指纹缘量仪

作为我国神奇的“特产”——中药，尽管有着强大的药效，但是很多神奇之处依然无法用科学说清楚。江苏省中医药研究院的专家就采用中药药效跟踪的方法，运用现代中药化学与指纹图谱分析技术，对中药指纹图谱分析，以此来研究江苏省15种地道中药。“就像我们每个人都有不同的指纹一样，中药也有自己的‘指纹’，而这有望成为我们把中药‘说清楚’的第一步。”研究院钱士辉研究员告诉记者，通过近十年的研究，他们已经对15种江苏地道的中药材进行了“摸底”，并首次建立了江苏省地道中药资源标准物质库和化学信息指纹图谱库。该成果也获得了南京市科技进步一等奖。 　　中药“指纹图谱”像心电图 　　中药会有指纹吗?“中药的指纹和人的指纹其实长得并不一样。”钱士辉介绍说，中药指纹图谱是指某种(或某产地的)中药所共有的、具有特征性的某类化学成分的色谱。它可以较全面地反映中药所含化学成分的种类与数量以及相对含量的变化，进而反映中药的质量和中医用药所体现的整体疗效。换句话说，中药指纹图谱就是运用光谱、波谱、色谱、核磁共振、X射线等现代分析技术对中药化学信息以图形(图像)的方式进行表征并加以描述。说着，他还拿出一份中药的指纹图谱，记者发现指纹图谱更像是心电图，上面由一个个波峰组成。“出现峰的地方是说明这里检测到了中药材里的某一种成分，如果波峰高，就说明这种成分含量也高。” 　　钱士辉指着实验台上装着五颜六色物质的药剂瓶说，“这些都是从不同中药中提取出来的各种成分，我们主要的工作就是要分析各种药材里分别有哪些成分，这些成分的含量分别有多少，然后制定一个数据库，这个数据就可以对以后鉴别这种中药是否符合标准做参考。” 　　药材产地不同直接影响疗效 　　这次研究的15种江苏地道中药，分别是：白菊花、野马追、连钱草、苏薄荷、宜兴百合、白首乌、夏枯草、茅苍术、蟾酥、女贞子、银杏、金荞麦、太子参、板蓝根和明党参。因为种植和地形的原因，江苏的中药材种植在全国来说并不占优势。就拿这15种药材说，南京地区这15种药材都比较少，无法满足市场需求，所以市面上基本没有南京产的药材卖。 　　“值得注意的是，经过研究发现，这些药材中大多数必须是江苏产的才会有特殊的疗效。”钱士辉说，比如茅苍术，这种药材在江苏、安徽、湖北、河南等地都有，主要功能有燥湿健脾、祛风、散寒、明目。但是，茅苍术中最好的是生长在句容茅山地区的，那里的茅苍术中有些成分的含量要比其他地方的多很多，而且还含有一些其他地方所没有的成分。百合也是如此，平常我们吃的百合大多是如乒乓球大小的，但宜兴百合却要比其他地方的小很多，而且口感也不一样。“不同产地的药材，某种成分可相差200多倍。现在的药材市场流通频繁，所以在质量上很难保证，我们的这些研究也为了让中药质量可控，保证它的效果。”

指纹破案不准确　　近代以来，指纹是识别罪犯的一个重要依据，不过，由于比对标准仅仅是嫌疑人指纹与现场采集到的指纹的相似性，而现场采集的指纹往往多而杂乱或者不完整、不清晰，这就难免有误判了。　　1997年初，英国一名51岁的男子被杀死在家中，警察根据在死者家中发现的指纹找到了嫌疑人大卫阿斯伯里，他曾被受害者雇佣到家里做过一些杂活，警察还在阿斯伯里的家里发现了一个有受害者指纹的存钱罐。但奇怪的是，在受害者家里的门框上警察还发现了另一枚指纹，这枚指纹与警官雪莉麦基的很相似。雪莉麦基坚决否认自己曾到过受害者家中，她的警察同事也给她提供了一些不在场证明。但是为了证明指纹识别是准确的，阿斯伯里确实是犯人，雪莉被判定说了谎，她不仅被解雇了，还和阿斯伯里一同入狱了。几年后，案件重审，来自不同国家的171名指纹专家再次复审了指纹，他们得出的结论是雪莉的指纹与犯罪现场的指纹并不匹配，于是雪莉和证据并不充分的无辜的阿斯伯里最终得以获释。　　雪莉的冤案并不是独一无二的。2004年，西班牙马德里的地铁遭到爆炸袭击。警方在现场采集到一个不完整的指纹，两个月后，美国警察逮捕了“犯人”，他们宣称这个叫布兰登梅菲尔德的人的指纹与爆炸现场的指纹相吻合，尽管他有确切的不在场证明。又过了半个多月，西班牙警方逮捕了另一名犯罪嫌疑人，这名嫌疑人的指纹与现场指纹更吻合，无辜的梅菲尔德才被释放。　　虽然指纹确实很独特，但很显然，仅凭形状比对不能保证百分百的准确性。不过，现在科学家对指纹有了更新、更深的认识。　　原有物质跑不掉　　每个人指纹下方的皮肤藏着许多汗腺和毛孔，它们分泌出的氨基酸和脂肪酸会留在指纹的沟壑间，而不同性别和年龄的人分泌的氨基酸和脂肪酸的量是有差异的，随着时间的流逝，这些物质的含量也会发生变化，指纹告诉我们的秘密就藏在这些变化后。　　从指纹看性别现在已经非常容易了，科学家们发现，男性和女性指纹中的异亮氨酸、苯丙氨酸和棕榈油酸的含量存在明显差异。在多个实验样本中，男性的指纹中上述三种物质含量均比女性高，平均约高出10%～30%，结合三种物质含量来判断性别，准确率高达90%。年龄也与指纹的化学成分密切相关，儿童的指纹中含有较高浓度的挥发性未酯化脂肪酸（能直接供能的物质，如油酸、软脂酸等），而成人含有较高浓度的、挥发性较差的酯化脂肪酸（脂肪酸与醇的反应产物，参与构成其他物质，如卵磷脂、脑磷脂等）。科学家们已经算出了一个指纹中的化学成分随年龄变化的函数公式，将相应化合物的含量代入公式，就能算出指纹所有人的年龄。　　基质辅助激光解析电离质谱（MALDI-MSI）是目前最常用的确定指纹化学成分的方法，氨基酸和脂肪酸的含量都能用该方法测出来。美国爱荷华州立大学的化学家佩吉辛纳斯还能通过脂肪酸的剩余含量判断出指纹被留下的时间，最长可以追溯到15天前。当一枚指纹被留在空气中时，其中的不饱和脂肪酸会与空气中的臭氧反应发生降解。指纹留下时间不同，降解物质的种类和含量会发生变化，这样科学家就能够通过质谱仪分析降解物质的变化，来判断指纹的“离体时间”，也即刑事案件中的作案时间。　　外来物质全知道　　除了自身分泌的物质外，指纹还能“拦截”一些外来物质，比如日常接触的药物、酒精甚至是血液，而这些东西对案件的侦破至关重要。　　英国东英吉利大学的研究人员开发了一种检测人手指上的药物的方法，目前能检测四类药物：大麻、可卡因、冰毒和鸦片。人们将手指按压在药物筛选盒里的试纸上，如果被检测的四类药物存在，试纸上的荧光标记抗体会与药物结合，药物含量越多，结合抗体越多，荧光就越弱，如果四种药物都不存在，将获得最大荧光信号，最后通过测量荧光信号就能知道人们接触毒品的情况。该方法能够检测低至10-9克级的药物，只需要10分钟就能得到结果。　　而且，这个方法同样能应用于死者。研究人员从75名癌症致死的死者身上获取了指纹样本，检测到他们生前曾大量服用吗啡，这是癌痛的镇痛药物之一。因此，如果这个技术能用于刑侦，对判断死因和确认嫌疑人是否是瘾君子将有重要作用。自2012年起，英国谢菲尔德哈莱姆大学的生化学家西蒙娜弗朗西丝团队就与警方合作，研究指纹识别技术在刑侦活动中的应用，现在他们已经能用质谱法在指纹中鉴定出多种分子，比如毒品、血液、化妆品成分以及咖啡品种等，根据这些信息，警方能大大缩小嫌疑人的范围。　　研究人员是这样运用质谱仪来检测指纹中血液的存在的。血红蛋白是血液中负责氧运输的蛋白质，其中的一种化合物——血红素含有许多结合氧气所必需的铁元素。在质谱仪中，极微量的铁元素也能被识别出来，还能判断这些铁元素是否来自血液，来源是动物血液还是人类血液，甚至连几十年前采集的指纹中隐藏的血液也能被检测出来。有了这项技术，尘封几十年的案件将迎来新的突破。　　想象一下这幅画面：刑侦警察们坐在电脑前，屏幕上放映着一个嫌疑人的指纹，它属于美国某州某县的一个30岁的男子，他清晨爱喝蓝山咖啡，每天会抽两支万宝路香烟，日常使用古龙香水，根据指纹中的印刷墨水，可判断他在一家高科技公司工作… … 只需要几分钟，警察们就获得了这么多信息，犯人们还能藏多久？

溢油事故：超级杀手 　　“据不完全统计，1976～2006年，我国沿海平均每4天发生一起溢油事故，其中，溢油量在50吨以上的溢油事故60多起。”国家海洋局北海环境监测中心主任高振会告诉记者，“随着我国对外开放和海洋经济的迅速发展、海洋石油勘探开发规模不断加大、海上石油运输日益繁忙，加之我国未来对石油需求的不断增加、油运市场的不断壮大，我国海域可能是未来溢油事故的多发区和重灾区。海上溢油事故正逐渐成为十分敏感的问题。” 　　海洋溢油被称为海洋生态环境的超级杀手，是我国近海经常发生的重要环境灾害之一。随着我国经济的不断发展，各类油污染事件呈上升趋势，发生的频率与风险正日益加大，这给我国海洋生态环境、生态资源及人民群众带来了重大损失。 　　高振会举例说，2002年，一艘装载8万吨原油的马耳他籍“塔斯曼海”轮船在渤海湾发生撞船事故，大量原油泄漏，经过评估，这起事故给我国带来的环境经济损失达1亿多元。除此之外，各种地沟油、加油站漏油、发电厂及机修厂漏油也是油污染的主要来源，而它们直接危害到周围居民的健康。 　　发展，迫在眉睫 　　溢油源的确定和损失评估是溢油事故处理的重要依据，因此，发展溢油鉴别与损害评估技术越来越迫切。 　　“海洋溢油具有突发性、偶然性和瞬时性，加之其在海洋环境中的复杂变化，使得其损害的对象也十分广泛。但目前我国缺乏专门的海洋溢油科研平台，部分基础研究成果零散分布，缺乏有效的海洋溢油快速鉴别与损害评估技术，给查找肇事者、有效保护我国海洋生态环境带来诸多困难。”高振会告诉记者，面对我国沿海经济的迅速发展，我们应该逐步开展以溢油监测与鉴别技术、溢油的生态环境影响评估、溢油现场处置与生态修复技术为重点的研究与应用示范工作，从而指导我国海洋溢油环境保护工作。 　　针对溢油事故频发及其对海洋环境的巨大损害，目前国际上很多国家和地区都建立了相关的专业研究机构，如美国早在1978年就在海岸警备队成立了油品鉴别中心实验室 欧洲的比利时、丹麦、德国、挪威、葡萄牙和英国等6个国家的研究机构也于1983年在对油类分析研究的基础上，建立了欧洲海上溢油鉴定系统，后经过两次修订于1992年被《波恩协议》所接受，作为《波恩协议》内部溢油鉴别的推荐方法。这些机构在溢油方面开展的研究成果，不仅促进了海洋溢油相关技术的发展，并在海洋行政管理中发挥了重要作用。而我国在这方面却一直落后于这些发达国家。 　　我国也应时代发展的需要，于2007年在国家海洋局北海分局建立了我国第一个溢油鉴别与损害评估技术重点实验室，促使海洋科学技术研究及成果转化与海洋行政管理的结合。 　　油指纹鉴别技术是时代之需 　　溢油鉴别与损害评估技术重点实验室通过溢油监测与鉴别技术、溢油的生态环境影响、溢油应急处置及生态修复等方向与多学科交叉研究，深入了解海洋溢油的特征和规律，准确查明各种溢油来源，对其造成的海洋生态环境损害作出客观评估，为修复受损的海洋生态环境、发展海洋突发事件研究的理论体系、发展相应的高新技术提供技术平台，为我国海洋减灾防灾和维护国家海洋权益提供科学依据。该实验室以溢油监测与鉴别技术、溢油的生态环境影响和溢油现场处置与生态修复技术为主要研究内容和方向。 　　高振会向记者介绍，这些技术中油指纹鉴别技术至关重要。 　　该技术最早始于20世纪60年代，美、日等国家在70年代相继推出标准方法，北欧标准也在80年代颁布。近些年来，随着技术的发展和研究的不断深入，各国都在不断完善自己的溢油鉴别体系，并建立起了自己的油指纹库，我国也正在着力建设自己的标准油指纹库。 　　高振会解释说，所谓的油指纹鉴别就是基于油品指纹的差异性，通过对溢油和可疑溢油源油样的“油指纹”进行比对，从而实现溢油源的排查和确认。 　　众所周之，原油是由上千种不同浓度的化合物组成，这些化合物通过不同的分析检测手段获得不同的信息，如利用色谱获取的组分信息、利用光谱获得的各种光谱特征，这些信息就是反映油品特征的油指纹。 　　油指纹的差异性主要受到3个方面因素的影响：首先，原油的形成和聚集过程中的因素，包括原油生源岩本身的有机质特征、热环境以及原油在地层和油井内的运移 其次，原油通过不同的炼制过程获得的成品油，因为炼制过程不同，不同的需求，以及运输、储存等过程的不同，不同成品油的油指纹不同 最后，油品溢出到环境中后的风化和混合，不同的风化过程、不同的环境背景和环境中其他烃类污染源带来的混合，油指纹也会发生不同程度的变化。 　　记者了解到，为提高溢油鉴定能力，为海洋行政执法管理提供科学依据，国家海洋局北海分局建立了气相色谱、气相色谱—质谱、红外光谱、荧光光谱及物理方法等一套国际先进的油指纹库建设体系和多手段逐级鉴定体，承担并完成了油指纹库建设体系及关键技术研究。 　　关键之处显身手 　　“在我国科技工作人员的努力下，在认真梳理、总结多年工作成果并广泛借鉴国内外先进经验的基础上，我国现已完成了国家标准《海面溢油鉴别系统规范》的制定。该标准是在行业标准部分内容的基础上，广泛吸收《欧洲溢油鉴别系统》(NT CHEM 001，1991)和美国ASTM相关标准中先进的油指纹鉴别技术，研究石油指纹的化学分析方法、溢油鉴定程序和判定方法，较之前行业标准已经有了质的飞跃，溢油鉴定流程方面实现了与国际接轨。”高振会高兴地对记者介绍。 　　高振会进一步补充说，这些技术目前已经得到了很好的应用，积累了较丰富的实践经验。如长岛海域油污染事件鉴定、埕岛海域油污染鉴定、“塔斯曼海”轮溢油鉴定、威海“恒冠36”轮溢油事件鉴定、绥中36-1油田F31井溢油污染鉴定、黄骅滩涂溢油鉴定、黄岛溢油鉴定等几十起溢油事故鉴定中，这些技术都发挥了关键性作用。尤其是2006年“长岛海域油污染事件”中，北海分局北海监测中心基于油指纹鉴定技术，排除了多种溢油嫌疑，成功地确定溢油来源，为事件的处理提供了有力证据。