扫描电子显微镜在法医取证中的应用

自20世纪70年代以来，扫描电子显微镜（SEM）一直是法医学的重要工具，并且今天仍在寻找法医应用。该技术 - 能够达到100，000倍或更高的放大倍率 - 被广泛用于检测犯罪现场的枪击残留物，而SEM技术的进步包括环境SEM（ESEM）和具有能量色散X射线光谱（SEM-EDX）的SEM，为先进的法医学提供了新的检测方法。

扫描电镜如何工作？
SEM设备可创建具有高放大倍率和低分辨率的图像。通过使用聚焦的高能电子束代替光来放大样品，SEM打破了光学显微镜的衍射极限（由光波之间的物理距离或光的波长设定），并用于研究纳米尺度的现象和物质。扫描电子显微镜（SEM）可以在分辨率低于1nm的情况下实现高于100，000x的放大倍率。

SEM使用电子枪或阴极向样品发射电子束。电子在离开阴极时穿过阳极，并被聚焦成强光束。当该光束与样品相遇时，样品材料中电子和物质粒子之间的相互作用会产生信号，这些信号被计算机解释以创建放大的图像。

当SEM电子束与样品相遇时，会发生三种主要信号。二次电子，反向散射电子和X射线是由电子与样品材料之间的相互作用产生的，并且每种电子都提供有关样品的不同信息。

二次电子从样品材料表面的原子发出，记录它们使SEM能够以高空间分辨率输出详细的地形图像。反向散射电子是折射入射电子，它们已经刺穿样品表面下方并与材料内部的原子相互作用。样品中质量更大的元素的原子将入射电子反弹得更远，这些散射模式可以揭示有关样品内部元素组成的信息。

当电子束中的电子取代样品中原子中的电子时，就会形成X射线。当这种情况发生时，能量必须被释放出来，并且以X射线的形式释放出来。在SEM中产生的X射线的波长与电子相互作用的元素有关。能量色散光谱（EDX）与SEM-EDX中的SEM相结合以记录此信息。

为了使SEM工作，样品本身需要导电或涂覆导电材料，如镀金纳米颗粒。通常，SEM也必须在真空中用干燥的样品材料进行。

自20世纪70年代以来，SEM在法医学中发现了许多应用。法医科学家使用SEM来查找伪造品，了解纺织品是如何损坏的，并检测犯罪现场是否存在枪击残留物。

SEM在法医学中的一些应用
SEM在法医学中的一个主要应用是检测和分析枪击残留物。枪击残留物或GSR是枪中金属由于施加的巨大热量和压力而被蒸发时排放的颗粒物的名称。有三种主要化合物用于枪筒底漆，因此在枪击残留物中出现三种主要化合物：苯乙烯酸铅（Pb），硝酸钡（Ba，）和硫化锑（Sb）。

由于枪声发射的Pb，Ba或Sb颗粒非常小，因此随着SEM在法医学中的出现，枪击残留物分析才成为可能。枪弹残留物经常在开枪的人的衣服上发现，尽管仅凭枪弹残留物不足以识别射手。发现枪弹残留物可以将人们置于犯罪现场，尽管在距离枪声13米的地方发现了枪击残留物。

SEM-EDX应用于法医学，以帮助查找和识别可用作证据的材料。SEM-EDX是一个有用的工具，因为它允许法医科学家同时对样品进行多项探索性调查。

在SEM-EDX中，首先使用反向散射电子生成显微照片。这提供了纳米级分辨率下样品表面的形态学信息，并帮助研究人员识别Pb，Ba和Sb的枪击残留颗粒。在现代法医学中，扫描电镜过程通常是自动化的。

SEM存储样品上枪击残留物的位置，然后训练有素的分析师评估枪击残留物颗粒的每个潜在候选者以进行阳性识别。如果分析人员有足够的信心检测到枪击残留物，则分析颗粒的EDX数据以精确地识别其元素组成。

ESEM也越来越多地用于法医学。该技术使SEM调查能够在没有传统SEM的样品制备要求的情况下进行，特别是在真空中执行研究的要求。ESEM更适合研究生物和其他“湿”样品，最近用于确定磷消耗是“冷案”中的死因。