[논문]염화아연(Zinc Chloride)과 액화질소를 사용한 닌히드린(Ninhydrin) 형광지문의 증강 효과 비교 및 실무적 사용을 위한 새로운 냉각방법에 관한 연구

전수연; 김창용; 김미소; 유제설

doi:10.15207/jkcs.2020.11.6.075

염화아연(Zinc Chloride)과 액화질소를 사용한 닌히드린(Ninhydrin) 형광지문의 증강 효과 비교 및 실무적 사용을 위한 새로운 냉각방법에 관한 연구
Comparison of Enhancement Effect of Ninhydrin Fluorescent Fingerprints Using Zinc Chloride and Liquid Nitrogen and Introducing the New Cooling Method for Post Treatment of Ninhydrin 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.11 no.6, 2020년, pp.75 - 82

전수연 (순천향대학교 법과학대학원) , 김창용 (순천향대학교 법과학대학원) , 김미소 (순천향대학교 법과학대학원) , 유제설 (순천향대학교 법과학대학원)

초록
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법과학 분야에서 닌히드린(ninhydrin)은 다공성 표면 증거물에 남겨진 잠재지문을 현출하기 위해 사용하는 대표적인 시약이다. 하지만 지문 유류물의 양이 적은 잠재지문을 닌히드린으로 현출하면 개인식별을 하기에 충분하지 않은 지문이 현출될 가능성이 있다. 본 연구에서는, 이와 같이 품질이 낮은 닌히드린 현출 지문을 증강하기 위해 사용하는 염화아연과 액화질소의 효과를 알아보고, 쉽게 접하기 힘든 액화질소 외에 닌히드린/Zn 지문에 적용할 수 있는 또 다른 냉각방법이 있는지 찾아보고자 하였다. 동일한 수준의 지문을 제작하기 위해 인공 땀을 사용하였고, 각 기법으로 현출한 지문을 SWGFAST 기준을 통해 평가받아 평균과 표준편차를 비교하였다. 실험 결과, 닌히드린/Zn-액화질소는 3.2, 3.3점의 평균점수를 받아 1,2-IND/Zn, DFO와 마찬가지로 개인식별이 가능한 수준의 증강 효과를 보였다. 또한, 닌히드린/Zn 지문을 증강하는 방법으로 액화질소 대신 드라이아이스를 사용한 실험에서는 3.0, 2.9점의 평균점수가 나와, 실무적으로 충분히 고려해볼 수 있는 냉각 방법이라는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

We identify the enhancement effects of zinc chloride and liquid nitrogen on low quality ninhydrin-developed fingerprint and we wanted to find out another cooling methods available for ninhydrin/Zn fingerprint enhancement besides the liquid nitrogen, which is hard to access. Artificial sweat was used to make the same level of fingerprints, and fingerprints developed by each technique were evaluated by SWGFAST standard and compared the average score and standard deviation. As a result of the experiment, ninhydrin/Zn-liquid nitrogen got 3.2 and 3.3 as average scores that enough to identify an individual such as 1,2-IND/Zn or DFO. Also, experiments using dry ice instead of liquid nitrogen as a way of the ninhydrin/Zn-developed fingerprints enhancement resulted in 3.0 and 2.9 as average scores, therefore, it was confirmed that dry ice is also a sufficient cooling method to be considered in practice in the field of forensic science.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Master fingerprint pattern (MFP) created with Adobe Photoshop CS5.
표 Table 1. Formulation of fingerprint development reagents
그림 Fig. 2. Cooling methods to enhance ninhydrin/Zn-developed fingerprint in 'Experiment 3.'
표 Table 2. Standards for examining fingerprints recommended by SWGFAST
그림 Fig. 3. Result of the output level 200 master fingerprint pattern developed with ninhydrin
그림 Fig. 4. Artificial sweat fingerprints developed using ninhydrin, ninhydrin/Zn-liquid nitrogen, 1,2-IND/Zn, and DFO: Ninhydrin-developed fingerprint was observed under white light; the others were illuminated by 505 nm Flare Plus 2 or a laser and observed through an orange barrier filter.
그림 Fig. 5. The average quality scores of the artificial sweat fingerprints developed with ninhydrin, ninhydrin/Zn-liquid nitrogen, 1,2-IND/Zn and DFO, which were assessed based on SWGFAST standard
그림 Fig. 6. Ninhydrin/Zn-developed artificial sweat fingerprints enhanced with liquid nitrogen, dry ice, and instant freezing aerosol, which were observed using 505 nm Flare Plus 2, laser and orange barrier filter.
그림 Fig. 7. The average quality scores of the ninhydrin/Zn -developed artificial sweat fingerprints enhanced with liquid nitrogen, dry ice, and instant freezing aerosol, which were assessed based on SWGFAST standard

AI 본문요약
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문제 정의

범죄현장에서 발견된 다공성 표면의 증거물을 닌히드린으로 처리했을 경우 육안으로 식별이 불가능할 정도의 품질을 가진 지문이 현출될 가능성이 크기 때문에 개인식별에 사용되지 못하는 결과로 이어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 인공 땀 지문으로 품질이 좋지않은 닌히드린 현출 지문을 제작하여 닌히드린-ZnCl 후처리 용액과 액화질소를 통해 얼마나 효과적으로 증강할 수 있는지 알아보고, 액화질소 외에 닌히드린/Zn 지문에 적용할 수 있는 또 다른 냉각방법이 있는지 찾아보고자 하였다.
또한 Kobus[9]와 Almog 등[19]의 연구에서와 같이 상온에서는 약하게 나타나는 닌히드린/Zn 형광을 액화질소를 사용해서 강하게 증강시키는 방법은 지금까지 닌히드린 현출 지문에서 형광을 구현하는 최적실무로 인식되었다. 본 연구에서는 액화질소에 비해 접근성과 편리성이 뛰어난 드라이아이스를 사용하여 증강했을 때 액화질소로 증강한 형광지문과 같이 개인식별 하기에 충분한 품질의 지문을 얻을 수 있었다.

제안 방법

1) ZnCl 용액과 액화질소를 통한 닌히드린 지문의 증강 ‘가’ 방법을 통하여 닌히드린으로 현출한 지문을 닌히드린-ZnCl 후처리 용액에 완전히 담근 후 꺼내어 건조하였다.
5℃)에 올리고 또 다른 드라이아이스로 덮어 10분간 유지하였다. 10분이 지난 뒤 덮어놓았던 드라이아이스를 제거하고 즉시 사진을 촬영하였다.
2) 1,2-IND/Zn 와 DFO A4 복사용지에 출력한 200 레벨의 인공 땀 지문을 각각 1,2-IND/Zn와 DFO 용액에 완전히 담근 후 꺼내어 건조한 뒤 Digital Steam Press로 180℃의 열을 10초 간 적용하여 지문을 현출하였다.
505 nm 파장의 광원은 Polilight Flare Plus 2(LED)와 레이저의 한 종류인 BrightBeam®을 동일한 출력으로 설정하여 형광지문의 품질을 비교하였다.
A4 복사용지에 출력한 200 레벨의 인공 땀 지문을 닌히드린 용액에 완전히 담근 후 꺼내어 건조한 뒤 스팀프레스로 180℃의 열을 10초 동안 적용하여 지문을 현출하였다.
1) ZnCl 용액과 액화질소를 통한 닌히드린 지문의 증강 ‘가’ 방법을 통하여 닌히드린으로 현출한 지문을 닌히드린-ZnCl 후처리 용액에 완전히 담근 후 꺼내어 건조하였다. 닌히드린 지문을 닌히드린-ZnCl 후처리 용액에 적용한 지문(닌히드린/Zn 지문)을 스티로폼 상자 안에 넣은 뒤 금속 막대로 고정하고 30 ml의 액화질소를 부은 후 즉시 형광으로 촬영하였다.
8, 셔터스피드 1/5초, ISO 400으로 설정하여 촬영하였다. 닌히드린 지문을 제외한 모든 형광지문은 505 nm 파장의 초록색 광원과 주황색 차폐 필터를 사용하여 M모드로 조리개 f/2.8, 셔터스피드 1/1.6초, ISO 400으로 설정하여 촬영하였다.
닌히드린 현출 지문을 닌히드린-ZnCl 후처리 용액과 액화질소를 사용하여 얼마나 효과적으로 증강할 수 있는지 알아보기 위해 동일한 200 레벨의 인공 땀 지문에 닌히드린/Zn-액화질소와 1,2-IND/Zn, DFO를 적용하여 현출 및 증강된 형광지문의 품질을 비교하였다.
동일한 200 레벨의 인공 땀 지문에 닌히드린/Zn-액화질소, 1,2-IND/Zn, DFO를 적용하여 현출 및 증강된 형광지문을 505 nm의 Flare Plus 2와 레이저로 관찰한 결과를 Fig. 4에 나타내었다.
여러 선행연구들을 살펴본 결과, 액화질소로 증강한 닌히드린/Zn 형광지문(닌히드린/Zn-액화질소)은 DFO와 비슷한 세기를 지니는 것으로 알려져 있으므로, 다공성 표면에 유류된 잠재지문을 현출하는데 많이 사용되고 있는 형광 기법인 1,2-IND/Zn와 비슷한 수준의 형광 세기를 가질 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는, 동일한 품질의 잠재지문을 유류할 수 있는 인공 땀 지문을 사용해[15] 육안으로 식별이 불가능할 정도의 품질의 잠재지문을 만들고 닌히드린/Zn-액화질소, 1,2-IND/Zn, DFO를 각각 적용하여 형광지문의 현출 및 증강 효과를 비교하였다. 이 실험을 통해 닌히드린으로 현출된 지문의 품질이 좋지 않아 개인식별에 사용되지 못하는 상황을 개선해보고자 하였고, 추가적으로, 쉽게 구하기 힘든 액화질소를 대체할 수 있는 냉각제를 찾아보고자 액화질소와 다양한 냉각 방법 간의 효과를 비교하였다.
모든 실험은 3회 반복되었으며, 닌히드린으로 현출한 지문에 대하여 지문 평가자에게 얻은 점수로 반복 실험 당 평균을 구하여 200 레벨의 인공 땀 지문이 육안으로 식별이 불가능한 수준의 지문에 적합한지 확인하였다. 또한, 반복 실험 마다 인공 땀 지문이 동일한 품질을 가지는지 확인하기 위해 반복 실험의 평균 간 표준편차를 알아보았다.
모든 실험은 3회 반복되었으며, 닌히드린으로 현출한 지문에 대하여 지문 평가자에게 얻은 점수로 반복 실험 당 평균을 구하여 200 레벨의 인공 땀 지문이 육안으로 식별이 불가능한 수준의 지문에 적합한지 확인하였다. 또한, 반복 실험 마다 인공 땀 지문이 동일한 품질을 가지는지 확인하기 위해 반복 실험의 평균 간 표준편차를 알아보았다.
Master fingerprint pattern은 0부터 250까지 임의로 인공 땀의 레벨을 선택하여 제작할 수 있다. 본 실험에서 사용할 master fingerprint pattern의 레벨을 결정하기 위해 10단위로 총 26개를 제작한 후 A4 복사용지에 출력하여 닌히드린으로 현출한 결과를 비교하였다. 200 레벨의 인공 땀 지문이 육안으로 식별이 불가능할 정도의 품질을 가진 지문이라고 결정하였으며 본 실험에 200 레벨의 인공 땀 지문을 일괄적으로 사용하였다.
액화질소 이외의 닌히드린/Zn 지문에 적용할 수 있는 냉각 방법을 찾고자 드라이아이스와 부분 순간 냉각제를 Fig. 2와 같은 방법으로 각각 적용하여 실험을 진행하였다.
따라서 본 연구에서는, 동일한 품질의 잠재지문을 유류할 수 있는 인공 땀 지문을 사용해[15] 육안으로 식별이 불가능할 정도의 품질의 잠재지문을 만들고 닌히드린/Zn-액화질소, 1,2-IND/Zn, DFO를 각각 적용하여 형광지문의 현출 및 증강 효과를 비교하였다. 이 실험을 통해 닌히드린으로 현출된 지문의 품질이 좋지 않아 개인식별에 사용되지 못하는 상황을 개선해보고자 하였고, 추가적으로, 쉽게 구하기 힘든 액화질소를 대체할 수 있는 냉각제를 찾아보고자 액화질소와 다양한 냉각 방법 간의 효과를 비교하였다.
종이 검체가 젖는 것을 방지하기 위해 닌히드린/Zn 지문을 랩으로 덮어 밀착시킨 후 금속 막대로 고정하였다. SF-1013 부분 순간 냉각제(-50℃)를 랩으로 덮은 지문 위에 적용하는 동시에 사진을 촬영하였다.

대상 데이터

본 실험에서 사용할 master fingerprint pattern의 레벨을 결정하기 위해 10단위로 총 26개를 제작한 후 A4 복사용지에 출력하여 닌히드린으로 현출한 결과를 비교하였다. 200 레벨의 인공 땀 지문이 육안으로 식별이 불가능할 정도의 품질을 가진 지문이라고 결정하였으며 본 실험에 200 레벨의 인공 땀 지문을 일괄적으로 사용하였다.
505 nm 광원은 Rofin(Australia)의 Polilight Flare Plus 2, 주황색 차폐 필터는 ALTLIGHT(Korea)의 LPF540를 사용하였으며, 레이저는 ALTLIGHT(Korea)의 BrightBeam® DUAL ULTRA Portable Forensic Laser System, 7W Blue and 7W Green를 사용하였다.
닌히드린 지문은 백색광 아래에서 M모드로 조리개 f/2.8, 셔터스피드 1/5초, ISO 400으로 설정하여 촬영하였다. 닌히드린 지문을 제외한 모든 형광지문은 505 nm 파장의 초록색 광원과 주황색 차폐 필터를 사용하여 M모드로 조리개 f/2.
본 실험에는 SIRCHIE®(USA)의 닌히드린, 1,2-Indanedione(1,2-IND), 1,8-diazafluoren-9-one(DFO)을 사용하였고, DAEJUNG(Korea)의 ethanol, ethyl acetate, acetic acid, petroleum ether, zinc chloride, methanol을 사용하여 시약을 제조하였다.
실험에 사용한 닌히드린, 닌히드린-ZnCl 후처리 용액, 1,2-IND/Zn, DFO는 Table 1과 같은 조성에 따라 제조하여 사용하였다[3,16].
액화질소는 대명특수가스(Korea)의 제품을 사용하였고, 드라이아이스는 보아스제과상사(Korea)의 제품을 사용하였고, SF-1013 부분 순간 냉각제는 NABAKEM®(Korea)의 제품을 사용하였다.
열처리에는 Sienna®(USA)의 SiennaEmpressa SSP-3208 Digital Steam Press를 사용하였다.
505 nm 광원은 Rofin(Australia)의 Polilight Flare Plus 2, 주황색 차폐 필터는 ALTLIGHT(Korea)의 LPF540를 사용하였으며, 레이저는 ALTLIGHT(Korea)의 BrightBeam® DUAL ULTRA Portable Forensic Laser System, 7W Blue and 7W Green를 사용하였다. 인공 땀 지문은 Adobe(USA)의 Adobe Photoshop CS5를 사용하여 제작하였으며, EPSON(Japan)의 EPSON L310을 사용하여 출력하였다.
열처리에는 Sienna®(USA)의 SiennaEmpressa SSP-3208 Digital Steam Press를 사용하였다. 촬영에 사용된 카메라 본체는 Nikon(Japan)의 Nikon D5300, 렌즈는 LAOWA(China)의 Laowa 60mm f/2.8 2X Ultra-Macro를 사용하였다. 505 nm 광원은 Rofin(Australia)의 Polilight Flare Plus 2, 주황색 차폐 필터는 ALTLIGHT(Korea)의 LPF540를 사용하였으며, 레이저는 ALTLIGHT(Korea)의 BrightBeam® DUAL ULTRA Portable Forensic Laser System, 7W Blue and 7W Green를 사용하였다.

데이터처리

따라서 200 레벨의 지문은 닌히드린으로 현출하였을 때 개인식별이 불가능한 지문임을 알 수 있었다. 반복 실험의 평균 간 표준편차는 0.0으로 3번의 모든 반복 실험에서 인공 땀 지문이 모두 동일한 품질을 가지는 것을 확인하였으므로, 실험 2와 실험 3에서는 전체 평균을 사용하여 기법 및 광원 간 비교를 진행하였다.

이론/모형

각 인공 땀 지문의 현출 및 증강 효과는 법과학 전공자 26명이 참여하여 Table 2에 나타낸 SWGFAST 표준 [17]을 기준으로 평가하도록 하였다.
본 실험에 사용된 인공지문은 Hong(2015)의 논문을 참고하여 Adobe Photoshop CS5을 사용해 Fig. 1과 같은 과정으로 master fingerprint pattern(MFP)을 제작하였다[15]. Master fingerprint pattern은 0부터 250까지 임의로 인공 땀의 레벨을 선택하여 제작할 수 있다.

성능/효과

1) 액화질소를 사용한 닌히드린/Zn 지문의 증강 ‘나-1)’ 방법과 동일하게 진행하였다.
2) 드라이아이스를 사용한 닌히드린/Zn 지문의 증강 닌히드린/Zn 지문을 평평한 드라이아이스(-78.5℃)에 올리고 또 다른 드라이아이스로 덮어 10분간 유지하였다. 10분이 지난 뒤 덮어놓았던 드라이아이스를 제거하고 즉시 사진을 촬영하였다.
Flare Plus 2로 관찰하여 세 가지 냉각 방법으로 증강한 지문의 품질을 평가한 결과, 닌히드린/Zn-액화질소 지문의 전체 평균은 3.2, 드라이아이스는 3.0, 부분 순간냉각제는 2.6으로 나타났다. 레이저로 관찰했을 때의 전체 평균은 닌히드린/Zn-액화질소에서 3.
0 이상의 품질을 가진다는 것을 확인하였다. Flare Plus 2와 레이저를 전체 평균으로 비교한 결과 세 가지 기법 모두에서 유의한 차이가 나지 않았다.
0에 근접한 점수를 얻었다. Flare Plus 2와 레이저를 전체 평균으로 비교한 결과 세 가지 냉각 방법 모두에서 유의한 차이가 나지 않았다.
Pounds[12]와 McComiskey 등[18]이 닌히드린의 흡광모드의 지문과 DFO의 형광지문을 단순 비교를 통해서 DFO가 더 효과적인 방법임을 밝힌 것에 반해서 본 연구는 2차적인 금속염 처리 후에 냉각 상태에서 관찰한 닌히드린 형광지문의 품질이 DFO와 1,2-IND/Zn로 현출한 형광지문의 품질만큼 뛰어나다는 것을 보여주고 있다. 또한 Kobus[9]와 Almog 등[19]의 연구에서와 같이 상온에서는 약하게 나타나는 닌히드린/Zn 형광을 액화질소를 사용해서 강하게 증강시키는 방법은 지금까지 닌히드린 현출 지문에서 형광을 구현하는 최적실무로 인식되었다.
각 지문의 품질을 평가한 결과, Flare Plus 2로 관찰한 닌히드린/Zn-액화질소 지문의 전체 평균은 3.2, 1,2-IND/Zn는 3.1, DFO는 3.0으로 나타났다. 레이저로 관찰했을 때의 전체 평균은 닌히드린/Zn-액화질소에서 3.
닌히드린 현출 지문을 닌히드린-ZnCl 후처리 용액과 액화질소로 증강한 결과 평균 점수가 0.5에서 3.0 이상으로 증가하였다. 또한, 사용한 기법의 전체 평균을 비교해 보았을 때 닌히드린/Zn-액화질소로 현출 및 증강한 지문이 1.
닌히드린/Zn 현출 지문을 세 가지 냉각 방법으로 증강한 결과, 액화질소, 드라이아이스, 부분 순간 냉각제 순으로 지문의 품질이 우수한 것으로 나타났다. 부분 순간냉각제는 Flare Plus 2, 레이저로 관찰한 것 모두 전체 평균이 2.
닌히드린으로 현출한 지문인 Fig. 3을 평가한 결과, 3회의 반복 실험에서 평균이 모두 0.5로 나타났다. 따라서 200 레벨의 지문은 닌히드린으로 현출하였을 때 개인식별이 불가능한 지문임을 알 수 있었다.
5로 나타났다. 따라서 200 레벨의 지문은 닌히드린으로 현출하였을 때 개인식별이 불가능한 지문임을 알 수 있었다. 반복 실험의 평균 간 표준편차는 0.
0 이상으로 증가하였다. 또한, 사용한 기법의 전체 평균을 비교해 보았을 때 닌히드린/Zn-액화질소로 현출 및 증강한 지문이 1.2-IND/Zn, DFO로 현출한 지문만큼 개인식별하기에 충분한 3.0 이상의 품질을 가진다는 것을 확인하였다. Flare Plus 2와 레이저를 전체 평균으로 비교한 결과 세 가지 기법 모두에서 유의한 차이가 나지 않았다.
0으로 나타났다. 레이저로 관찰했을 때의 전체 평균은 닌히드린/Zn-액화질소에서 3.3, 1,2-IND/Zn에서 3.0, DFO에서는 3.2로 나타났다. 기법 및 광원별 전체 평균을 비교한 결과는 Fig.

후속연구

다만, 본 연구에서는 인공 땀 지문을 제작하여 실험에 사용하였으므로 실제 사람의 손가락으로 유류한 지문으로 실험하여 결과를 살펴볼 필요가 있다. 또한, 닌히드린/Zn 지문에 드라이아이스를 냉각방법으로 사용하여 개인식별이 가능한 수준의 증강 효과를 얻을 수 있었지만 드라이아이스를 적용하는 다양한 방법에 대한 비교가 이루어지지 않았으므로 최적의 적용 방법에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
다만, 본 연구에서는 인공 땀 지문을 제작하여 실험에 사용하였으므로 실제 사람의 손가락으로 유류한 지문으로 실험하여 결과를 살펴볼 필요가 있다. 또한, 닌히드린/Zn 지문에 드라이아이스를 냉각방법으로 사용하여 개인식별이 가능한 수준의 증강 효과를 얻을 수 있었지만 드라이아이스를 적용하는 다양한 방법에 대한 비교가 이루어지지 않았으므로 최적의 적용 방법에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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