Miskolci Egyetem Mőszaki Anyagtudományi Kar Polimermérnöki Tanszék
Emberi haj mikroszerkezetének FTIR vizsgálata
Készítette:
Nagy János (uxhvvy)
Konzulens:
Dr. Kollár Mariann tanársegéd
Miskolc, 2011. november 7.
1
Tartalom Bevezetés .................................................................................................................................... 2 1. Az emberi haj szerepe a kriminalisztikában ........................................................................... 3 1.1. A FTIR módszer törvényszéki felhasználásának története [1] ........................................ 4 1.2. Mintavétel, nyomrögzítés [2] .......................................................................................... 4 2. Az emberi haj szerkezete [3] .................................................................................................. 5 2.1. A haj típusai .................................................................................................................... 7 2.2. A haj kémiai szerkezete ................................................................................................... 8 3. Fourier Transzformációs Infravörös Spektrométer mőködése és felépítése [9]................... 10 3.1. Az infravörös fény ......................................................................................................... 10 3.2 Molekulamozgások ......................................................................................................... 10 3.3 Normál rezgések csoportosítása: .................................................................................... 11 3.4. A FTIR spektroszkópos vizsgálat mőködési elve.......................................................... 11 4. A haj színének módosítása ................................................................................................... 12 5. A vizsgált minták ................................................................................................................ 15 6. Vizsgálati eredmények ......................................................................................................... 15 6.1. Nıi haj-férfi haj összehasonlítása .................................................................................. 17 6.2. Festett-festetlen haj összehasonlítása ............................................................................ 18 6.3. Európai-afrikai haj összehasonlítása ............................................................................. 19 6.4. Emberi-állati haj /szırzet/ összehasonlítása .................................................................. 20 6.5.Állati /macska/ fekete és fehér szırminta összehasonlítása ........................................... 21 6.6. Összes nıi hajminta ....................................................................................................... 22 6.7. Összes férfi hajminta. .................................................................................................... 22 7. Összefoglalás ........................................................................................................................ 23 8. Felhasznált irodalom ............................................................................................................ 24
Bevezetés
2
A Fourier transzformációs infravörös spekrometriás (FTIR) technika a teljes infravörös hullámhossz tartományban alkalmazható analitikai módszer. Napjainkban széleskörő a felhasználási köre ennek az összehasonlító és azonosítási eljárásnak, így elterjedten használják a kriminalisztika területén is. Az eszköz alkalmas kis mennyiségő (szilárd, gáz és folyadék) minták vizsgálatára, ezért például alkalmas arra, hogy néhány szál emberi vagy állati szırszálat is képesek legyünk vele vizsgálni, majd ezekbıl a vizsgálati eredményekbıl következtetni tudjunk korábbi tulajdonosukra. Mivel maga a mérés nem igényel különösebb minta elıkészítést és viszonylag gyorsan, néhány perc alatt elvégezhetı, így gyorsabb és olcsóbb, mint egy DNS vizsgálat. Hátránya viszont a hemogenetikai (DNS) vizsgálatokkal szemben, hogy nem lehet megmondani kitıl származik a minta-vagyis azonosítani a személyt, csak behatárolni lehet vele az emberek (elkövetı, áldozat) egy kisebb csoportját. A vizsgálatokat 20 féle emberi haj, illetve 3 féle állati szır mintán végeztem el. A méréseket BRUKER TENSOR 27 típusú FTIR spektroszkópos készülékkel vizsgáltam. Az eddig elvégzett vizsgálatok során sikerült beazonosítani azokat a jellegzetes elnyeléseket, amelyekbıl következtetni lehet arra, hogy a hajszál korábbi tulajdonosa mely földrészrıl (kaukázusi, afrikai stb.) származik, illetve hogy férfi, vagy nı-e az illetı. Továbbá következtetni tudunk az általunk vizsgált minták milyen hajszínő személytıl származtak, illetve arra, hogy természetes színő vagy festett-e a vizsgált hajminta. Egyéb szennyezıdések kimutatására is próbáltam kitérni, mint például különbözı kemikáliák, gyógyszerek. Ennek alapja, hogy mérgeket (pl.: arzén), valamint különféle drogokat is ki lehet mutatni a hajmintákból. Az emberi és állati szır közötti különbséget az FTIR módszerrel nem lehet megállapítani, mivel mind a kettı ugyanazokból a fehérjékbıl, (nagyrészt cisztin és cisztein) aminosavakból épül fel. A szırszál emberi eredetének megállapítására más vizsgálati módszerek alkalmazhatók, mint például a Scanning Elektronmikroszkópos vizsgálat, mivel az emberi és állati szır makroszerkezete eltér egymástól. A továbbiakban arra keresem a választ, hogy milyen sajátosságokat lehet még megállapítani egy hajszálból, illetve egy szırszálból a FTIR módszerrel, valamint hogy milyen más vizsgálati módszerek alkalmasak még kriminalisztikai vizsgálatokra, azonosításra a drága és igencsak idıigényes hemogenetikai (DNS) vizsgálaton kívül 1. Az emberi haj szerepe a kriminalisztikában
Az emberi haj és állati szır fı építıeleme az alfa keratin. A bőncselekmények helyszínén gyakran találnak növényi, ásványi szálatat, esetleg emberi, állati eredető szıröket melyek 3
kapcsolatba hozhatók a bőnténnyel. Ezen okokból kifolyólag nagyon fontos a minták megfelelı begyőjtése. Az emberi haj szerkezeténél fogva rengeteg információt hordoz, melyet bőnügyek felderítésénél ki kell nyerni. A bőnügyek helyszínén talált emberi haj, származhat abból a hajból, melyeket naponta elveszítünk, hajszálak kerülhetnek elı a ruházatról, bútorokról, autóból melyekkel az áldozat és elkövetı a bőncselekmény során érintkezik. Ezek a szálak sérülhetnek, pl. égés és vegyszerek is hatással lehetnek szerkezetükre, vagy egyszerően az idı roncsolja ıket. A haj külsı szerkezete a kutikula azonban megvédi, konzerválja a haj belsejét és ezért olyan fontos a helyszínen begyőjtött minták vizsgálata. Az emberi hajat többféle módszerrel is vizsgálják: • DNA analízissel-genetikai profilt (azonosítás) • mikroszkóppal a haj szerkezetét (szín, vastagság, természetesen kihullott vagy kitépett) • és FTIR módszerrel kémiai összetételt határozhatunk meg (férfi-nıi, festett-festetlen stb.) 1.1. A FTIR módszer törvényszéki felhasználásának története [1]
A törvényszéki vizsgálatok során a hajat sokféle szempont szerint vizsgálják: szerkezet, gyógyszermaradványok, környezeti hatások, kemikáliák, mind hasznosak lehetnek abban, hogy az elkövetıt illetve az áldozatot kapcsolatba hozzák a bőntettel, a bőntett helyszínével. A 70-es évek közepén a kriminalisztikusok optikai mikroszkóppal meg tudták különböztetni a festett hajat a kezeletlentıl, ezek felszíne ugyanis különbözı. A festett haj külsı felépítése eltér az egészségestıl. Ezzel a módszerrel összehasonlítható volt ismert és ismeretlen hajminta szerkezete, csakúgy, mint a napjainkban használt FTIR módszernél. Késıbb, 1985-ben Brenner használta a FTIR módszert arra, hogy megkülönböztesse a festett és festetlen hajat egymástól, ugyanis a szıkített haj esetén 1044 cm-1-nél jelenik meg egy csúcs (oxidált cisztein). 1991-ben az amid I. és amid II. csúcsokat kezdték vizsgálni, melyek összefüggésben vannak a hajszál tulajdonosának nemével, korával, a haj színével. Az 1994-es évektıl pedig a hajon lévı vegyszerek jelenlétét és az esetleges gyógyszermaradványokat is vizsgálják. 1.2. Mintavétel, nyomrögzítés [2]
A nyomrögzítés feladata, hogy a fizikai és kémiai úton láthatóvá tett nyomokat kialakulásuk helyérıl eltávolíthatóvá kell tenni. Ez olyan mővelet, amely során az anyagi 4
visszatükrözıdések
állandósulnak,
rögzülnek,
így
a
nyom
további
vizsgálatának,
értékelésének, azonosításának feltételei megteremtıdnek. A nyomrögzítés a fizikai-kémiai vizsgálatok elsı lépése, amelynek során a vizsgálni kívánt anyagot a helyszínen, vagy laboratóriumban további vizsgálatra biztosítjuk. A jó nyomrögzítés során arra kell törekedni, hogy a legkisebb változásokat okozzuk a rögzítendı tárgyon. A vizsgálatok szempontjából a legjobb megoldás megırizni az eredeti állapotot. A nyomrögzítések során ezért olyan megoldásokat célszerő választani, amelyek a legkisebb mértékben változtatnak az eredeti állapoton. A FTIR-ATR spektroszkópos vizsgálat ideális módszer a kis mennyiségő minták, anyagmaradványok vizsgálatára mivel, már néhány hajszál is elegendı a mérés végrehajtásához, és mivel a módszer roncsolásmentes, így a vizsgálat többször is megismételhetı ugyanazon a mintán. Az esetleges bőncselekmény helyszínén talált haj, illetve szövetminták begyőjtése történhet kézzel vagy csipesszel való „szedegetés” módszerével, valamint átlátszó tapadó fóliával egyaránt.
2. Az emberi haj szerkezete [3] A haj az emberi fejen található szırzet, amely mechanikailag is védi a koponyát. Emellett a kinézetünk meghatározó tényezıje, a dús hajon, frizurán is múlik, hogy szépnek látjuk-e a másikat. Hajunk minıségét szüleinktıl örököljük, de környezeti tényezık és a táplálkozás is jelentısen befolyásolják állapotát. A haj 97%-át keratin alkotja; a maradék 3% víz. Rétegei a külsı hámréteg, a cuticula; a középsı hajkéreg, a cortex; és a belsı hajbél, a medulla. Hajszál külsı felszínét tetıcserépszerően elhelyezkedı lapos sejtek -kutikula- borítják. Ez a külsı hámréteg rendkívül ellenálló. Ennek a vékony rétegnek a feladata a kéregállomány védelme a káros behatásokkal szemben.
5
1. ábra: A hajszál felépítése. [4]
A külsı hámréteget, egymást tetıcserépszerően fedı lemezkék alkotják, amiket a faggyúmirigyek által termelt hajzsír von be. A haj fényessége ettıl a rétegtıl függ: ha a lemezkék szabályosan állnak, akkor a haj fényes, és selymes, de ha megsérül, akkor a haj töredezett, fénytelen és száraz lesz. A haj rugalmasságáért és erısségéért a keratinszálakból felépülı hajkéreg felel.
2. ábra: Egészséges és töredezett hajszál SEM felvétele [5]
Ez alatt a hajkéreg a cortex található, amely hosszúkás elszarusodó, de magvukat megtartó sejtekbıl áll. A haj túlnyomó része ebbıl áll, ez felel a haj rugalmasságáért, szakítószilárdságáért és erısségéért.
6
A haj középpontjában található a hajbélcsatorna /hajvelı/. Átmérıje hajvastagság szerint változik, de vannak olyan hajszálak, amik egyáltalán nem rendelkeznek ilyen csatornával. A hajszál belseje a hajbél un. medulla amelynek sejtjei nincsenek teljesen elszarusodva. Más szempontból a haj két részbıl áll: az élı hajgyökérbıl, és az élettelen hajszálból. A hajgyökér alsó része kiszélesedik, ez a hajhagyma. Ebben ül a hajszemölcs. Fölötte találhatók azok a sejtek, amik a hajszálat termelik. Ezek a mátrixsejtek gyors osztódásra képes alapsejtek. A gyökér felsı részén mirigyek termelik a haj zsírozására és a fejbır kiszáradásának megakadályozására a faggyút. Alattuk hajmerevítı izmok csatlakoznak a hajgyökérhez.
3. ábra: A hajgyökér és a hajszál [6]
2.1. A haj típusai
A hajtípusok többféleképpen is csoportosíthatók. A haj színét és formáját az ember génjei határozzák meg. Forma szerint: 1. Lissotrich: az egyenes, merev, esetleg enyhén hullámos, göndör (europidok, mongoloidok) 2. Cymatotrich: a hullámos és fürtös (negridek) 3. Ulotrich: a göndör, csavaros, gyapjas (weddo-ausztralid) Az egyenes haj keresztmetszete kör, a hullámosé ellipszis, a fürtösé babszem. A szín szerinti csoportosításhoz a színt a harminc árnyalatot tartalmazó Fischer-Saller-skálán mérik, amivel a hajszín betőjelzéssel is megadható. A pontos színt spektrofotométerrel állapítják meg. A hajszín megállapítása fontos tényezı lehet egy azonosításnál. A lenszıke hajszál vastagsága 0,05 mm, a sötét hajszálé akár 0,2 mm is lehet. A szıkéknek 150 ezer, a vörösöknek 90 ezer, a sötét hajúaknak 60 ezer hajszáluk van fiatal korban. Az öregedés elırehaladtával nem minden hajszál pótlódik; 40 éves korra a hajszálak 7
20%-ának elvesztése nem tekinthetı kórosnak. A nemi hormonok hatására a nık haja dúsabbá és vastagabbá válik, mint a férfiaké. A haj ápolásában a haj színénél és formájánál fontosabb szempont a haj zsírosodásra való hajlama. •
A normál haj nedvességtartalma kielégítı; a faggyúmirigyek elég zsírt termelnek. A fejbır nem korpásodik, a hajszálak fényesek.
•
A száraz haj fénytelen, töredezésre hajlamos, rosszul tartja a nedvességet.
•
A zsíros haj bıven el van látva hajzsírral. A hajszálak elnehezülnek, és összetapadnak. A
fejbır nem szellızik megfelelıen.
2.2. A haj kémiai szerkezete
A haj és az emlısök szıre fıként keratinból áll. Ez a fehérje nagy mennyiségő ciszteint tartalmaz (a cisztein aminosav, képlete: (HSCH2–CH(NH2)CO2H). A cisztein molekulák kén–kén kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz és térhálós szerkezetet alakítanak ki.
4. ábra: Kéntartalmú aminosavak: cisztin ,cisztein, metionin [7]
A keratin ettıl válik erıssé. A keratinban savas oldalsó csoportokat tartalmazó aminosavak is vannak – ilyen például az aszpartinsav (HO2CCH2CH(NH2)CO2H). A keratin 18 féle proteinbıl /aminosavból/ áll. Ezeknek a komponenseknek a hatására a haj enyhén negatív töltéső lesz. A hajban víz, zsír, cukor, melanin (természetes hajfesték), fém és DNS is található. A haj építı elemeit az 1. táblázat tartalmazza.
8
1. Táblázat: Aminosavak fıbb megjelenési formái az emberi hajban (µmol/g) [1]
9
3. Fourier Transzformációs Infravörös Spektrométer mőködése és felépítése [9]
3.1. Az infravörös fény
Az Infravörös Spektroszkópia az egyik leggyakrabban használt analitikai módszer. Ezt a módszert leginkább vegyületek szerkezetének azonosítására, részelemek mennyiségének, valamint tisztaságának meghatározására használják. Az elektromágneses sugárzás infravörös tartományát három részre osztják:
5. ábra: Infravörös tartomány - közeli infravörös (NIR - near infrared): hullámszám-tartománya kb. 14000–4000 cm-1, ahol felhangok és harmonikus rezgések abszorbeálnak. A NIR spektroszkópiát gyors azonosításra, mennyiségi meghatározásra használják. /pl.: víz, zsír, fehérjetartalom meghatározása, mőanyagok azonosítása). - közép-infravörös (MIR - middle infrared): Más néven analitikai tartomány, melynek hullámszáma kb. 4000–400 cm-1, amely a rotációs – vibrációs rezgések vizsgálatára alkalmas. - távoli infravörös (FIR - far infrared): hullámszám-tartománya kb. 400–60 cm-1 , kicsi az energiája, ezért rotációs spektroszkópiai vizsgálatokra, nehezebb atomok és kisebb kötési energiájú vegyületek / pl.: szervetlen és fémorganikus vegyületek / azonosítására alkalmazható. 3.2 Molekulamozgások A molekulákat felépítı atomok a molekulán belül is folyamatosan mozognak, kovalens kötés mentén rezegnek, rotálnak, és a hosszabb molekulák elhajolhatnak. Ezek a mozgások meghatározott (kvantált) energiájúak.
10
3.3 Normál rezgések csoportosítása: - vegyértékrezgés: a kovalens kötések hossza változik periodikusan a kötés irányában. Szimmetrikus és aszimmetrikus vegyértékrezgés
-
deformációs rezgések: esetén csak a kötésszögek változnak periodikusan. Szimmetrikus (ollózó) és aszimmetrikus (kaszáló) síkban deformációs rezgés
Szimmetrikus (bólogató) és aszimmetrikus (torziós) síkra merıleges torziós rezgés
3.4. A FTIR spektroszkópos vizsgálat mőködési elve A molekulákat felépítı atomok a molekulán belül periodikusan mozognak, rezegnek, rotálnak, ollóznak. stb. Ezek a mozgások kvantáltak tehát az energiájuk meghatározott és állandó. Ezek az energiák a különbözı infravörös sugárzás fotonjainak energiájával egyelıek. A periodikus mozgások frekvenciája és energiája elsısorban az atomtömegtıl függ. Ennek alapján különbözı kötéstípusokhoz meghatározott energia tartozik amit infravörös technikával meg lehet mérni. A mérést általában abszorpciós módon végezzük, azaz egy külsı infravörös sugárforrás fényét vezetjük át egy mintán, majd egy detektor segítségével észleljük a fényintenzitást. A molekulán belüli kötések rezgésével azonos frekvenciájú infravörös hullámhosszt az anyag elnyeli és ott az IR fény intenzitásának csökkenését tapasztaljuk.
11
6. ábra: FTIR infravörös spektroszkóp elvi felépítése [9]
A FTIR spektrométert akkor használjuk, ha kis mennyiségő vagy alacsony koncentrációjú anyagot vizsgálunk, illetve ha gyors mérésre van szükség. A FTIR készülékek általában egy fényutasok, így a háttér és a minta spektrumát egymás után kell felvenni.
A FTIR spektrométer hátránya: A készülék folyamatos üzemmódot igényel az egyenletes üzemi hımérséklet miatt, mivel nagyon érzékeny a páratartalomra.
A FTIR spektrométer elınyei: - az anyag igénye kicsi ( néhány mg minta elegendı) - roncsolásmentesen mér - az összes frekvenciát egyszerre detektálja - a hullámszám pontossága 0,01 cm-1-nél is jobb. - infravörös spektrumok felvételére mindhárom (gáz, folyadék és szilárd) halmazállapotú mintánál képes.
4. A haj színének módosítása
A hajfestés ısi mesterség. Az egyiptomiak növényi és állati eredető anyagokból nyerték ki a színezékeket, például hennából a vöröset, kamillából a sárgát és kosenilbıl, a bíbortető 12
festıanyagából a bíbort. Az 1920-as években a vegyészek olyan mesterséges hajfestékekkel kezdtek kísérletezni, amelyeket a múlt században textíliák festésére használtak. A II. világháború után a "hajfestı ipar" gyors fejlıdésnek indult; ma a hajápolási piac legrohamosabban növekvı ága.
A hajszínezık
Ezek a festékek csak a festést követı mosásig tartanak. A hajat a savas festékmolekulákból képzıdı sók vékony rétegével vonják be. A nagy molekulák a sok konjugált (váltakozó) kettıs kötés miatt színesek. A különbözı molekulák keverékébıl sokféle szín jöhet létre. Mivel ezek a molekulák nagy méretük miatt nem hatolhatnak át a hajszál külsı rétegén, a szál felületén telepszenek meg a következı mosásig.
Féltartós festékek
Ezek
a
festékek
hat–nyolc
mosást
bírnak
ki.
Kétféle
módon
készülhetnek.
Az Arianor márkanevő családot az 1970-es években dolgozta ki a Warner Jenkinson cég. Az Arianor-festékek hatása azon alapszik, hogy a negatív töltéső hajszál és a pozitív töltéső festékmolekula elektrosztatikusan vonzza egymást. Ezek a molekulák is túl nagyok ahhoz, hogy behatoljanak a haj belsejébe, ezért a felületén maradnak, de az elektromos vonzóerı miatt hat–nyolc mosásig megtapadnak.
7. ábra. Festéktípusok [10]
A másik rendszer két különbözı mérető molekulát használ, például egy olyat, mint a hajszínezı készítmények,és egy kisebbet . Ezeknek a festékeknek a hatása azon alapszik, hogy a hajszál a növekedés során – a mosás, fésülés, szárítás hatására – megrongálódik. A pikkelysejtek meglazulnak, le is hullhatnak, s a haj belseje szabaddá válik. A kisebb 13
molekulák belépnek a haj belsejébe, míg a nagyobbak a felszínén maradnak. A szín tehát tartósabb lesz, mert a kisebb molekulák beékelıdnek a kéregrétegbe.
Tartósfestékek
Ezek a festékek csak a hajjal együtt távoznak a fejrıl. Kis molekulákból állnak, például fenilén-diaminokból, amino-fenolokból és rezorcinból, amelyek behatolnak a haj belsejébe. A molekulák nem színesek, és az elsı mosásra lesodródnának a hajról. Hogy ezt megakadályozzák, és "megfessék" ıket, oxidálószert, rendszerint hidrogén-peroxidot (H2O2) is adnak a készítményhez. A hidrogén-peroxid a p-fenilén-diamint kinon-diiminné, a pamino-fenolt kinon-iminné oxidálja. Ezek a molekulák a hajfesték többi komponensével színes festékmolekulákat alkotnak . A keletkezı festékmolekulák túl nagyok ahhoz, hogy kijussanak a kéregrétegbıl, tehát a haj színe megmarad.
8. ábra. A hajfestés mechanizmusa [10]
Szıkítés
A szıkítés során a hajszálak természetes pigmentjét kémiai anyagokkal halványítják. A melanin elszíntelenítése sosem lesz tökéletes, fıleg nem egyenletes, emiatt vörös-szıke árnyalatot kapunk. A fehérjék roncsolásából adódik az 1044cm-1-nél a cisztein oxidációs csúcsa, mely festett hajak esetén mindig megjelenik a FTIR spektrumon.
14
5. A vizsgált minták
A vizsgált minták - emberi hajak - különbözı korú és nemő emberektıl kerültek begyőjtésre. Igyekeztem különbözı rasszból származó emberek haját is begyőjteni, hogy a vizsgálatok eredményei minél reprezentatívabbak legyenek. Sajnos ezidáig csak afrikai hajat sikerült kérnem, de további terveimben szerepel ázsiai hajminták vizsgálata is.
2. Táblázat. A vizsgált hajminták típusai nıi haj/európai
ısz
festett
festetlen
szıke, fekete, vörös
szıke, fekete, vörös
férfi haj/európai
ısz
festetlen szıke, fekete
gyermekhaj/lány, fiú
festetlen szıke, barna
nıi haj/afrikai
festetlen
férfihaj/afrikai
festetlen
6. Vizsgálati eredmények
A 3. táblázatban azok a jellegzetes elnyelések találhatóak, melyek az emberi hajra jellemzıek. A FTIR mérések során a beazonosított csúcsokból következtetni lehet a hajszál eredeti tulajdonosára.
3. Táblázat: Az emberi haj jellegzetes elnyelései. Csúcsok
Vegyületek, Csoportok
Megjegyzés A hajban lévı víz, illetve
3278
(-OH) csoport
nedvesség tartalomra utal. Minél régebbi a hajminta, annál kisebb ez a csúcs.
3078
(-NH) Szekunder Amid
2960 és
(-C-H) csoport rezgése,
2940
-C lánc, szerves molekula.
15
A haj fehérje tartalmából adódik. Polimer tartalmú hab, zselével kezelt haj esetén a jel intenzívebb.
1730
(-C=O) karboxil csoport.
Oxidációs csúcs. Faggyú oxidációs terméke.
Amin csoport rezgése:
Fehérje. A nıi és a férfi haj
1632 és
Amid III.: (NH), Amid II.: (C-
között itt található a különbség,
1527
N)
a nıi hajban ezek a csúcsok
Amid I.: ( N-C=O)
magasabbak.
1451
Amid deformációs csúcs.
Fehérjetartalom.
1409 és 610 valamint 880-nál.
Primer Amid
Fehérjetartalom.
1314
(C=S) aszimmetrikus
Cisztinbıl.
1230
cisztin dioxid
Cisztinbıl.
1122
(C=S) szimmetrikus
Cisztinbıl.
1041
(S=O) oxidált cisztin
Szıkített hajra jellemzı
924
851
970-740 (-CH-) szénlánc deformációs rezgése.
Amid
16
Szerves anyagra utal.
Fehérjetartalom.
6.1. Nıi haj-férfi haj összehasonlítása
Az elsı hajcsoportban festetlen nıi és férfi hajat vizsgáltam. igyekeztem olyan hajakat győjteni, melyek kozmetikai termékekkel sem voltak kezelve, így csak a haj szerkezetébıl adódó rezgések jelentem meg a görbéken. Az elı jellegzetes csúcs a δ (CH2) deformációs csúcs, mely a keratin szerkezetébıl adódik. A peptid kötések jellegzetes elnyelései 1700-1590 cm-1 –nél (amid II.), 1580-1500 cm-1 –nél (amid II.), és 1320- 1210 cm-1 -nél (amid I.) találhatóak. Az elsı csúcs a peptidek összekapcsolódásából adódó amid II. sáv, mely 1627 cm-1 nél található.
9. ábra. Nıi (piros) és férfihaj (kék) FTIR görbéi A görbéken látható az 1632 és 1527 cm körül található amid II. csúcsok közötti különbség, ahol a nıi hajmintában intenzívebb az elnyelıdés. A nıi és a férfi hajmintákban ezen a két ponton található eltérés, és ennek a két csúcsnak a segítségével lehet megkülönbözetni egymástól a kétféle mintát.
17
6.2. Festett-festetlen haj összehasonlítása
Festett hajak esetében nıi hajakat vizsgáltam. A hajfestékek roncsolják a haj szerkezetét- a hajat felépítı keratint. A kutikula mérete 2,5 µm -rıl 1,25 µm- re csökken. Hogy a haj roncsolódását csökkentsék, különbözı adalékokat adnak termékhez, melyek befolyásolják a mérési eredményeket.
10. ábra. Festetlen (kék) és festett haj( szürke) FTIR görbéi Az 1500-1200 cm-1 tartományban található a festékkel kezelt keratin elnyelése. 1041 cm nél látható a festés és hidrogénezés okozta cisztin oxidációjából (S=O) származó intenzívebb elnyelıdés, ami kifejezetten a festett és roncsolódott hajra jellemzı. Minél erısebb a roncsolódás mértéke, annál intenzívebb az elnyelıdés. Az α- keratin spektruma található mely a festetlen haj görbéjén is megtalálható. A cisztin oxidációjából adódó C-H deformációs rezgés 1460-1380 cm-1 -nél található. A haj roncsolódását nem csak kémiai szerek hanem a napfény és az egyéb környezeti hatások is okozhatják. 18
6.3. Európai-afrikai haj összehasonlítása
A hajak eltérı szerkezetébıl adódóan különbözı elnyeléseket mutatnak. Az európai haj esetén az Amid II. és Amid I. elnyelések 1635 cm -1-nél találhatóak, valamint a –CO2 aszimmetrikus rezgése 1573 cm-1-nél. Afrikai haj esetében a csúcsok eltolódnak, az Amid I. csúcs 1616 cm-1re, az amid II. 1519 cm-1-re (európai hajnál ez 1539 cm-1).
11. ábra. Európai (kék) és afrikai (piros) haj FTIR görbéi Afrikai hajban a cisztin (1122-1040 cm-1) és a cisztein is kevesebb (göndör szerkezet) ezért ezeket az elnyeléseket kevésbé intenzív csúcs jellemzi. Az afrikai haj esetében a CH deformációs rezgések (1465-1376 cm-1) kisebb hullámszámnál jelennek meg mint az európai haj esetén (1649 cm-1)
19
6.4. Emberi-állati haj /szırzet/ összehasonlítása
Az emberi és állati haj illetve szır minták összehasonlításánál látható hogy a két spektrum szinte teljesen együtt fut, ez abból adódik, hogy a két szırzet ugyanabból a fehérjékbıl és molekulákból épül fel, és csak a külsı szerkezetükben van eltérés. A
12. ábra. Emberi haj (zöld) és állati szır (magenta) FTIR görbéi
20
6.5.Állati /macska/ fekete és fehér szırminta összehasonlítása
Azonos állattól vett különbözı színő szırmintákból a színek közötti eltérést próbáltam meghatározni. A minták vizsgálatakor azt tapasztaltam hogy az 1200- 1000 cm-1 elnyelési tartományban tapasztaltam eltérést. Ez az eltérı mennyiségő melaninból adódhat. Mindezekbıl megállapítottam hogy az haj illetve a szır színe nem befolyásolja a spektrumot.
13. ábra. Különbözı színő-fekete (zöld) és fehér (v.kék) macskaszır FTIR felvételei
21
6.6. Összes nıi hajminta Az alábbi görbesoron összegeztem a vizsgált nıi hajminták FTIR görbéit.
6.7. Összes férfi hajminta.
Az alábbi görbesoron összegeztem a vizsgált férfi hajminták FTIR görbéit.
22
7. Összefoglalás
A 20 darab hajminta, valamint 3 darab állati eredető szır vizsgálata során megállapítható, hogy a FTIR infravörös spektroszkópia személyek beazonosítására, a DNS vizsgálat kiváltására nem alkalmas. Megállapítást nyert, hogy ez a módszer nem alkalmas arra sem, hogy megkülönböztessünk állati és emberi szıröket egymástól, mivel a két szırzet molekuláris felépítése azonos. A FTIR vizsgálattal következtetni tudunk viszont arra az összehasonlítás módszer segítségével, hogy a vizsgált minta emberek mely csoportjától származik, a haj az nıi vagy férfi haj minta-e, illetve a tulajdonos nemére korára és a hajszínére egyaránt. Azonban ha ismert a tulajdonosa a hajnak, akkor az adott személyrıl sok más információ megtudható ennek a vizsgálatnak a révén. Ilyen például az, hogy a személy fogyasztott-e drogokat, gyógyszereket, ha igen akkor milyeneket, valamint mérgezések esetén is segítségünkre lehet ez a módszer, mert például az arzénmérgezés is jól kimutatható vele. A FTIR spektroszkópia tehát önállóan és a DNS vizsgálattal párhuzamosan is jól alkalmazható különbözı hajak, elemi szálak összehasonlításon alapuló azonosítására. Az emberi és állati szırök megkülönböztetésére a fény- és elektronmikroszkópos vizsgálatok alkalmasak, melyeket a késıbbiekben szeretnék elvégezni az adott mintákon.
23
8. Felhasznált irodalom
[1] Paul M. J. Barton: A forensic Investigation of Single Human Hair Fibres using FTIR-ATR Spectroscopy and Chemometric, Phd dissertation, Queensland University of Technology, 2011. [2]Dr. Gál Tamás: Kriminalisztikai Anyagmaradványok Fizikai - Kémiai vizsgálata. Budapest 2000. február-http://www.bszki.hu/page.php?176 [3] http://hu.wikipedia.org/wiki/Haj [4] http://www.braun.com/hu/hair-care/adviser/facts-about-hair/details-on-hair.html [5] http://www.bellacafe.hu/2010/04/19/a-hajapolasrol-termeszetesen/ [6] http://www.prohair.hu/?p=Haj [7] http://www.vilaglex.hu/Kemia/Html/Cisztin.htm [8] http://ttk.pte.hu/analitika/letoltesek/jegyzet/ch04s02.html [9] http://www.kfki.hu/chemonet/hun/tudakozo/mm/haj.html [10] http://www.corvinkoz.hu/images/szokites.pdf [11] Földes Enikı: Infravörös spektroszkópia, MTA KKKI, 1998 [12] http://hu.wikipedia.org/wiki/Infrav%C3%B6r%C3%B6s_spektroszk%C3%B3pia
24
