Comparison of VMD and 1,2-indanedione(SOON-100) for the Development of Latent Fingerprints on Thermal Paper

VMD와 1,2-indanedione(SOON-100)의 감열지 잠재지문 현출 효과 비교

Abstract

Since thermal paper is widely used in daily life such as convenience store receipts, lottery tickets and ATM receipts, it is important to develop fingerprints on thermal papers because it can be easily found in crime scenes. This study compared the ability of fingerprint development between vacuum metal deposition(VMD) and 1,2-indanedione(SOON-100) in order to evaluate the effectiveness of VMD, which some literatures have stated to be effective in thermal papers. As a result, in the case of SOON-100, clear ridges of fingerprints that enable individual identification were observed after an hour of deposition, although the fresh fingerprints were faint. In the case of VMD, the fingerprints gradually spread and the quality of the ridges deteriorated rapidly after 6 hours of deposition. This results is consistent with the principle of VMD. Considering the principles of VMD and the characteristics of the surface of thermal paper, VMD is not suitable for the development of potential fingerprints on the thermal paper.

감열지는 편의점 영수증, 로또, ATM 영수증 등 일상생활에 널리 이용되어 범죄와 관련된 현장에서 쉽게 발견될 수 있기 때문에 감열지에서 지문을 현출하는 일은 매우 중요하다. 본 연구에서는 일부 문헌에서 감열지에서의 지문 현출이 효과적이라고 주장하는 vacuum metal deposition(VMD) 기법의 효과성을 알아보기 위해 감열지의 잠재지문 현출용 시약인 1,2-indanedione(SOON-100)과 VMD 기법 간의 지문 현출력을 비교하였다. 지문을 유류한 검체를 직사광선이 없는 평균온도 20 ℃의 환경에서 1, 3, 6, 12, 24 시간동안 보관하였다. SOON-100과 VMD 기법을 적용한 결과, SOON-100의 경우 신선한 지문의 융선은 흐리게 나타났지만 유류한 지 1시간이 지난 후부터는 개인 식별이 가능할 정도의 선명한 지문이 관찰되었다. VMD의 경우 유류한지 6시간이 경과한 이후부터는 지문이 점차 번져 융선의 품질이 급격히 떨어지는 것을 관찰할 수 있었다. 이 결과는 VMD의 지문 현출 원리에 부합하는 것으로 볼 수 있다. VMD의 현출 원리와 감열지 표면의 특성을 고려해보면 VMD가 감열지 잠재지문 현출 기법으로는 적절하지 못하다는 것을 알 수 있다.

I. 서론

감열지(thermal paper)는 편의점 영수증, 로또, 은행 대기표, ATM 영수증, 택배 송장 등 일상생활에서 널리 이용되고 있기 때문에 범죄와 관련된 현장에서 쉽게 발견될 수 있다[1]. 따라서 감열지에서 잠재지문을 현출하는 일은 감열지에 접촉한 사람의 신원을 확인할 수 있는 하나의 수단이 될 수 있기 때문에 범죄의 해결에 도움을 줄 수 있다. 감열지는 류코 염료를 포함하고 있어 감열지에 열을(70~80 ℃) 가하거나 감열지가 유기용매에 노출되는 경우 무색의 류코 염료가 산화되어 검게 발색하게 된다[2]. 이러한 감열지의 특성 때문에 일반적인 방법으로는 잠재지문 현출이 어렵다는 문제가 있다.

이 문제를 극복하기 위해 감열지에 남겨진 잠재지문을 현출하기 위한 다양한 연구들이 이루어졌고 그 결과로 현재 아세톤 전처리(pre-washing)[3]를 통한 감열지의 활성 코팅면을 제거하는 방법, p-dimethylaminocinnamaldehyde(pDMAC)을 이용한 무용매 접촉법(dry-contact), 아이오딘(iodine) 훈증법, ThermaNin® 등의 방법들이 사용되고 있다[4]. 이외에도 아미노산 감응시약을 이용해 감열지에서 지문을 현출하는 방법이 개발되었다. 아미노산 감응시약에는 ninhydrin, 1,2-indanedione(IND), 1,8-diazafluoren-9-one(DFO) 등이 있는데 여러 문헌에서는 그 중 1,2-IND의 감도가 좋다고 보고하였다[5][6]. 감열지에 아미노산 감응시약을 적용하게 되면 감열지가 검게 발색되는 문제점이 발생하게 되는데 이를 해결하기 위해 환원제를 이용해 산화된 류코 염료를 재환원 시키는 방법이 연구되었다. 일부 연구에서 환원제인 polyvinylpyrrolidones(PVP)와 아미노산 감응시약을 적정 배율로 혼합하여 감열지를 검게 변화시키지 않고 잠재지문을 현출 할 수 있도록 하는 시약들이 개발되었으며, 대표적으로는 H-Forensic사의 SOON-100이 있다[2][5][7][8].

진공 증착(vacuum vaporisation)은 금속 및 비금속을 진공상태에서 가열하여 그 증기를 물체의 표면에 박막형태로 부착하는 기술로서 반도체, 마이크로 전자공학, 광학 산업에서 널리 사용되고 있다. 이 기술은 1964년 Tolansky에 의해 법과학 분야에 vacuum metal deposition(VMD) [그림 1]로 처음 소개되었으며[9], 1968년 Theys P.가 최초로 VMD를 사용하여 잠재지문을 현출하였다[10]. 그 이후부터 많은 연구자들이 다양한 검체에서 VMD를 활용하여 잠재지문을 현출하고 있다. VMD는 주로 비다공성이나 반다공성 표면에서 사용되는 매우 효과적인 기법으로, 비다공성 표면에서 잠재지문을 현출할 때 일반적으로 쓰이는 분말법, CA 훈증법(cyanoacrylate fuming), 소립자 시약(small particle reagent)보다 현출력이 좋으며 감도가 더 뛰어나다고 알려져 있다[11-14]. 하지만 많은 시간과 비용이 필요하고 최적의 결과를 얻기 위해서는 지속적인 훈련과 숙련된 기술이 필요하다.

그림 1. 호주 연방 경찰(Australian Federal Police)에서 비다공성 및 반다공성 표면에서 잠재지문을 현출할 때 사용되고 있는 vacuum metal deposition unit. 출처: Advances in Fingerprint Technology (3rd ed.)

VMD는 표면에 금속 박막을 생성하기 때문에 배경이 복잡하거나 다양한 색깔로 이루어진 경우에도 지문과 배경의 대조비를 높여 더 뚜렷한 지문을 관찰할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한 지문이 극심한 환경에 노출되었거나, 현출하기 어려운 표면에 유류되었을 때 및 유류된지 오래된 지문에서도 뛰어난 현출력을 보인다. 예를 들어, 18시간동안 강에 침수 되어있던 비닐봉지[15], 고온(900 ℃)에 노출되었던 세라믹 타일[16]및 반다공성의 특성을 가진 폴리에틸렌 기반의 폴리머 지폐(polymer banknote)[17]와 스티로폼 [18]에서도 VMD가 뛰어난 지문 현출력을 보였다.

대기압에서 금속을 증착시키면 공기 중의 공기 분자나 물 분자가 금속 박막에 붙어 균질성과 평활도(smoothness)가 낮아지고 평균 자유 행정 거리(mean free path)가 짧아서 지문의 품질이 떨어진다. 따라서 VMD를 사용할 때는 다른 물질의 방해를 막기 위해 진공상태를 만들어주고, 금속의 끓는점을 낮추고 증착력을 높이기 위해 낮은 기압(약 10−4 mbar)에서 증착시킨다. 단일 금속 증착에는 금, 은, 구리, 아연, 카드뮴, 알루미늄, 창연, 크롬, 마그네슘, 백금, 납, 안티몬, 주석 등이 있으며 조합(combination) 금속 증착으로는 구리, 금, 은과 함께 카드뮴 또는 아연이 사용된다. 일반적으로 화학적 안정성이 높은 금과 아연 조합을 사용했을 때 감도 및 지문 현출력이 뛰어나기 때문에 이 조합을 가장 많이 사용한다[19][20]. 지문이 유류되어 있는 표면에 금을 증착시키면 [그림 2]와 같이 표면에 금이 클러스터(cluster)를 형성하면서 전체적으로 얇은 박막이 형성된다. 이어서 아연을 증착시키면, 아연은 비금속 표면 위에는 증착되지 않고 금과 같은 금속 표면 위에만 증착되는 성질을 가지고 있기 때문에 [그림 3]과 같이 지문 유류물 위에는 증착되지 않고, 배경과 골 부분의 금 박막 위에만 증착된다. 그 결과 [그림 4]처럼 지문의 융선 부분을 제외한 나머지 부분에 아연 금속 코팅이 된 역현출(negative image; 배경이 어둡고 융선이 밝음) 지문을 관찰할 수 있다.

그림 2. 금이 증착된 표면

그림 3. 아연이 증착된 표면

그림 4. Vacuum metal deposition으로 현출한 지문 (표면: 전단지)

이러한 원리를 고려하면, 일정시간이 지나면 지문 유류물이 흡수되는 성질을 가지고 있는 흡수성 표면인 종이에서 VMD로 지문을 현출하는 것은 효과적이지 않을 것이다. Theys P. (1968)의 연구에 따르면, 아연, 안티몬, 구리 분말의 혼합물을 종이에 증착시켰을 때 신선한 지문일 경우에는 지문 현출이 되었지만 시간이 지날수록 지문 유류물이 표면에 흡수되어 지문의 품질이 떨어지고 현출되지 않았다[10][15]. Hambley, D. S.(1972)의 연구에서도 신문용지는 흡수성이 매우 커서 지문 유류물이 흡수될 뿐만 아니라 금속의 증착도 어렵기 때문에 지문을 현출할 수 없었다[21]. 그런데 영국의 West Technology Forensics[22], 미국의 GoEvidence Forensic Laboratories[23], Pennsylvania Commission on Crime and Delinquency[24] 및 S.G. Kusenthiran(2010)[25], P.B. Sherriffs(2019)[26] 등은 VMD가 감열지에서 지문을 현출하는데 효과적이라고 설명하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 실무에서 감열지에 유류되어있는 잠재지문을 현출할 때 대표적으로 사용되고 있는 시약인 H-Forensic사의 SOON-100[2][5]과 일부문헌에서 감열지에서의 지문 현출이 효과적이라고 주장하는 금/아연 VMD를 사용하여 감열지에서 각 기법들의 현출력을 알아보고자 비교 실험을 진행하였다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 검체 및 지문 시료 준비

본 실험에 사용된 검체는 일상생활에서 영수증으로 주로 사용되는 백색의 감열지 (Hansol Paper Co., 한국)를 선택하였다. 감열지는 4cm x 4cm의 크기로 잘라서 사용하였다. 지문은 성별 및 개개인에 따른 결과 차이가 나타나는지 알아보기 위해 20대 남녀 각각 두 명의 지문을 사용하였으며, 지문 유류 전에 우수무지를 70%의 에탄올로 세척하고 약 3 시간동안 자연스럽게 일상생활을 한 후 감열지 표면에 유류 하였다. 시간에 따른 기법의 현출력을 비교하기 위해 지문을 유류한 검체를 직사광선이 없는 평균온도 20 ℃의 환경에서 1시간, 3 시간, 6 시간, 12 시간, 24 시간동안 보관하였다. 본 실험은 3회 반복하였다.

2. 지문 현출

2.1. 1,2-indanedione(SOON-100)

H-Forensic에서 감열지의 잠재지문 현출용으로 만든 1,2-IND 기반의 시약인 SOON-100을 사용하였다. SOON-100 패키지에 들어있는 solution A에 developer와 whitener를 넣어 교반기를 이용해 완전히 용해시킨 후 solution B와 혼합하였다. 혼합한 용액을 플라스틱 밧드에 담아 감열지를 10초가량 담금법으로 적용한 후 공기 중에 완전히 건조 시켰다. 마른 검체를 A4 용지 사이에 두고 150 ~ 160 ℃의 다리미로 약 10초간 열을 가해 분홍색으로 현출된 지문을 확보하였다.

2.2. Vacuum metal deposition (VMD)

지문을 유류한 감열지를 자석을 이용하여 VMD 챔버의 천장에 부착하였다. 직경 0.15 mm인 금 와이어 (순도 99.99%)를 약 1 mm (약 0.33 mg) 길이로 잘라서 챔버 안의 금 증착용 텅스텐 보트 위에 놓고, 직경 2 ~ 4 mm인 아연 shot (순도 85.70%) 약 10개를 아연 증착용 텅스텐 보트 위에 놓았다. Rotary pump를 사용하여 3.0 X 10-2 torr 압력에 도달할 때까지 챔버 안의 공기를 배출시켜 준 후, diffusion pump를 사용하여 고진공(high vacuum) 상태로 만들어 주었다. 압력이 1.0 X 10-5 torr 까지 낮아지면 금 증착용 보트(너비 50 mm)에 전류를 인가하고 금이 증발할 때까지 전류 올려 주었다 (약 5초). 이어서 아연 증착용 보트(너비 100 mm)에도 전류를 올려주어 지문이 육안으로 보일 때까지 아연을 증착시켰다. VMD 챔버 내의 기압을 대기압으로 되돌린 후 검체를 수거하였다.

3. 사진 촬영

현출된 잠재지문의 촬영을 위해 60 mm f/2.8 2X Ultra-Macro 접사 렌즈 (Laowa, 중국)를 장착한 Nikon D5500 카메라 (Nikon, 일본)를 사용하였다. 1,2-IND(SOON-100)로 현출한 잠재지문은 암실에서 Polilight® Flare Plus 2 505nm 광원 (Rofin, 호주)과 오렌지색 차폐필터 (Altlight, 한국)를 적용하여 촬영하였다. VMD로 현출한 잠재지문은 일반 형광등 아래에서 촬영하였다.

4. 지문 평가

지문 전문 교육을 받은 20명의 평가자를 선정하여 영국 내무부 산하의 Home Office Scientific Development Branch(HOSDB)에서 개발한 지문 품질 평가 방법인 Home Office grading system [표 1.]을 사용하였다 [27]. 현출된 지문을 5가지 등급으로 나누어 평가하는데, 각각의 점수는 연속적인 융선의 흐름과 특징점을 고려하여 명확하게 관찰되는 융선의 정량적 기준에 따라 부여되었다. 4점에 가까울수록 지문의 융선이 뚜렷하고 선명하게 현출된 것이고 0점에 가까울수록 지문의 융선이 희미하거나 형태를 찾을 수 없는 것을 의미한다. 평가한 점수는 모두 합산하여 평균값으로 본문에 나타내었다[그래프 1].

표 1. 지문 평가에 사용된 Home Office grading system

그래프 1. 시간 경과에 따라 현출한 지문에 대한 평가자의 점수 평균값

Ⅲ. 결과

1. 1,2-indanedione(SOON-100)을 사용한 현출

감열지를 H-Forensic사의 SOON-100으로 처리한 결과, 지문을 유류하고 바로 현출했을 때(0시간)는 지문의 융선이 흐리게 나타났지만 유류한지 1시간이 지난 후부터는 개인 식별이 가능할 정도의 선명한 지문이 관찰되었다[표 2]. Grading 결과를 보면 유류하고 바로 현출한 지문(0시간)에서는 2.3점의 저조한 점수를 얻었지만, 유류한지 1시간이 경과한 지문부터는 3 ~ 4점대의 개인 식별이 가능할 정도의 점수를 얻었다[그래프 1].

표 2. 감열지에 유류된 지문을 시간의 경과에 따라 1,2-indanedione(SOON-100)과 VMD로 현출한 결과

2. Vacuum metal deposition(VMD) 기법을 사용한 현출

금/아연 VMD 기법을 사용해 처리한 결과 0시간, 1시간, 3시간 보관한 지문을 현출하였을 때는 뚜렷한 융선을 관찰할 수 있었지만 6시간이 경과한 이후부터는 지문이 점차 번져서 융선의 품질이 급격히 떨어지는 것을 관찰할 수 있었다[표 2]. Grading 결과를 보면 유류된지 0 ~ 3시간이 경과된 지문에서는 개인 식별이 충분히 가능할 정도인 3.8 ~ 4.0점의 점수를 얻었으며, 유류된지 12 ~ 24시간이 경과된 지문에서는 개인 식별이 불가능할 정도인 1점대의 점수를 얻었다 [그래프 1].

표 3. 감열지에 유류된 피험자 4명(가,나,다,라)의 지문을 0, 24시간의 경과 후 1,2-indanedione(SOON-100)과 VMD로 현출한 결과

Ⅳ. 결론

본 연구에서는 다공성 표면인 감열지에 남겨진 잠재지문에 대한 다공성 표면의 대표적인 기법인 1,2-IND 기반의 SOON-100과 비다공성 및 반다공성에 매우 효과적인 금/아연 VMD 기법 간의 현출력을 비교하였다. 1,2-IND(SOON-100)로 지문을 현출한 경우, 유류하고 바로 현출한 지문(0시간)에서는 융선이 흐릿하게 나온 것을 볼 수 있었지만 유류된지 1시간이 지난 이후부터는 지속적으로 선명한 융선을 관찰할 수 있었고 grading 결과도 3 ~ 4점대의 높은 점수를 얻었다. 이는 1,2-IND(SOON-100)가 다공성 표면에 지문 유류물이 어느 정도 흡수되어야 좋은 품질의 지문을 현출할 수 있기 때문인 것으로 보인다. 반면 금/아연 VMD를 사용하여 현출한 경우, 유류된지 0 ~ 3시간이 경과된 지문에서는 뛰어난 융선 디테일을 관찰할 수 있었지만 지문 유류물이 다공성 표면에 대부분 흡수된 시점으로 보이는 6시간 이후부터는 VMD로 지문을 현출하는데 한계가 있는 것을 확인할 수 있었다. 성인 남녀 4명에게서 이루어진 실험 결과는 모두 시간 경과에 따라 VMD는 현출력이 떨어지고 1,2-IND(SOON-100)는 좋아지는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 기법에 따른 지문 현출 결과가 성별 및 개개인에 영향을 받지 않는다는 것을 나타낸다.

이 결과는 VMD의 지문 현출 원리에 부합하는 것으로 볼 수 있다. 지문이 신선하여 흡수성 표면에 유류물이 남아있는 시점까지는 VMD로 고품질의 지문을 현출할 수 있었지만 유류물이 흡수되어 표면에 남아있지 않은 시점 이후로는 VMD로 지문을 현출하는데 한계가 있었다. VMD 제조회사에서는 기법의 효과에 대해 홍보하기 위해서 비교적 지문을 현출하기 어려운 표면인 감열지에서 매우 효과적이라고 설명하고 있지만 VMD 의 현출 원리와 감열지 표면의 특성을 고려해보면 VMD가 감열지 잠재지문 현출 기법으로는 적절하지 못하다는 것을 알 수 있다.

고도로 발전한 기법과 특정 어려운 조건에서 좋은 효과를 보이는 기법일수록 다른 기법들이 우선적으로 적용되어야 하는 검체들에 대해서도 그 기법을 쓰는것이 좋다고 알려지거나 특별한 효과가 있는 것으로 알려지는 경우가 있다. 그러나 이번 실험을 통해서 지문현출은 그 검체의 특성에 맞는 적절한 기법을 적용하는 것이 더 좋은 효과를 나타낼 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 감열지는 표면에 지문 성문을 남겨두지 않고 짧은 시간 안에 모두 흡수하는 성질을 가진 검체이고 VMD는 표면에 남아있는 지문에만 효과를 보이는 원리를 갖고 있기 때문에 VMD가 감열지의 지문현출에 효과적이지 않다는 가설을 세우고 실험을 수행하였고 결과를 통해서 그것을 확인할 수 있었다.