加拿大魁北克大学蒙特利尔分校国家科学研究所教授和研究员
2010 年代中期，凝聚态物理学家Andreas Ruediger 参加了化学、生物化学和物理系法医科组织的一次活动。 彼时的Ruediger 博士还是加拿大魁北克大学蒙特利尔分校国家科学研究所的教授和研究员。
活动中一位参会者Frank Crispino（曾是法国宪兵队军官，后来转业成为一名教授）提到了一个困扰执法部门的问题：“这个问题与聚合物中序列号的恢复有关”，Crispino 说道：“越来越多的枪支正采用聚合物制成。执法部门有可靠的技术可以找回金属枪上磨掉的序列号，但却很难从塑料枪中恢复被删除的数字。”
现在塑料枪在犯罪团伙中越来越流行。一方面一些手枪的弹药容量更大，更耐用、更轻便、更紧凑；另一方面采用聚合物材料制造手枪，比金属合金制造成本更低。
执法人员、娱乐性吸毒者和罪犯在 20 世纪 80 年代曾大规模使用塑料手枪。这些高致命性、可隐藏的半自动手枪，能够发射多发子弹而无需填充弹药，逐步取代了笨拙的六发左轮手枪。
一把9毫米半自动手枪，采用轻质聚合物枪身
执法部门利用常规标准方法，通过电化学作用或磁化作用，从金属枪中重建磨损的序列号，从而获取这些序列号信息。
Ruediger 说：“如果你有一块扭曲的金属，上面布满位错，这些位错会帮助你对其进行电化学蚀刻。”
但电化学蚀刻只会侵蚀塑料，因而这种方法不适用于聚合物，即塑料手枪。
从那时起，Ruediger 便开始尝试使用新技术。
大多数情况下，序列号通过机械力压印在枪支上。为隐藏序列号，不法分子可能会将这些序列号信息刮掉或磨掉，直到它们无法被读取，从而迫使枪支无法被追踪。
Ruediger 认为，这种反而给警方带来了一个机会。
“刮磨的深度通常不能太深，否则枪支可能会在手里走火，”他说。“但实际压印序列号的时候，枪支上残留的信息比轮廓更深。因为压印本质上是在压缩序列号下方的材料——也就是所谓的残留信息。"
但问题是如何获取聚合物中的残留信息。
“我的想法是，如果存在一些应力，那么这些材料应该会处于应变状态。也许我们能够通过拉曼光谱看到这一点。” Ruediger说道。
Ruediger 设计了一个实验。他让同事拿一根扎线带在中间折叠，形成一个有强烈变形的区域。然后在变形区域上取一点进行拉曼光谱测试，获得一张有多个谱峰的光谱。
接下来Ruediger 的问题就变成确认具体哪个峰对变形有反应。扎线带作为一种聚合物，在并未严重扭曲的情况下，它的一些拉曼光谱峰可能不会改变。他推测，如果发生扭曲，对应的峰可能会产生反应。
所以第一件事就是追踪实际上发生变化的峰数量。这需要花费大量时间进行拟合和测试。好在他们有了一些重要的发现。
他们发现峰位变化高达1个波数（波数是拉曼光谱中用来测量能量的单位）。拉曼光谱测试范围通常会超过1000 个波数，但是有些峰位变化只在1个波数或更少。
接下来就是看能否把这个变化成像出来。
放大后蚀刻的聚合物“H”，右侧被抹去
“我们所做的并没有什么技术含量，”他说。“我们让一位同事手工将字母 H（两根竖条加一根横条）压印在不同种类的聚合物上——聚碳酸酯、尼拉特隆（纤维增强尼龙）和聚乙烯。”
压出来的字体轮廓大约有 80 微米深。然后，他们将字母H的右侧字体磨除。最深的磨除深度达 200 微米，是最初轮廓深度的两倍多。最后他们对字母 H 的整个区域做了拉曼成像。
拉曼成像图叠加到光学图像上，显示提取和分析出的拉曼信息
对拉曼成像数据进行谱峰位移分析，然后将分析结果叠加在光学图像上，如下图所示。图上标准像素（没有峰位移的地方）显示为红色，中心的深沟处位移变小，像素显示为蓝色。
聚碳酸酯的C−O拉曼峰位移，显示成功复原右侧被磨掉的部分
Ruediger 说：“被磨除的右边区域显示出峰位移随位置的变化，所以材料其实已被标记，即使被磨除，材料的压缩痕迹仍在。”
峰的宽度可以反映出对应振动的寿命。通过破坏系统或表面的顺序（本例为原始压印），拉曼信号寿命下降，谱峰变宽。
“在购买咖啡杯时，收银台前的工作人员一般会敲一下咖啡杯。” Ruediger 说道。“如果出现一个“延长”音，则杯子完好无损，因为声子寿命非常长。如果杯子破损，则只会出现一个“弹拨”音，这意味着声子寿命相当短。这是对光学声子的声学类比，跟拉曼谱峰的宽度相关。”
该团队使用这一概念来测量蚀刻聚合物材料的材质和有序度。
“如果有序度高，就可以得到这些优美的长寿命声子，如果有序度低，基本上很快就会淡出。”
未受应力影响和受应力影响区域的拉曼峰位统计图
执法人员可能会问，你看到的和你没看到的东西之间的区别有多大。这实际上是一种对比，研究人员通过拉曼峰位分布的直方图来说明差异。
“这张统计图可以告诉我们未受应力影响区域和受应力影响区域在峰位差异上的显著性。” Ruediger 说道。“如果这两个峰相距很远，图像对比度就会非常强，这样就可以确定，我们将它们视为两种不同的颜色不仅仅只是巧合。”
根据物理学家的说法，这通常就是律师或法官想要知道的。直方图允许研究人员表达他们区分不同区域的置信度。
Ruediger 在 2017 年与人合著了一篇关于拉曼应用的论文。它发表在 Analytical Chemistry上，标题是Reconstruction of Obliterated Characters in Polycarbonate through Spectral Imaging。
根据该论文，研究小组分别对特定拉曼谱线的峰位移和半高宽进行拉曼成像，展示了聚碳酸酯结构排列的残余应变和局部变化。随后的定量统计分析恢复了磨除的字体，可恢复的磨除深度要明显大于典型的磨除深度。
该小组于 2019 年在同一期刊上发表了第二篇论文，名为Contrast Enhancement for theRecovery of Obliterated Serial Numbers in Different Polymers by Correlated Raman Imaging of Strain, Phonon Lifetime, and Strain-Induced Anisotropy。在这篇论文中，研究人员通过监测最容易受到峰位移、半高宽和峰强比变化影响的振动模式来研究聚乙烯样品。他们能够关联这些信号，使它们更具统计学意义。
峰位移、峰展宽和强度比这三个参数是独立的。2019 年的研究结合了这些参数的测量方法，以提高结果的准确性。
iHR320为未来几年的光谱测量提供了一个平台。光谱仪本身的设计及其附带的附件和软件使用户能够为iHR定制任何实验。
Ruediger 的团队使用 HORIBA 定制拉曼显微系统进行研究。该交钥匙系统基于 HORIBA iHR320 成像光谱仪和 Synapse CCD 科学相机。仪器使用 320 毫米焦距，适用于拉曼、荧光、光致发光和吸光度/透射/反射/发射分析。
“该系统是根据我们的规格定制的，但它是一个完整的交钥匙解决方案，我认为这很酷，” Ruediger 说。“对于如何定制设备，物理学家总是有自己有趣的想法。”
尽管截至 2020 年，序列号恢复技术尚未在现实环境中被采用，但 Ruediger 表示，执法机构对此很感兴趣。他团队中的一名皇家骑警正在研究指纹技术。但是在执法部门，采用新技术是一个缓慢的过程。
虽然这项研究已通过重复实验得到验证，但加拿大法律禁止 Ruediger 在未经许可的情况下直接使用枪支为自己及其所有学生开展研究工作。
“蒙特利尔司法管辖区的法医实验室派了个人过来，他手腕上拴着一个小皮箱，里面装着一把枪。所以我们在真枪上进行了测试。”他说。
真正的枪支通常并非白色或透明色，而是采用全黑饰面。当激光聚焦在漆黑的物体上时，物体会发热并燃烧。Ruediger 不得不调低激光的功率，以免破坏样品。这会减慢测试过程，但不影响其准确性。拉曼成像图上依然能呈现出对比度非常高的压印字母分布。残余机械应变和局部结构变化可以通过拉曼光谱这一无损分析方法来检测。研究人员成功地恢复了这个枪支被研磨抹去的压印字母（120 微米深），并表示估计最大恢复深度约为 750 至 800 微米。
这些研究的结果在第 19 届国际刑警组织国际法医学管理者研讨会上公布，涵盖了 2016 年至 2019 年间的最新技术进展。
Ruediger 认为美国的国土安全和执法行业是这种技术的主要候选应用领域。
“看到一个想法转化为团队合作和有意义的成果是一件有趣的事。我们还有一些想法等待执行。”
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