Применение спектрофотометрии УФ-, видимого и ближнего ИК-диапазона в судебной медицине и криминалистике
(Муртазина Н. Р.)
("Эксперт-криминалист", 2006, N 3)
Текст документа
ПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРОФОТОМЕТРИИ УФ-, ВИДИМОГО И БЛИЖНЕГО
ИК-ДИАПАЗОНА В СУДЕБНОЙ МЕДИЦИНЕ И КРИМИНАЛИСТИКЕ
Н. Р. МУРТАЗИНА
Муртазина Н. Р., кандидат химических наук, ООО "КОРТЭК".
Применение методов аналитической химии в экспертной работе во многом способствует эффективному проведению следствия и судебного разбирательства [1]. Среди инструментальных аналитических методов, применяющихся в криминалистической и судебно-медицинской экспертизе, большое распространение получили различные варианты спектрального анализа.
Преимуществами спектральных методов являются достоверность, информативность, быстрота проведения анализа, возможность автоматизации измерений, наличие разнообразных методов математической обработки результатов. Особенно широко в аналитической практике используются следующие диапазоны длин волн: УФ (190 - 400 нм), видимый (400 - 700 нм), ближний ИК (700 - 2500 нм), средний ИК (2,5 - 25 мкм). Спектры поглощения в средней ИК-области (область "отпечатков пальцев") обусловлены колебаниями атомов молекул. Колебания атомов определенных функциональных групп молекул весьма специфичны и проявляются в виде спектральных характеристических частот. Данная область спектра используется прежде всего в качественном анализе для идентификации веществ. При этом особенно эффективным является применение ИК-спектрометров с фурье-преобразованием. Применению этих методов в криминалистических лабораториях посвящена статья [2]. Спектры поглощения в УФ - и видимой области, а также в коротковолновой части ближнего ИК-диапазона (до 1100 - 1300 нм) обусловлены главным образом электронными переходами в молекулах. Спектральный интервал от 190 до 1300 нм может быть использован как для качественных, так и для количественных определений. При этом для анализа прозрачных веществ используются спектры поглощения, а для непрозрачных, например порошков, - спектры диффузного отражения.
Стандартные спектрофотометры УФ-, видимой и ближней ИК-области охватывают диапазон от 190 до 1100 (1200) нм. Многие из них укомплектованы приставками зеркального и диффузного отражения. В данном обзоре рассматриваются некоторые задачи, решаемые с помощью этих приборов в криминалистических и судебно-медицинских лабораториях.
Спектрофотометрический метод используется при экспертизе лекарственных, наркотических и отравляющих веществ, пищевых продуктов, химических волокон, пластмасс, лакокрасочных покрытий, резинотехнических изделий, драгоценных камней. Метод нашел свое применение, поскольку, будучи достаточно чувствительным, позволяет провести изучение свойств определяемого образца за небольшое время в тех случаях, когда применение более трудоемких и дорогостоящих методов нецелесообразно.
Наиболее распространенным приложением спектрофотометра в судебной экспертизе на сегодняшний день является определение гемоглобина и его производных, лекарственных средств, ядовитых и наркотических веществ [3].
Определение гемоглобина и его производных основано на способности гемоглобина и его производных (карбоксигемоглобин, метгемоглобин, гематопорфирин и др.) поглощать свет и образовывать характерные спектры поглощения в определенном диапазоне длин волн и служит доказательным методом происхождения пятна от крови или наличия крови в исследуемом объекте. Изменения свойств крови с течением времени могут быть использованы для ориентировочного определения давности образования пятен крови. В этом случае регистрируют спектры поглощения продуктов превращения гемоглобина [4]. Предложено устанавливать давность образования пятен крови путем определения активности некоторых ферментов [5]. Определение активности сывороточной холинэстеразы, осуществляемое по методу Хестрина, может применяться также при диагностике отравлений фосфорорганическими соединениями [6].
Фотометрический анализ используется для количественного определения оксида углерода (II) в случаях отравления угарным газом, которое может произойти в том числе в плохо вентилируемых помещениях при неполном сгорании топливных элементов в неисправных печах. По мнению авторов [7], спектральный анализ является наиболее верным способом диагностики отравления окисью углерода. Для количественного определения оксида углерода (II) в крови регистрируют спектры растворов крови, содержащих дезоксигемоглобин и карбоксигемоглобин, в области 450 - 620 нм, путем обработки этих спектров по специальному алгоритму находят длину волны, на которой регистрируют абсорбцию растворов крови, содержащих карбоксигемоглобин [8]. Результаты определения карбоксигемоглобина в крови могут быть сопоставлены с содержанием оксида углерода (II) во вдыхаемом воздухе. Установлен фотометрический метод для определения окиси углерода в воздухе [9].
Метод спектрофотометрии является недорогим и достаточно быстрым; приборы есть практически в каждой лаборатории. Еще одна причина, по которой спектрофотометрия получила распространение для целей экспертизы, - возможность применения методик аналитической, токсикологической химии, клинической лабораторной диагностики и биохимии.
Для идентификации и количественного определения лекарственных средств в качестве объекта экспертизы могут быть использованы методы фармацевтической химии [10, 11]. В некоторых случаях метод УФ-спектроскопии является предпочтительным при количественном определении лекарств и наркотиков по сравнению с методом газовой хроматографии. Например, при количественном определении производных амфетамина МДА, МДМА, МДЕА необходима процедура дериватизации из-за большой полярности молекул этих соединений, это приводит к плохой воспроизводимости результатов, полученных с помощью газовой хроматографии. Простым и экспрессным методом количественного определения МДА, МДМА, МДЕА является УФ-спектроскопия [12].
В целях количественного определения специфических белков и ферментов в биологических средах организма применяют биохимические спектрофотометрические методики клинической лабораторной диагностики [13].
Например, исследование глюкозы, гликогена и гликозилированного гемоглобина может стать ценным диагностическим подспорьем эксперту в дифференциальной диагностике смерти от общего переохлаждения, острой ишемической болезни сердца, алкогольного отравления, сахарного диабета и гликемических ком, странгуляционной асфиксии [14, 15].
Показана возможность использования определения уровня молекул средней массы, или средних молекул, для диагностики скоропостижной смерти при судебно-медицинской экспертизе трупа [16]. В работе исследовали плазму крови по методу М. И. Габриэляна в модификации Ю. В. Первушина, включавшему депротеинизацию образцов с последующей спектрофотометрией при 254 и 280 нм. Изучали уровни средних молекул при разных патологиях, включая сердечно-сосудистые заболевания, отравления алкоголем и наркотическими веществами, пневмонии, вызванные различными возбудителями, а также синдром внезапной детской смерти. Анализ полученных результатов позволил прийти к заключению о возможности использования посмертного определения уровня средних молекул в крови, а одновременно и степени эндогенной интоксикации в практике судебной медицины для установления причин и механизмов ненасильственной смерти.
Значительную группу судебных экспертиз, использующих метод молекулярной спектроскопии, составляет лабораторная токсикологическая диагностика отравлений.
Предложена методика количественного определения нитратов и нитритов в трупном материале, пробах напитков колориметрическим методом [17]. В судебно-медицинском аспекте исследование нитратов и нитритов важно для оценки острых отравлений нитратами вследствие употребления пищи, загрязненной ими, например овощей и бахчевых культур (особенно арбузов), а также бессимптомной хронической нитратной интоксикации.
При количественном определении этанола в крови большинство анализов проводится с помощью хроматографических методов [18]. Однако в некоторых случаях возможно применение фотометрического метода анализа биологического материала на этанол. Например, в варианте определения этанола в крови или сыворотке на основе метода Видмарка концентрацию алкоголя определяли исходя из фотометрических коэффициентов экстинкции [19].
Поскольку объекты судебной экспертизы являются многокомпонентными, их идентификация и определение с помощью спектрометрии часто проводится с использованием методов предварительного разделения и концентрирования. Методы спектрофотометрии с предварительной экстракцией применяются при определении клофелина - лекарственного препарата, который при неправомерном использовании вызывает смерть [20], "металлических ядов" [21]. Используется также сочетание методов спектроскопии с хроматографическими методами разделения.
Метод спектрофотометрии может применяться при определении некоторых показателей качества алкогольной продукции [22] и остатков пищи. Стандартизованы методики фотометрического определения в пищевых продуктах элементов (мышьяк, олово, фосфор, железо). Для определения нитратов в продуктах переработки плодов и овощей фотометрическим методом установлен ГОСТ 29270-95 [23]. Метод основан на экстракции нитратов из продукта, восстановлении их до нитритов на кадмиевой колонке с последующим фотометрированием раствора азосоединения, образующегося при взаимодействии нитритов с ароматическими аминами.
Часто при судебных экспертизах требуется сличить объекты и идентифицировать источник их происхождения. Например, сличить следы почвы на подошве обуви с образцами почвы природной местности. При исследовании почвы, кроме органолептического анализа, важнейшей составляющей является элементный органический анализ (определение содержания углерода, водорода, азота). С этой целью могут быть применены, например, спектрофотометрические методики ИСО 14235:1998 [24] и ГОСТ 26213-91 [25] (стандарт устанавливает фотометрический и гравиметрический метод).
В работе [26] в целях установления различий были проанализированы данные по абсорбции спиртовых растворов чернил 50 шариковых ручек 5 разных производителей в диапазоне 400 - 750 нм. Данные анализировали с помощью многомерных статистических методов, таких, как кластерный анализ, метод главных компонент, дискриминантный анализ. В кластерном анализе 351 величина абсорбции на каждой длине волны была представлена в виде К-средних и были выделены группы сходных между собой объектов. Метод главных компонент применяли для определения вариации переменных и выявления аномальных значений. Главные компоненты использовали в дискриминантной модели. В результате дискриминантного анализа различение обеспечивалось как формой пика поглощения, так и величинами относительных интенсивностей абсорбции.
Метод колориметрического количественного определения нитритов в следах оружейного выстрела, по мнению авторов [27], может быть использован для оценки расстояния дуло - мишень. Определение основано на фотометрическом детектировании хромофора, который образуется в реакции нитритов с аналитическим реагентом.
Спектрофотометрия позволяет производить сравнение цветности, прозрачности твердых объектов, определение качественных характеристик цвета и его изменений. Это используется при исследовании фотометрических свойств тонированных стекол, специальных цветных стекол светофоров, катафотов и изделий осветительной техники для автотранспортных средств и предприятий УВД.
Для задач идентификации и сопоставления образцов предпочтительными являются двухлучевые спектрофотометры, которые позволяют регистрировать с высокой точностью отличие спектров анализируемого образца и образца сравнения, помещаемого в опорный канал прибора.
Кроме спектрофотометрических измерений в режиме пропускания (абсорбции) прозрачных твердых, диффузных образцов, проводятся исследования отражения диффузных, зеркально-диффузных, зеркальных образцов.
Для измерения диффузного отражения прибор должен быть укомплектован специальной приставкой, в состав которой входит встроенная интегрирующая сфера для быстрых и точных измерений негомогенизированных образцов, таких, как порошки, таблетки, гранулы, крупы, различные пасты. Интегрирующая сфера принимает лучи, отраженные от поверхности неоднородного по составу образца, и за счет многократного отражения от ее внутренней поверхности позволяет получать усредненный спектр диффузного отражения. Метод диффузного отражения может использоваться при анализе непрозрачных образцов, например тканей, бумаги, картона, порошков.
Современные спектрофотометры предоставляют широкие возможности для определения различных материалов, контроля качества, анализа состояний. Помимо регистрации спектров в стационарном и кинетическом режиме поддерживаются также различные возможности математической обработки спектров, их сравнения, построения по спектрам градуировочных кривых, определения концентраций при однокомпонентном и многокомпонентном анализе.
Литература
1. Золотов Ю. А. Аналитическая химия и криминалистика // Журн. аналит. химии. 2000. Т. 55. N 3.
2. Ежевская Т. Б., Бубликова А. В. Применение фурье-спектрометрии в криминалистике // Эксперт-криминалист. 2006. N 1.
3. Крамаренко В. Ф. Токсикологическая химия. Киев: Высшая школа, 1989. 448 с.
4. Шалаев Н. Г. Метод фотоколориметрического исследования в определении давности кровяных пятен: Дис. ... канд. наук. Горький, 1954.
5. Гладких А. С. Значение изоферментов холинэстеразы, лейцинаминопептидазы и окситоциназы при судебно-медицинском исследовании крови: Дис. ... канд. наук. М., 1971.
6. Панюков А. Н. О применении метода Хестрина для раздельного измерения активности холинэстераз // Вопр. мед. химии. 1966. Т. 12. N 1. С. 88 - 95.
7. Гурочкин Ю. Д., Винер В. И. Судебная медицина. М., 2003. С. 126.
8. Крамаренко В. Ф., Собчук Б. А., Гладышевкая Б. Н. Методические указания о количественном определении карбоксигемоглобина и карбоксимиоглобина. 1974.
9. Методические указания по фотометрическому измерению концентраций окиси углерода (II) в воздухе рабочей зоны - МУ 4862-88.
10. Государственная фармакопея СССР. XI изд. М.: Медицина, 1987 - 1990. Т. 1 - 2.
11. Беликов В. Г. Анализ лекарственных веществ фотометрическими методами. Опыт работы отечественных специалистов // Рос. хим. журн. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева). 2002. Т. XLVI. N 4.
12. Кимстач Т. Б. Количественное определение наркотического вещества МДА методом УФ-спектроскопии. ПККН МЗ РФ: МР от 14.03.1997 N 1/55 - 97.
13. http://spinreact. ru/instr/biochem_sp. pdf [электронный ресурс].
14. Диагностическое значение определения гликогена, глюкозы и гликозилированного гемоглобина в биологических жидкостях и тканях трупа. Информационное письмо для судебно-медицинских экспертов, Государственное клиническое учреждение здравоохранения "Кировское областное бюро судебно-медицинской экспертизы". Киров, 2004.
15. Виноградов И. В., Гуреев А. С. Лабораторные исследования в практике судебно-медицинской экспертизы. М., 1966. 235 с.
16. Васильева Е. В., Лопаткин О. Н., Морозов Ю. Е., Зарубин В. В. Определение тяжести эндогенной интоксикации по уровню среднемолекулярных пептидов // Судебно-медицинская экспертиза. 2004. N 4.
17. Сборщик Е. А., Фартушный А. Ф., Сухин А. П. О судебно-медицинской диагностике отравлений нитратами и нитритами // Судебно-медицинская экспертиза. 2005. N 1. С. 28 - 30.
18. Tagliaro F., Lubli G., Ghielmi S., Franchi D., Marigo M. Chromatographic methods for blood alcohol determination (Review). Journal of Chromatography: Biomedical Applications, 1992, V. 580, N 1 - 2, pp. 161 - 190.
19. Klixgmuller V., Nuglisch W., Weyss N. Photometric estimation of Widmark's ethanol determination; evaluation scale. Clinica Chimica Acta, 1968, V. 22, N 3, pp. 317 - 325.
20. Береговых Г. В., Вавин Г. В, Мартыненко Н. Б. Исследование клофелина в химико-токсикологическом анализе экстракционно-спектрофотометрическим методом // Медицина в Кузбассе. Актуальные вопросы клинической и экспериментальной медицины, медицинской науки и образования. 2005. N 4. С. 24 - 25.
21. Крылова А. Н. Исследование биологического материала на "металлические яды" дробным методом. М.: Медицина, 1975.
22. Вино и алкогольные напитки. Директивы и регламенты Европейского союза. М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. 616 с.
23. ГОСТ 29270-95. Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения нитратов.
24. ИСО 14235:1998. Качество почвы. Определение органического углерода сульфохромовым окислением.
25. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества.
26. Nicholas C. Thanasoulias, Nikolaos A. Parisis, Nicholaos P. Evmiridis. Multivariate chemometrics for the forensic discrimination of blue ball-point pen inks based on their Vis spectra. Forensic Science International, 2003, V. 138, N 1 - 3, pp. 75 - 84.
27. Petraco N., Yander M., Sardone J. A method for the quantitative determination of nitrites in gunshot residue cases. Forensic Science International, 1981, V. 18, N 1, pp. 85 - 92.
------------------------------------------------------------------
Название документа