Seri l o detektivn chemii

Korespondenˇcn´ı Semináˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou

Seri´ al o detektivn´ı chemii Chemick´ e n´ astroje detektiv˚ u

roˇ cn´ık 6, s´ erie 2

Korespondenˇ cn´ı Semin´ aˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou

Seri´ al o detektivn´ı chemii – Chemick´ e n´ astroje detektiv˚ u Autor: Karel Berka Inspektor Chemie se rozhlédl po své laboratoˇri. Zavadil pohledem o mikroskop, kterým naˇsel triˇcko vraha Kolouˇska, o spektrofotometr, d´ıky nˇemuˇz prok´ azal, ˇze ˇzvýkaˇcky prod´ avané pˇred ˇskolou skuteˇcnˇe obsahovaly ext´ azi. V roˇzku poblik´ avaj´ıc´ı plamen atomového absorpˇcn´ıho spektrometru zase odhalil stˇrelbu nad hˇrbitovn´ı rakv´ı Dona Cozzy a plynový chromatograf stoj´ıc´ı u okna se osvˇedˇcil pˇri d˚ ukazu nev´ıdanˇe vysoké koncentrace alkoholu v krvi ˇridiˇce K. pˇri jeho smrt´ıc´ı j´ızdˇe po tramvajové zast´ avce.

ˇ ım, ˇ C´ reknˇ ete mi ˇ c´ım. . . Laboratoˇre forenzn´ı chemie vˇetˇsinou neb´ yvaj´ı plné nejnovˇejˇs´ıch v´ ystˇrelk˚ u laboratorn´ı techniky, které se bˇeˇznˇe objevuj´ı v seri´ alech Kriminálka XYZ. Detektivové maj´ı r´ adi vˇeci dobˇre vyzkouˇsené a s puncem pravdivosti, coˇz je u nov´ ych ˇ ım v´ıc se toho ˇcasem v chemii mˇen´ı, t´ım v´ıce metod vˇzdy otevˇren´ a ot´ azka. C´ z˚ ust´ avaj´ı vˇeci stejné. Prvn´ı forenzn´ı laboratoˇr zaloˇzil v roce 1910 Edmund Locard se dvˇema pˇr´ıstroji – mikroskopem a spektrofotometrem. A tyto pˇr´ıstroje jsou pil´ıˇri forenzn´ı anal´ yzy dodnes. Jen k nim pˇribyly i dalˇs´ı spektroskopické metody jako infraˇcerven´ a spektroskopie a rentgen. Dalˇs´ım vylepˇsen´ım jsou dˇelic´ı analytické metody jako je napˇr´ıklad plynov´ a chromatografie s hmotnostn´ım spektrometrem (GC-MS), dokonce i nukle´ arn´ı magnetick´ a resonance (NMR) a skenovac´ı elektronov´ a mikroskopie (SEM) si pomalu nacházej´ı cestu do nˇekter´ ych forenzn´ıch laboratoˇr´ı. V kaˇzdé forenzn´ı laboratoˇri ale najdete alespoˇ n jeden mikroskop, a proto zaˇcneme pr´ avˇe s n´ım.

Vidˇ eti mnoho – mikroskopick´ e techniky Mikroskopické techniky se pouˇz´ıvaj´ı ve forenzn´ı anal´ yze uˇz od dob Sherlocka Holmese a Edmunda Locarda a to na mnoha m´ıstech – pokaˇzdé, kdyˇz je potˇreba si nˇeco prohlédnout zbl´ızka, at’ uˇz jde o vl´ akna, krystalky jed˚ u nebo kontrolu vzork˚ u z m´ısta ˇcinu. Porovn´ avac´ı mikroskop Na rychlé tˇr´ıdˇen´ı se pouˇz´ıvaj´ı porovn´ avac´ı mikroskopy se pˇribliˇznˇe ˇctyˇricetin´ asobn´ ym zvˇetˇsen´ım. Jsou to vlastnˇe dva mikroskopy v jednom spojené m˚ ustkem. Pˇri pohledu do porovn´ avac´ıho mikroskopu pak vid´ıme najednou dva

1



vzorky (obr. 1). Pˇred zaˇc´ atkem pouˇz´ıv´ an´ı poˇc´ıtaˇcového zpracován´ı v daktyloskopii se pr´ avˇe takto porovn´ avaly i otisky prst˚ u.

Obr´ azek 1: Pohled do porovn´ avac´ıho mikroskopu. V tomto pˇr´ıpadˇe se zdá, ˇze jsme naˇsli spr´ avn´ y vzorek tkaniny.

Mikroskopy s polarizovan´ ym svˇ etlem Na troˇsku podrobnˇejˇs´ı zkoum´ an´ı, pˇredevˇs´ım vl´ aken a vlas˚ u, se pouˇz´ıvaj´ı mikroskopy pouˇz´ıvaj´ıc´ı polarizované svˇetlo. To z´ısk´ ame z obecného svˇetla pomoc´ı polarizaˇcn´ıho filtru, kter´ y propouˇst´ı svˇetlo polarizované jen v jedné rovinˇe (obr. 2).

Obr´ azek 2: Vznik a pouˇzit´ı polarizovaného svˇetla Pokud by svˇetlo proch´ azelo neuspoˇr´ adan´ ym vzorkem, jak´ ym je napˇr´ıklad sklo, pak se rovina polarizovaného svˇetla nest´ aˇc´ı a pˇri uspoˇrádán´ı dle obr. 2 bude vidˇet jen ˇcern´ a plocha. Ale jak´ akoliv organizovanost vzorku rovinu polarizovaného svˇetla st´ aˇc´ı. A tato organizovan´ a m´ısta pak záˇr´ı na ˇcerném pozad´ı (obr. 3). 2



Obr´ azek 3: Kˇr´ıˇzen´ı syntetick´ ych vl´ aken pod mikroskopem s polarizovan´ ym svˇetlem

Moc svˇ etla – spektroskopie Spektroskopie je metoda zaloˇzen´ a na interakci elektromagnetického záˇren´ı se vzorkem. Z tohoto pohledu je vlastnˇe i mikroskopie spektroskopi´ı, nebot’ pouˇz´ıv´ a interakci viditelného z´ aˇren´ı se vzorkem a jako detektor pouˇzije lidské oko. Ale nejen viditelné svˇetlo je z´ aˇren´ı a lidské oko nen´ı zas aˇz tak dobr´ y detektor, kter´ y se bude chovat za vˇsech okolnost´ı stejnˇe, aby by zajistilo reprodukovatelné v´ ysledky. U kolébky spektroskopie st´ al sir Isaac Newton se sv´ ym hranolem a objevem monochromatického svˇetla. Také si vˇsiml, ˇze ˇc´ım ˇcistˇejˇs´ı monochromatické svˇetlo z´ısk´ av´ a, t´ım slabˇs´ı je jeho intenzita, coˇz je pravda, kterou pˇrekonaly aˇz lasery a synchrotrony. Nicménˇe prvn´ı spektrometr vytvoˇrili Kirchhoff a Bunsen v roce 1860 (obr. 4). Bunsen k tomu ˇrekl: Urˇcen´ı jednoho prostého faktu je ” mnohem d˚ uleˇzitˇejˇs´ı, neˇz ta nejkr´ asnˇeji sestaven´ a teorie.“ Tahle slova by mohla b´ yt mottem forenzn´ı chemie, nemysl´ıte?

Obr´ azek 4: Dobov´ a karikatura Bunsena

3



Spektroskopie se d´ a rozdˇelit podle nˇekolika mˇeˇr´ıtek. Prvn´ım mˇeˇr´ıtkem m˚ uˇze b´ yt typ interakce z´ aˇren´ı s hmotou. Atom m˚ uˇze z´ aˇren´ı pohltit (absorpce), nebo m˚ uˇze naopak uvolnit energii ve formˇe z´ aˇren´ı (emise), na konec m˚ uˇze záˇren´ı pohltit a po ˇcase ho opˇet vypustit (fluorescence a fosforescence) 1 . Druh´ ym mˇeˇr´ıtkem m˚ uˇze b´ yt pouˇzit´ a vlnov´ a délka a tedy typ záˇren´ı. Rozdˇelen´ı podle tohoto mˇeˇr´ıtka ukazuje tabulka 1. Typ z´ aˇ ren´ı gamma (γ) Rentgenovo (RTG) ultrafialové (UV) viditelné (VIS) infraˇcervené (IR) mikrovlnné (MW) radiové (LW)

Vlnov´ a d´ elka λ [cm] 10−9 10−7 10−5 10−4 10−3 10−1 104

Energie [kcal/mol]

Interakce s hmotou

106 104 102 10 1 10−2 10−6

rozpady atomov´ ych jader ionizace pˇrechody elektron˚ u pˇrechody elektron˚ u vibrace molekul rotace molekul pˇrechody jaderného spinu

Tabulka 1: Typy z´ aˇren´ı a jeho vlastnosti

Povˇsimnˇete si, ˇze se zkracuj´ıc´ı se vlnovou délkou záˇren´ı se zvyˇsuje jeho energie a také dopad z´ aˇren´ı na atomy, ˇci molekuly je drtivˇejˇs´ı. Zat´ımco radiové vlny sv´ ym dopadem ovlivn´ı jen orientaci jaderného spinu a molekule vlastnˇe nic neudˇelaj´ı, gamma z´ aˇren´ı je schopno rozmetat i atomová jádra. Ale detektivové nepotˇrebuj´ı rozmet´ avat atomová jádra. Vystaˇc´ı si s prvkovou anal´ yzou, kterou poskytuje RTG z´ aˇren´ı, pˇr´ıpadnˇe s UV/VIS nebo IR spektroskopi´ı. Fluorescence se pouˇz´ıv´ a napˇr´ıklad k zobrazován´ı otisk˚ u a také k DNA znaˇcen´ı pˇri hled´ an´ı otcovstv´ı. UV/VIS – spektroskopie ve viditeln´ e a ultrafialov´ e oblasti UV/VIS spektroskopie je klasick´ a metoda, která uˇz má svou chv´ıli slávy za sebou. Jej´ı zamˇeˇren´ı na barvy a inkousty m´ a jednu zásadn´ı vadu – signál posléze nestaˇc´ı k u ´plné identifikaci vzorku, je pˇr´ıliˇs obecn´ y. Ovˇsem obecnost 1 Rozd´ ıl mezi fluorescenc´ı a fosforescenc´ı je pˇredevˇs´ım v ˇ casov´ e ˇsk´ ale, na jak´ e se projevuj´ı. Zat´ımco fluorescence je pˇrechod mezi povolen´ ymi stavy a tud´ıˇ z j´ı nic nebr´ an´ı ve vypouˇstˇ en´ı foton˚ u jiˇ z za p´ ar nanosekund, fosforescence je pˇrechod zak´ azan´ y. Leˇ cˇ z´ adn´ y z´ akaz nezadrˇ z´ı fotony vˇ eˇ cnˇ e a tak se i fosforescence doˇ ck´ a sv´ ych foton˚ u, ale trv´ a j´ı to obˇ cas aˇ z minuty.

4



m´ a i jednu v´ yhodu – UV/VIS spektrofotometr2 m˚ uˇze slouˇzit jako detektor v dˇelic´ıch aparatur´ ach z n´ asleduj´ıc´ı kapitoly. IR – infraˇ cerven´ a spektroskopie IR spektroskopie je z´ asadnˇe kvalitativn´ı metoda, která dává velice pˇresnou identifikaci isolované l´ atky. IR spektrum totiˇz obsahuje tzv. fingerprint region mezi 1300 aˇz 100 cm−1 , kter´ y je pro kaˇzdou l´ atku typick´ y a pˇri anal´ yze se pouˇzije porovn´ an´ı namˇeˇreného spektra se spektrem drogy, pˇr´ıpadnˇe vlákna v knihovnˇe3 . Protoˇze IR z´ aˇren´ı je zachyt´ av´ ano sklem a v nˇekter´ ych oblastech spektra i vzduchem, mus´ı se vzorek vloˇzit do bromidu draselného a stlaˇcit, aby se vyhnal pˇrek´ aˇzej´ıc´ı vzduch a mˇeˇren´ı pak prob´ıh´ a ve vakuu. ATR – zeslaben´ yu ´ pln´ y odraz Zaj´ımavou modifikac´ı IR spektroskopie je tzv. zeslaben´ yu ´pln´ y odraz (Attenuated Total Reflectance). Infraˇcerven´ y paprsek se poˇsle pod správn´ ym u ´hlem do upraveného hranolu diamantu, germania, ZnS, ThBr, nebo ZnSe. Protoˇze maj´ı tyto l´ atky vyˇsˇs´ı index lomu neˇz okoln´ı vzduch, docház´ı u nich k u ´plnému odrazu a paprsek vlastnˇe postupuje uvnitˇr hranolu, podobnˇe jako uvnitˇr optického kabelu (obr. 5). Zmˇenou oproti optickému kabelu je pˇritlaˇcen´ı hranolu na vzorek, kdy se ˇc´ ast paprsku ztrat´ı pˇri dotyku se vzorkem a dojde tedy k zeslaben´ı odraˇzeného paprsku.

Obr´ azek 5: Attenuated Total Reflectance, infraˇcervené záˇren´ı je absorbováno jen malou vrstvou vzorku

Toto zeslaben´ı je naˇstˇest´ı pro analytiky zp˚ usobeno absorpc´ı a z´ıskáme tedy infraˇcervené spektrum vzorku. Sice jsou troˇsku jin´ a, neˇz standardn´ı infraˇcer2 Proˇ c vlastnˇ e pouˇ z´ıv´ ame slovo spektrofotometr a ne spektroskop? N´ azev spektrofotometru, pˇr´ıpadnˇ e zkr´ acenˇ e spektrometru poukazuje na fakt, ˇ ze spektra jsou sb´ır´ ana poˇ c´ıt´ an´ım (metrikou), jak moc se zmˇ enila intenzita svˇ etla pˇri pr˚ uchodu vzorkem pro danou vlnovou d´ elku. 3 Nemysl´ ıme t´ım obl´ıbenou chobotniˇ cku, alias blob, sp´ıˇse datab´ azi spekter v poˇ c´ıtaˇ ci.

5



Obr´ azek 6: Pˇrechody elektron˚ u a tomu odpov´ıdaj´ıc´ı spektráln´ı ˇcáry vená spektra, coˇz je zp˚ usobeno malou hloubkou, do které se vlastnˇe d´ıváme (kolem 1 µm), ale vzhledem k zjednoduˇsen´ı pˇr´ıpravy vzork˚ u se to vyplat´ı a knihovny ATR spekter také postupem ˇcasu porostou. Ramanova spektroskopie Ramanova spektroskopie je dalˇs´ı metoda pracuj´ıc´ı s vibracemi molekul, tedy v infraˇcerveném p´ asmu. Tato technika pouˇz´ıv´ a rozptyl laserového paprsku pˇri interakci s l´ atkou. Nejˇcastˇeji laserov´ y paprsek excituje elektron v základn´ım stavu, kter´ y pˇri n´ avratu do z´ akladn´ıho stavu vyzáˇr´ı foton se stejnou vlnovou délkou, ale v z´ asadˇe libovoln´ ym smˇerem. To je tzv. Rayleigh˚ uv rozptyl, kter´ y nenese ˇz´ adnou analytickou informaci. Tu ale nesou fotony s jinou vlnovou délkou, které vznikaj´ı bud’ z excitovan´ ych elektron˚ u, které pak spadnou do z´ akladn´ıho stavu – Anti-Stokesovy fotony s vˇetˇs´ı energi´ı neˇz byla energie foton˚ u laserového paprsku, nebo z elektron˚ u, které byly p˚ uvodnˇe v základn´ım stavu, ale deexcitovaly se jen ˇc´ asteˇcnˇe – tzv. Stokesovy fotony (obr. 6). Ramanova spektroskopie se uplatˇ nuje pˇri anal´ yze drog a farmaceutik, barev, inkoust˚ u i vl´ aken. Vyuˇzit´ı naˇsel i napˇr´ıklad pˇri ovˇeˇrován´ı pravosti mapy Vinlandu (obr. 7), kter´ a mˇela dok´ azat, ˇze Vikingové byli v Americe pˇred Kolumbem. Objevena byla v roce 1957, a jak uˇz to u podobn´ ych objev˚ u b´ yvá, okamˇzitˇe byla zpochybnˇena jej´ı autenticita. Byla mnohokrát zkoumána, takˇze napˇr´ıklad Cahill rentgenem uk´ azal, ˇze byla kreslena jen jednou a to na pergamenu z roku 1434, jak pro zmˇenu urˇcili Donahue, Olin a Harbottle pomoc´ı uhl´ıkového datov´ an´ı. Zb´ yvala ot´ azka, ˇc´ım byla mapa kreslena? P˚ uvodn´ı stˇredovˇeké dokumenty psané ˇcern´ ym inkoustem ˇcasto obsahovaly 6



Obrázek 7: Mapa Vinlandu, nebo také Mappa Mundi, Yale University Press gallotan´ at ˇzelezit´ y, kter´ y se pomalu ˇs´ıˇril z inkoustu do pergamenu pod n´ım. Migruj´ıc´ı ˇzelezo po ˇcase zp˚ usobuje zaˇzloutnut´ı a zkˇrehnut´ı pergamenu a vytvoˇr´ı ˇzluté okraje kolem ˇcerného p´ısma. Brownov´ a a Clark pouˇzili Ramanovu spektroskopii a zjistili, ˇze ˇcern´ y inkoust obsahuje pˇredevˇs´ım uhl´ık a pergamen mapy nevykazuje zn´ amky poˇskozen´ı pˇredpokl´ adaného u gallotanátového, nebo také dubˇenkového inkoustu. Zvl´ aˇstn´ı pˇritom je, ˇze kodex Historia Tartarum, se kter´ ym byla mapa poprvé nalezena a kter´ y je autentick´ y a nezpochybˇ novan´ y, byl psán bˇeˇzn´ ym dubˇenkov´ ym inkoustem. Zd´ a se, ˇze padˇelatel nejprve nakreslil ˇzluté linie, do kter´ ych poté vepsal tenˇc´ı linku ˇcern´ ym inkoustem. Na druhou stranu Cahill promˇeˇril vzd´ alenosti okraj˚ u ˇcerné a ˇzluté linie a nejsou vˇetˇs´ı, neˇz 100 µm, coˇz zase nahr´ av´ a teori´ım o pravosti mapy, protoˇze takové pˇresnosti se jinak ˇspatnˇe dvoj´ım kreslen´ım dosahuje. . . Nu, zdá se, ˇze pˇr´ıbˇeh mapy Vinlandu jeˇstˇe u ´plnˇe neskonˇcil. Atomov´ a spektroskopie aneb element´ arn´ı anal´ yza IR spektroskopie sice forenzn´ı anal´ yze dominuje, ale pro detekci tˇeˇzk´ ych kov˚ u, napˇr´ıklad z jed˚ u, pˇr´ıpadnˇe ze zbytk˚ u stˇreliva jsou zapotˇreb´ı jiné nástroje. Jedn´ım z nich je atomov´ a absorpˇcn´ı spektroskopie (AAS), druh´ ym je fluorescence rentgenových paprsk˚ u (XRF). Obˇe pracuj´ı s pˇrechody vnitˇrn´ıch elektron˚ u, tj. elektron˚ u, které se ne´ uˇcastn´ı vazeb, ale jsou pˇrimknuté bl´ıˇze k atomovému j´ adru. Vnitˇrn´ı elektron se nejdˇr´ıve excituje a pˇri návratu zpˇet na p˚ uvodn´ı energetickou hladinu vyz´ aˇr´ı foton. D´ıky tomu, ˇze kaˇzdé atomové jádro 7



m´ a jinou sadu tˇechto elektron˚ u s troˇsku jin´ ymi energiemi, sledován´ım vyzáˇren´ ych elektron˚ u z´ısk´ av´ ame informaci pˇr´ımo o pˇr´ıtomném jádˇre a tedy i o typu atomu. Obˇe metody pracuj´ı se z´ achytem z´ aˇren´ı, ale liˇs´ı se zp˚ usobem excitace, kter´ a k pˇrechod˚ um vnitˇrn´ıch elektron˚ u vede. AAS – atomov´ a absorpˇ cn´ı spektroskopie AAS pouˇz´ıv´ a lampu s katodou potaˇzenou kovem, kter´ y chceme stanovit. Ta vys´ıl´ a fotony, které zachycuj´ı stejné atomy, jaké jsou ve vzorku. Vzorek excitujeme bud’ plasmou, nebo plamenem. Mezi plamen a detektor dáme monochrom´ ator, kter´ y nastav´ıme tak, aby propustil svˇetlo se správnou vlnovou délkou (obr. 8). Pokud jsou v plameni pˇr´ısluˇsné excitované atomy, záˇren´ı je pohlceno a my uvid´ıme pokles intenzity, kter´ y bude pˇr´ımo u ´mˇern´ y koncentraci atom˚ u v naˇsem vzorku.

Obr´ azek 8: Experiment´ aln´ı uspoˇr´ adán´ı AAS

XRF – rentgenov´ a fluorescence XRF pouˇz´ıv´ a k excitaci proud rentgenového z´ aˇren´ı. To je schopno excitovat vnitˇrn´ı elektron, kter´ y dokonce m˚ uˇze opustit atom. Ve chv´ıli, kdy se uvoln´ı vnitˇrn´ı elektron, elektrony z vyˇsˇs´ıch slupek spadnou“ na jeho m´ısto a ” uvoln´ı pˇrebyteˇcnou energii ve formˇe fotonu, kter´ a bude niˇzˇs´ı, neˇz byla energie p˚ uvodn´ıho rentgenového fotonu. Elektrony mohou popadat kaskádovitˇe, takˇze se m˚ uˇze objevit spektrum r˚ uzn´ ych foton˚ u a toto pr´ avˇe toto fluorescenˇcn´ı spektrum se pouˇz´ıv´ a k identifikaci atomu. Aˇc to tak z popisu odlétaj´ıc´ıch elektron˚ u nemus´ı vypadat, XRF je nedestruktivn´ı metoda, která se dá pouˇz´ıt ke studiu povrchu vzork˚ u. 8



Funguj´ıc´ı koˇ ckopes – mikrospektrofotometrie Pouˇzit´ı srovn´ avac´ıch mikroskop˚ u m´ a jednu vadu – ty dvˇe ˇcervené barvy, které vypadaj´ı stejnˇe, se ve skuteˇcnosti mohou liˇsit ve sloˇzen´ı. A naopak spektr´ aln´ı metody maj´ı tu vadu, ˇze sice zmˇeˇr´ıme spektrum, ale jen celého vzorku a my bychom potˇrebovali zn´ at jen jeho ˇc´ ast a nejlépe ji i vidˇet. Jak je ale spojit? ˇ sen´ım se stala mikrospektrofotometrie (MSF), která v sobˇe spojuje mikReˇ roskopické i spektroskopické metody, pˇriˇcemˇz toto spojen´ı donedávna naráˇzelo pˇredevˇs´ım na technick´ a omezen´ı – na konstrukci ˇcoˇcek a na slabé zdroje záˇren´ı. Konstrukce ˇcoˇcek se napravila pouˇz´ıv´ an´ım elektromagnetick´ ych c´ıvek, pˇr´ıpadnˇe naleˇstˇen´ ych ocelov´ ych zrcadel m´ısto sklenˇen´ ych a o dostateˇcnˇe silné zdroje z´ aˇren´ı se postaraly lasery. Hlavn´ı v´ yhodou MSF pak je, ˇze m˚ uˇzeme zkoumat vzorky do vˇetˇs´ıho detailu, tˇrebas jen jedno vl´ akno a rovnou si vzorek, na kter´ y se d´ıváme, proklepnout i spektr´ alnˇe. Jednotlivé mikrometody naˇsly pouˇzit´ı pro: mikro-UV/VIS pro nedestruktivn´ı anal´ yzu vl´ aken, inkoust˚ u a barev, mikro-ATR pro drogy a barvy, mikro-Raman pro pigmenty a inkousty.

Mikroelement´ arn´ı anal´ yza je troˇsku zvl´ aˇstn´ı pˇr´ıpad a je vlastnˇe vedlejˇs´ım produktem pr´ ace skenovac´ıho elektronového mikroskopu (SEM), kter´ y skládá obraz objektu pomoc´ı proudu elektron˚ u, které se na vzorku rozptyluj´ı. Elektrony atomy nab´ıjej´ı, ale také n´ arazy elektron˚ u na atomy4 vytváˇr´ı rentgenové z´ aˇren´ı, jeˇz n´ am prozrad´ı, jaké atomy ve vzorku jsou.

Rozdˇ el a panuj – sloˇ zen´ e techniky Takˇrka vˇsechny pˇredchoz´ı metody se nejlépe uplatn´ı, pokud je vzorek jednoduch´ y a skl´ ad´ a se jen z p´ ar slouˇcenin. Opak b´ yvá pravdou. Aby se usnadnila anal´ yza, pouˇz´ıvaj´ı se kombinované techniky, které vyuˇz´ıvaj´ı dˇelic´ı metodu spolu s metodami detekˇcn´ımi, jako jsou napˇr´ıklad detekce vodivosti, pˇr´ıpadnˇe UV/VIS spektroskopie. Dˇelic´ı metody jsou nejˇcastˇeji zaloˇzené na chromatografii, tedy dˇelen´ı l´ atek rozd´ıln´ ym zpoˇzd’ov´ an´ım na rozmez´ı stacionárn´ı fáze a mobiln´ı f´ aze jako tomu bylo v minulém d´ılu seri´ alu v pˇr´ıpadˇe chromatografie na tenké vrstvˇe – TLC. 4 N´ arazy elektron˚ u kromˇ e rentgenov´ eho z´ aˇren´ı vytv´ aˇrej´ı i z´ aporn´ y elektrick´ y n´ aboj, kter´ y se ze vzorku mus´ı odeb´ırat, aby se dalˇs´ı pˇril´ etaj´ıc´ı elektrony nezaˇ caly elektricky odpuzovat. Vzorek tedy mus´ı b´ yt vodiv´ y. Pokud vodiv´ y nen´ı, vˇ etˇsinou se pozlat´ı atom´ arn´ı vrstviˇ ckou zlata.

9



Dalˇs´ı moˇznost´ı jsou elektroforetické metody zaloˇzené na pohyblivosti iont˚ u. Ionty jsou zadrˇzov´ any na stacion´ arn´ı f´ azi, pˇr´ıpadnˇe kapilárou a docház´ı k dˇelen´ı podle velikosti iontu a jeho celkového n´ aboje. Elektroforetick´ e metody Jejich pouˇzit´ı je pomˇernˇe pestré – zat´ımco aplikace kapil´ arn´ı elektroforézy (CE) ovl´ adly DNA otisky (DNA fingerprinting nebo také DNA typing) a d´ıky své nen´ aroˇcnosti a v´ yhodné cenˇe si pomalu brous´ı zuby na toxikologii, elektroforéza v plynné f´ azi, nebo také ion mobility spectrometry (IMS) je hlavn´ım n´ astrojem ve vyhled´ av´ an´ı v´ ybuˇsnin a drog na letiˇst´ıch, pˇr´ıstavech a hraniˇcn´ıch pˇrechodech. V IMS se mal´ y vzorek vzduchu nejprve ionizuje pomoc´ı β-záˇriˇce 63 Ni. Protoˇze se pracuje za atmosférického tlaku, vzniklé ionty jsou obklopeny vodn´ı p´ arou, které zv´ yˇs´ı v´ ahu iont˚ u. Naˇceˇz se na ionty a molekulárn´ı klastry uplatn´ı elektrické pole a ionty se podle nˇej zaˇcnou pohybovat. Dˇelen´ı podle velikosti pak obstar´ av´ a protiproud neteˇcného plynu a malé ionty dopadnou na detektor dˇr´ıve, neˇz velké iontovˇe-molekulové klastry. V´ ystupem je pak graf intenzity proti ˇcasu. Mobilitn´ı spektrum sice nestaˇc´ı k u ´plné identifikaci látky, ale m˚ uˇze okruh hled´ an´ı v´ yraznˇe z´ uˇzit. Chromatografick´ e metody Kromˇe chromatografie na tenké vrstvˇe, kterou jsme poznali minule, se pouˇz´ıvaj´ı dvˇe dalˇs´ı chromatografické metody. V´ yhodou vysoko´ uˇcinné kapalné chromatografie (HPLC5 ) je jej´ı promˇenlivost – jej´ı dˇelic´ı schopnost totiˇz znaˇcnˇe z´ avis´ı na pouˇzité kolonˇe a pouˇzit´ ych rozpouˇstˇedlech, které se nav´ıc daj´ı v pr˚ ubˇehu anal´ yzy vz´ ajemnˇe m´ıchat. HPLC si naˇsla své pouˇzit´ı hlavˇe pˇri stanovován´ı netˇekav´ ych l´ atek jakou jsou vˇetˇs´ı polymery typu protein˚ u nebo cukr˚ u, nebo tepelnˇe nestabiln´ıch l´ atek jako je napˇr´ıklad LSD ˇci v´ ybuˇsniny. Plynov´ a chromatografie (GC) pouˇz´ıv´ a m´ısto rozpouˇstˇedla nosn´ y plyn a pouˇz´ıv´ a se pˇredevˇs´ım pro stanovov´ an´ı tˇekav´ ych, pˇr´ıpadnˇe tepelnˇe stabiln´ıch l´ atek – drog, pˇr´ıpadnˇe urychlovaˇc˚ u hoˇren´ı (obr. 9). Jak v HPLC, tak v GC potˇrebujeme rozpoznat, ˇze látka uˇz kolonou proˇsla a nejlépe i urˇcit, jak´ a l´ atka to byla. Jako detektory se ˇcasto pouˇz´ıvá spektroskopick´ ych metod, ale v´ıce popisnou metodou je hmotnostn´ı spektrometrie (MS). 5 Zkratka HPLC dnes oznaˇ cuje high performance liquid chromatography, i kdyˇ z p˚ uvodnˇ e znamenala high pressure liquid chromatography.

10



Obr´ azek 9: Experiment´ aln´ı uspoˇr´ ad´ an´ı plynové chromatografie MS – hmotnostn´ı spektrometrie Hmotnostn´ı spektrometrie pracuje s dˇelen´ım podle pomˇeru m/z, kde m je hmotnost a z je n´ aboj fragmentu. Vzorek se nejprve mus´ı ionizovat, coˇz ˇcasto vede k fragmentaci molekuly a vzniklé ionty se posléze dˇel´ı pomoc´ı elektromagnetického pole. Z´ısk´ ame pak spektrum jednotliv´ ych hmotnost´ı dˇelen´ ych n´ abojem. Dˇelen´ı prob´ıh´ a ve vakuu a moˇznosti dˇelen´ı jsou v podstatˇe dvoj´ı. Zaprvé jde o urychlov´ an´ı elektrick´ ym polem, takˇze fragmenty s menˇs´ım pomˇerem m/z dolet´ı do detektoru dˇr´ıve, z´ aznam tedy závis´ı na ˇcasu letu iontu, a n´ azev tohoto typu spektrometru je tedy Time-of-flight (TOF). Druh´ y zp˚ usob vyuˇz´ıv´ a magnetismus, nebot’ se dráha nabité ˇcástice v magnetickém poli zakˇrivuje pˇr´ımo u ´mˇernˇe jeho intenzitˇe. Nejˇcastˇeji dráhu iontu upravuje promˇenlivé magnetické pole mezi tzv. kvadrupólem (obr. 10).

Obr´ azek 10: Experiment´ aln´ı uspoˇr´ ad´ an´ı hmotnostn´ıho spektrometru s kvadrup´ olem, vyb´ıraj´ıc´ım postupnˇe ionty ze vzorku. Ostatn´ı ionty se zachyt´ı na stˇen´ ach kvadrup´ olu.

11



Slovo z´ avˇ erem Pokud jste to doˇcetli aˇz sem, budete se mnou jistˇe souhlasit, ˇze forenzn´ı chemie pouˇz´ıv´ a znaˇcné mnoˇzstv´ı metod. Dokonce tolik, ˇze se vˇsechny do dneˇsn´ıho d´ılu neveˇsly. Proto si metody spojené s DNA nech´ ame na pˇr´ıˇstˇe do d´ılu Krvavé pˇr´ıbˇehy psané stˇreln´ ym prachem, kde se pod´ıv´ ame podrobnˇeji i na stˇrelivo, v´ ybuˇsniny a poˇz´ ary. A vy si m˚ uˇzete pˇripravit dubˇenkov´ y inkoust k falˇsován´ı Rukopisu Kr´ alovédvorského podle tohoto dobového postupu: Opatˇri stejné v´ ahové mnoˇzstv´ı dubˇenek a viˇsn ˇové pryskyˇrice, pryskyˇrici namoˇc za dor˚ ustaj´ıc´ıho mˇes´ıce – 5. nebo 11. dne – do medoviny v mnoˇzstv´ı, které se vejde do tˇr´ı vajeˇcných skoˇr´ apek, nebo do vody a nech m´ aˇcet dva týdny. Dubˇenky roztluˇc na pr´ aˇsek a prosej s´ıtem. Pak vezmi nevelké ˇzelezné desky a v poˇctu dvaceti nebo tˇriceti je pomoc´ı prov´ azku upevni na dˇr´ıvko a zavˇes do n´ adoby (s pˇripravenou tekutinou). M´ıchej dvakr´ at dennˇe po dva týdny. Pak pˇrilij tˇri lˇz´ıce v´ına a dvˇe lˇz´ıce ˇcerstvého medu. Inkoust slij tehdy, aˇz z´ısk´ a ˇcernou barvu, kdyˇz je nebe ˇcisté a jasné. Vydrˇz´ı pak dva nebo tˇri roky i déle. Ale nejsp´ıˇs postaˇc´ı jednoduˇsˇs´ı n´ avod: Co nejsilnˇejˇs´ı vodn´ı vývar z dubˇenek nebo dubové k˚ ury slijeme v objemovém pomˇeru 1:1 s 2% vodným roztokem chloridu ˇzelezitého. Dostaneme velmi trvanlivý modroˇcerný inkoust.

Literatura Hlavn´ı prameny 1. Bell, Suzanne. Forensic Chemistry. 1st edition.: Pearson Education, 2006. 614 s. ISBN 0-13-147835-4. 2. LYLE, Douglas. Forensics for Dummies. 1st edition.: Wiley Publishing, 2004. 356 s. ISBN 0-7645-5580-4. 3. http://en.wikipedia.org – prvn´ı m´ısto, kam se je vˇetˇsinou vhodné se pod´ıvat. Mikroskopick´ e techniky 4. http://microscopyu.org – Nikon Microscopy University 5. http://micro.magnet.fsu.edu/primer/anatomy/introduction.html – ´ Uvod do mikroskopie

12



Spektroskopie 6. http://ksicht.wz.cz/ksicht/Karchiv.htm – v prvn´ı sérii KSICHTu ˇ byl seri´ al o jednotliv´ ych spektroskopi´ıch od Pavla Rezanky Pˇ r´ıbˇ eh mapy Vinlandu 7. T.A. Cahill, R.N. Schwab, B.H. Kusko, R.A. Eldred, G. Moller, D. Dutschke, D. L. Wick and A.S. Pooley., The Vinland Map, Revisited: New Compositional Evidence on Its Inks and Parchment. Analytical Chemistry 59 (1987): 829-833. 8. Donahue, D. J.; Olin, J. S.; Harbottle G. Determination of the Radiocarbon Age of Parchment of the Vinland Map. Radiocarbon 44 (2002): 45-52. 9. Brown, K. L. and Clark, R. J. H., Analysis of Pigmentary Materiále on the Vinland Map and Tartar Relation by Raman Microprobe Spectroscopy. Analytical Chemistry 74 (2002), 3658-3661 Dubˇ enkov´ y inkoust 10. http://www.livinghistory.cz/modules.php? name=Forums&file=viewtopic&t=627&start=0 – Vˇse okolo p´ısemnictv´ı na diskuzn´ım f´ oru tzv. ˇzivé“ historie, tj. rekonstrukce historick´ ych pra” covn´ıch postup˚ u.

13

Seri l o detektivn chemii

Recommend Documents