metody w kryminalisty

M
etody fizykochemiczne w kryminalistyce
A. Atomowa spektroskopia absorpcyjna i emisyjna w zakresie światła widzialnego i
ultrafioletu.
1. Zasada działania metody.
Pochłanianie (absorpcja) lub emisja promieniowania związana z przejściem elektronów
pomiędzy orbitalami atomowymi w atomach lub jonach atomowych znajdujących się w
fazie gazowej. W zakresie światła widzialnego i/lub ultrafioletu zwykle zachodzą przejścia
elektronowe z udziałem ostatniej obsadzonej powłoki – powłoki walencyjnej.
2. Najczęściej stosowane warianty metody.
a) Spektroskopia absorpcyjna – badanie pochłaniania światła przez aerozol zatomizowanej
próbki.
Próbka rozkładana jest na drodze reakcji z silnymi utleniaczami i ze stężonymi kwasami do
postaci prostych soli nieorganicznych , najczęściej chlorków, lub innych łatwo lotnych
związków nieorganicznych takich jak wodorki metali grupy IV i V układu okresowego (
german, cyna, ołów, arsen, antymon). Wodny roztwór tych substancji zostaje rozpylony w
postaci aerozolu, po czym następuje odparowanie rozpuszczalnika i atomizacja. Aby to
osiągnąć wprowadza stosuje się najczęściej metody:
– płomieniową: płomień palnika (temperatura około 2000-2800 C)
– elektrotermiczną: stosując reaktor (rurkę) ogrzewaną elektrycznie do bardzo wysokiej
temperatury,
b) Spektroskopia emisyjna – badanie widm emisyjnych próbki:
– atomów pochodzących z metalowych przedmiotów stanowiących elektrody, miedzy
którymi zachodzi wyładowanie wysokiego napięcia (łuk elektryczny lub iskra) –
Zastosowanie do analizy stopów metali.
– atomów próbki wzbudzonych w płomieniu palnika lub w plazmie uzyskanej innymi
technikami.
3. Oznaczane substancje i zastosowania w badaniach kryminalistycznych.
Wykrywanie i oznaczanie zawartości ilościowej większości pierwiastków.
W kryminalistyce najważniejsze zastosowania dotyczą:
– wykrywania i oznaczania toksycznych metali ciężkich, i innych toksycznych
pierwiastków ciężkich
– rzadko występujących pierwiastków śladowych – identyfikacja szczególnych cech
badanej próbki, rzadkich domieszek świadczących o pochodzeniu próbki z określonych
źródeł mineralnych (np. szkła, cementu, betonu) lub o sposobie otrzymywania próbki –
resztki substancji pozostające po procesie produkcji, np. katalizatory metaliczne)
– badania składu stopów metalicznych – analizy stopów z których wykonane są części
urządzeń technicznych, monety lub cenne przedmioty.
B. spektroskopia fotoelektronów rentgenowskich.
1. Zasada działania metody.
Pomiar energii kinetycznej elektronów wybitych za pomocą promieniowania
rentgenowskiego z wewnętrznych powłok atomowych.
2. Oznaczane substancje
Większość pierwiastków występujących w próbkach stałych.
Metody rozdzielania i identyfikacji substancji.
A. Chromatografia.
1. Zasada działania metody.
Rozdzielanie substancji i pomiar czasu retencji lub współczynnika retencji substancji z
wykorzystaniem różnic w szybkości przemieszczenia się cząsteczek badanej substancji
wraz z fazą ruchomą eluentem (ciekła lub gazową) w porowatej fazie stacjonarnej
(najczęściej sproszkowanym materiale mineralnym , ceramicznym, lub bibule
chromatograficznej).
2. Najczęściej stosowane warianty metody
Podział ze względu na rodzaj fazy ruchomej:
- chromatografia cieczowa (eluenty: rozpuszczalniki organiczne, woda oraz ich mieszaniny)
- chromatografia gazowa (eluenty: gazy szlachetne i obojętne: He, Ne, Ar, azot H2, inne
gazy: wodór H2) – Gas Chromatography
Podział chromatografii cieczowej:
- chromatografia cienkowartwowa
- chromatografia kolumnowa, w tym wysokorozdzielcza chromatografia cieczowa (High
Performance Liquid Chromatography HPLC).
Inne, rzadziej stosowane: chromatografia nadkrytyczna (z wykorzystaniem eluentu w stanie
nadkrytycznym).
Chromatografia gazowa i wysoko rozdzielcza chromatografia cieczowa często łączone są z
metodami identyfikacji substancji chemicznych badania budowy cząsteczek takimi jak
spektrometria mas oraz spektroskopia w podczerwieni, które pozwalają w sposób
jednoznaczny zidentyfikować badane substancje po ich chromatograficznym rozdzieleniu.
3. Oznaczane substancje
Większość rozpuszczalnych substancji organicznych, w zastosowaniach kryminalistycznych
ważne są przede wszystkim:
- substancji pochodzenia biologicznego (substancje pochodzenia roślinne go i zwierzęcego
barwniki, substancje toksyczne i inne)
- substancje organiczne znajdujące się w: materiałach łatwopalnych, paliwach, smarach i
olejach maszynowych, materiałach wybuchowych, produktach przemysłu chemicznego,
produktach przeróbki ropy naftowej, farbach i lakierach i barwnikach, zanieczyszczeniach
przemysłowych, środowisku naturalnym i żywności.
Jedna z najważniejszych metod analizy składu chemicznego.
Wysoka czułość metody.
Możliwość wykrywania i oznaczania większości związków organicznych rozpuszczalnych
w rozpuszczalnikach organicznych lub wodzie.
Duża zdolność rozdzielcza a co za tym idzie wysoka selektywność metody.
Możliwość rozdzielenia i rozróżnienia izomerów nawet o bardzo zbliżonych
właściwościach fizycznych chemicznych.
Łatwość łączenia metody z metodami identyfikacji i analizy substancji takimi jak
spektrometria mas i spektroskopia w podczerwieni.
Łatwość stosowania prostych i tanich testów chromatograficznych (chromatografia
cienkowarstwowa) na zawartość określonych enzymów, hormonów, leków, środków
psychoaktywnych i innych substancji biologicznie czynnych w moczu, ślinie i pocie, krwi,
innych próbkach medycznych. Wykorzystujących ich reakcje z odczynnikami dającymi
produkty barwne lub fluoryzujące – łatwe w obserwacji gołym okiem, (np. testy ciążowe,
testy na zawartość leków w ślinie lub moczu).
B. Elektroforeza.
1. Zasada działania metody.
Rozdzielanie i identyfikacja substancji organicznych (białka, aminokwasy i składniki kodu
genetycznego DNA i RNA) występujących w postaci jonów z wykorzystaniem różnic w
szybkości wędrówki ich jonów po materiale porowatym w roztworze pod wpływem
przyłożonego pola elektrostatycznego (prąd elektryczny o niskim napięciu). Substancje te
występują w postaci jonów w odpowiednich warunkach kwasowości roztworu.
2. Najczęściej stosowane warianty metody
Elektroforeza kapilarna – w wąskich rurkach nazywanych kapilarami.
Elektroforeza żelowa – na płytce pokrytej cienką warstwą żelu nasączonego badanym
roztworem.
Metodę tę łączy się z detekcją fluorescencyjną wykorzystującą fluorescencję białek i
składników DNA po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym, lub z obserwacją
barwnych produktów reakcji charakterystycznych badanych substancji i odpowiedni
dobranymi odczynnikami.
3. Oznaczane substancje
Podstawowa metoda badań białek, aminokwasów i DNA.
Najczęściej stosuje się elektroforezę do rozdzielania i identyfikacji substancji o znaczeniu
biologicznym takich jak białka, aminokwasy i składniki kodu genetycznego DNA i RNA
4. Znaczenie metody/ Najważniejsze zalety metody.
Podstawowa metoda badań białek, aminokwasów i DNA.
Możliwość rozdzielania i identyfikacji substancji zbliżonych pod względem właściwości
fizycznych i chemicznych.
Metody identyfikacji substancji i badania budowy cząsteczek.
C. Spektroskopia absorpcyjna w zakresie podczerwieni.
1. Zasada działania metody.
Pochłanianie promieniowanie podczerwonego z zakresu środkowej podczerwieni
powodujące wzbudzenie drgań cząsteczek – drgania rozciągające wiązań chemicznych
między atomami oraz zginania kątów pomiędzy wiązaniami w cząsteczkach.
2. Najczęściej stosowane warianty metody
Podział względu na wykorzystywany sposób oddziaływania promieniowania z próbką:
a) spektroskopia absorpcyjna- badanie pochłaniania światła poprzez intensywności światła
padającego i przechodzącego
b) spektroskopia odbiciowa (refleksyjna) – pomiar widma światła odbitego od powierzchni
próbki (pochłanianie światła w warstwie powierzchniowej badanej próbki, towarzyszące
zjawisku odbicia światła padającego) – zastosowanie do badania obrazów, dokumentów,
warstw powierzchniowych próbek stałych nie przezroczystych dla podczerwieni).
Podział aparatury ze względu na sposób pomiaru widma:
- spektrofotometry dyspersyjne – rejestracja widma promieniowania po rozszczepieniu na
pryzmacie lub siatce dyfrakcyjnej.
- spektrofotometry fourierowskie – rejestracja interferometryczna, otrzymany interferogram
musi zostać poddany skomplikowane transformacji matematycznej nazywanej transformatą
Fouriera.
Zalety: Wysoka rozdzielczość, duża szybkość rejestracji widma, możliwość rejestracji
słabszego sygnału.
3. Oznaczane substancje
Substancje organiczne i niektóre substancje nieorganiczne. Możliwość badania substancji
gazowych lub łatwo lotnych w fazie gazowej, takich jak alkohol , aldehydy i aceton w
wydychanym powietrzu.
4. Najważniejsze zalety i/lub mankamenty metody
Występowanie zakresu pasm charakterystycznych dla określonych grup funkcyjnych –
określenie przynależności związku chemicznego do określonej grupy związków
chemicznych (zakres od 1500 do 4000 centymetrów odwrotnych), a jednocześnie obecność
zakresu widma charakterystycznego dla danej cząsteczki („zakres molekularnego odcisku
palca” - od 600 do 1500 cm-1)
Możliowć łączenia z metodami chromatograficznymi.
C. Spektrometria mas.
1. Zasada działania metody.
Wyznaczanie masy (właściwie stosunku masy do ładunku) jonów przyspieszonych w polu
elektrostatycznym na podstawie różnic w:
- promienia łuku po którym poruszają się jony w polu magnetycznym,
- szybkości (czasu przelotu jonów) poruszania się jonów
2. Najczęściej stosowane warianty metody
Ze względu sposób pomiaru rozróżnia się spektrometry:
- magnetyczne - wysoka rozdzielczość, wysoka cena
- elektrostatyczne,
- spektrometry czasu przelotu
- spektrometry rezonansu cyklotronowego
- kwadrupolowe - tańsze ale o niższej rozdzielczości, ale umożliwiające pułapkowanie
jonów do dalszych badań.
Stosowane są następujące sposoby jonizacji próbki:
- jonizacja wiązką elektronów – powoduje dużą fragmentację badanych cząsteczek,
umożliwiającą wyznaczenie budowy cząsteczki i jej składu pierwiastkowego – pozwala to
na identyfikację substancji.
- jonizacja chemiczna – prawie nie powoduje fragmentacji – korzystne do badań związków
łatwo ulegających rozkładowi – białek i biocząsteczek.
3. Oznaczane substancje
Praktycznie wszystkie substancje organiczne i nieorganiczne, w tym substancje z próbek
biologicznych – białka aminokwasy , a także substancje organiczne znajdujące się w:
materiałach łatwopalnych, paliwach, smarach i olejach maszynowych, materiałach
wybuchowych, produktach przemysłu chemicznego, produktach przeróbki ropy naftowej,
farbach i lakierach i barwnikach, zanieczyszczeniach przemysłowych, środowisku
naturalnym i żywności.
Jednocześnie uzyskiwane są informacje o składzie pierwiastkowym i izotopowym próbki.
4. Najważniejsze zalety
Jedna z najważniejszch metod analizy mikrośladów.
Bardzo wysoka czułość. Bardzo wysoka rozdzielczość rzędu jednej dziesięciotysięcznej
atomowej jednostki masy. Możliwość badania bardzo wielu substancji, jednocześnie
uzyskiwane są informacje o składzie pierwiastkowym i izotopowym próbki.
Częste łączenie tej metody z chromatografia gazową lub HPL