破坏性技术，它可以在不损害血迹完整性的前提下进行光谱采集，从而为后续的DNA分析保留证据[35]、[36]。
在扩展这些基础工作[1]、[14]、[15]的基础上，本研究探讨了通过直接在外环区域进行ATR-FTIR采集来测定人类血迹年代的可行性（图S1）。为了考虑周围环境对血迹降解动力学的潜在影响，在开发预测模型时，测试样本在模拟的室内犯罪现场条件下分别放置在有和没有密封塑料袋的情况下。采用标准正态变量（SNV）预处理来补偿每次运行之间光谱路径长度和光散射的加性和乘性效应；同时通过波数选择（WS）来关注对TSD洞察最有信息量的光谱区域。
部分内容
样本收集与准备
本研究遵循马来亚大学研究伦理指南（参考编号：UM.TNC2/UMREC_1809）进行。在从十二名健康捐赠者的指尖收集新鲜全血样本之前，获得了他们的知情同意，其中六名为男性，六名为女性，使用了一次性安全采血针。其中两名捐赠者（一名男性和一名女性）的实验数据被保留为独立测试集（表S1），以确保对模型进行无偏评估
血迹特征分析
图1展示了在微环境设置下，通过直接ATR采样在玻璃载玻片上沉积的血迹样本获得的FTIR光谱。重点关注3800至1000 cm?1范围内的光谱变化，因为在3800 cm?1以上没有观察到有用的振动，而1000 cm?1以下的噪声峰可能会干扰基质的带状结构。该区域的振动带与文献报告一致，包括O-H和N-H振动
结论
总之，本研究证明了使用直接ATR-FTIR对外环血迹进行可靠TSD估计的可行性，时间范围可达100天。这种方法也是首次将ATR-FTIR应用于密封在密封塑料袋中的血迹，利用了化学计量学的优势，使其特别适用于室内法医场景。研究结果还强调了PLS-DA相对于PLS-R模型的实际优势，因为它将TSD分类为更广泛的组别
CRediT作者贡献声明
Nor Ummiza Kamaruzaman：撰写——原始草稿、可视化、方法论、调查、正式分析、数据管理。Arniza Khairani Mohd Jamil：撰写——审阅与编辑、监督、资源提供。Muhammad Faisal Khyasudeen：撰写——审阅与编辑、监督、方法论。Kah Hin Low：撰写——审阅与编辑、监督、资源提供、项目管理、概念构思。
关于写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备这项工作时，作者使用了ChatGPT来提高手稿的可读性和语言表达。使用该工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
