Korespondenˇcn´ı Semin´aˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou
Seri´ al o detektivn´ı chemii Z´ aklady historick´ e i analytick´ e
roˇ cn´ık 6, s´ erie 1
Korespondenˇ cn´ı Semin´ aˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou
Seri´ al o detektivn´ı chemii – Z´ aklady historick´ e i analytick´ e Autor: Karel Berka Nad stolem se vzn´ aˇsel modr´y kouˇr a mlad´y muˇz s hadrem v ruce zaˇcal ” pomalu a systematicky likvidovat sv˚ uj pokus. Jednak musel promˇeˇrit, jak hluboko prorazila kulka do dˇreva a pak hlavnˇe musel pod mikroskopem analyzovat, jak´e stopy po sobˇe zanechala n´ aplˇ n n´ abojnice na okraji hlavnˇe a tak´e na dˇrevˇe. Kaˇzd´ a pistole m´ a sv˚ uj vlastn´ı zp˚ usob, jak rozptyluje zbytky stˇrelivin a n´ aboj˚ u do okol´ı a detektiv Jan Chemie uˇz ted’ vˇedˇel, ˇze vrah moˇzn´ a unikne, ale vraˇzedn´ a zbraˇ n neunikla. Pistole ˇc. 4 to uˇz m´ a jist´e. . .“ I kdyˇz se to nezd´ a, i takto m˚ uˇze vypadat pr´ ace chemika. A to chemika detektivn´ıho. Detektivn´ı nebo taky forenzn´ı ˇci soudn´ı chemie je zvl´aˇstn´ı odr˚ udou analytick´e chemie. Patˇr´ı do skupiny takzvan´ ych forenzn´ıch vˇed, coˇz jsou vˇedy pouˇz´ıvan´e k ˇreˇsen´ı pr´ avn´ıch ot´ azek. A podobnˇe jako pr´avn´ı moc se snaˇz´ı zjistit pravdu v soudn´ı pˇri, tak i forenzn´ı chemie se snaˇz´ı odhalit pravdu, ale ponˇekud odliˇsn´ ymi metodami.
Prvn´ı zn´ amky otravy ˇ ımˇe Slovo forenzn´ı poch´ az´ı z latinsk´eho pˇred f´ orem“, coˇz bylo ve star´em R´ ” m´ısto, kde se projedn´ avaly obchodn´ı a pr´ avn´ı z´ aleˇzitosti. Prvn´ı pˇr´ıpady, kter´e bychom dnes mohli pˇripsat soudn´ı chemii, byly pˇr´ıpady otrav. V roce 82 pˇr. n. l. ˇ ımˇe pˇrijat z´ byl v R´ akon odsuzuj´ıc´ı zloˇcin otravy s heslem Kdo ˇzije jedem, ” ˇ ıman´e popravovali zr´ zemˇre jedem“. Ale uˇz 250 let pˇredt´ım R´ adn´e manˇzelky, kter´e tr´ avily sv´e manˇzely, otce a ostatn´ı pˇr´ıbuzn´e. Tyto harpyje pak byly donuceny vyp´ıt vlastn´ı lektvary a popravily se tak vlastnˇe samy. S forenzn´ımi vˇedami obecnˇe pak souvis´ı i svˇedectv´ı pˇred soudem. Jsou to ona slavn´ a prohl´ aˇsen´ı soudn´ıch znalc˚ u v oborech psychologie, balistiky, biomechaniky a pˇr´ıpadnˇe chemie. Traduje se, ˇze prvn´ı znaleck´ y posudek pˇred soudem byl pod´ an pˇrivolan´ ym l´ekaˇrem kv˚ uli prohled´an´ı tˇela Julia Caesara a urˇcen´ı, kter´ a r´ ana c´ısaˇre zabila. Nicm´enˇe chemii patˇr´ı prvn´ı doloˇzen´e svˇedectv´ı v pˇr´ıpadu otravy (Jak jinak, ˇze?), kdyˇz byl otec soudn´ı toxikologie M. J. B. Orfila (1787–1853) roku 1840 pˇrizv´ an k pˇr´ıpadu Marie LaFargeov´e. Marie LaFargeov´ a byla mlad´ a francouzsk´ a vdova, kter´a se ve 24 letech znovu vdala, nicm´enˇe jej´ı druh´e manˇzelstv´ı s Charlesem LaFargem (30) nebylo z tˇech ˇst’astn´ ych. V roce 1839 zemˇrel Charles po poˇzit´ı kol´aˇce od sv´e ˇzeny se symptomy otravy arsenikem. Tu prov´ az´ı bolesti hlavy, ˇcern´an´ı prst˚ u, zvracen´ı, krev v moˇci, ztr´ ata vlas˚ u a ve fin´ aln´ıch st´ adi´ıch k´oma a kˇreˇce. Marie byla zatˇcena a tˇelo neboˇzt´ıka bylo testov´ ano na pˇr´ıtomnost arseniku s nepr˚ ukazn´ ymi v´ ysledky. Soud nebyl spokojen a povˇeˇril Orfilu pˇrezkoum´an´ım d˚ ukaz˚ u. Orfila nechal exhumovat Charlesovo tˇelo a spolehlivˇe urˇcil pˇr´ıtomnost 1
Korespondenˇ cn´ı Semin´ aˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou
roˇ cn´ık 6, s´ erie 1
Obr´ azek 1: Mathieu Joseph Bonaventure Orfila (1787–1853); zdroj: Wikipedie arsenu v tˇelesn´ ych tk´ an´ıch. Ovˇsem kromˇe toho prok´azal i dost pˇredv´ıdavosti a odebral a pˇrezkoumal i vzorky p˚ udy, do n´ıˇz byl uboh´ y Charles pohˇrben, aby mohl urˇcit, zda se arsen do tˇela nedostal z p˚ udy. Nicm´enˇe arsen se v p˚ udˇe nevyskytl a na z´ akladˇe Orfilova znaleck´eho posudku byla Marie LaFargeov´a uzn´ ana vinou a potrest´ ana nevolnictv´ım.
Hlavnˇ e se nespl´ est, mil´ y Watsone Vˇetˇsina pracoviˇst’ dneˇsn´ı soudn´ı chemie je v podstatˇe v principu podobn´a pracoviˇst´ım analytick´ ych chemik˚ u se stejn´ ymi standardn´ımi postupy, kontrolami kvality, validovan´ ymi metodami, podrobn´ ym pap´ırov´an´ım a testy. Jen tak se zaruˇc´ı, ˇze jsou v´ ysledky laboratoˇre dlouhodobˇe kvalitn´ı a ˇze se na nˇe d´a skuteˇcnˇe spolehnout. Ale dost bylo mentorov´ an´ı o tom, co by se mˇelo, pod´ıvejme se nyn´ı v rychlosti na to, jak´e chemick´e metody detektiv Chemie pouˇz´ıv´a k z´ısk´an´ı odpovˇedi na ot´ azky podobn´e tˇemto:
Patˇr´ı tento vlas vrahovi? Byl oheˇ n ve skladu zaloˇzen pudrem a benz´ınem? Z kter´e zbranˇe byl vystˇrelen tento dubov´ y kol´ık / n´aboj? Kdo a ˇc´ım padˇelal Monu Lisu?
K z´ısk´ av´ an´ı odpovˇedi na podobn´e ot´ azky se mus´ı nejprve odebrat vzorek. Ten se pak mus´ı upravit k samotn´e anal´ yze a nakonec by anal´ yza mˇela pˇridat alespoˇ n stˇr´ıpek jistoty do poloˇzen´e ot´ azky. Mnohdy je ale zapotˇreb´ı podobn´ ych stˇr´ıpk˚ u v´ıc. 2
roˇ cn´ık 6, s´ erie 1
Korespondenˇ cn´ı Semin´ aˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou
Zaˇ c´ın´ ame se vzorkem Rozklad Vzorek lze v principu zpracovat dvˇema zp˚ usoby. Prvn´ı moˇznost´ı je nevratn´ y rozklad napˇr´ıklad pomoc´ı kyseliny, coˇz je vhodn´e pro anorganick´e l´atky (sloˇzen´ı kulky pro identifikaci stˇrelce). Nev´ yhodou tohoto postupu je bohuˇzel zniˇcen´ı p˚ uvodn´ıho vzorku. Na rozpuˇstˇen´e kulce se uˇz tˇeˇzko budou zjiˇst’ovat jej´ı deformace. Extrakce Druh´emu zp˚ usobu se ˇr´ık´ a extrakce a je to proces, pˇri nˇemˇz se ze vzorku vyberou pˇrev´ aˇznˇe ty l´ atky, kter´e n´ as zaj´ımaj´ı, tedy hlavnˇe l´atky organick´e (drogy). Pˇr´ıkladem takov´eho postupu je napˇr´ıklad anal´ yza obsahu ethanolu v krvi. Odebran´ a krev se vprav´ı do n´ adobky, kter´ a se okamˇzitˇe utˇesn´ı. Protoˇze je ethanol tˇekav´ y, pomalu jeho p´ ary zapln´ı voln´ y prostor, ˇcemuˇz se d´a nav´ıc pomoci i lehk´ ym ohˇrevem. Plyn se pot´e odebere a jeho sloˇzen´ı se zjist´ı pomoc´ı plynov´e chromatografie. Dalˇs´ı moˇznosti n´ am sk´ yt´ a roztok. Takˇze pokud se n´am l´atku podaˇrilo dostat do roztoku, tˇreba rozpuˇstˇen´ım ve vodˇe, nebo organick´em rozpouˇstˇedle, m˚ uˇzeme nasadit dalˇs´ı metody. Nav´ıc se uˇz v t´eto chv´ıli daj´ı pouˇz´ıt metody pro pˇribliˇzn´e urˇcen´ı s jakou l´ atkou m´ ame vlastnˇe tu ˇcest.
Obr´ azek 2: Vialka pro statickou headspace anal´ yzu tˇekav´ ych l´atek z roztoku. Mezi plynnou a kapalnou f´ az´ı se ustanov´ı rovnov´ aha. N´aslednˇe se plynovou chromatografi´ı identifikuj´ı tˇekav´e l´ atky v plynn´e f´ azi. TLC – Chromatografie na tenk´ e vrstvˇ e Prvn´ı rychlou analytickou metodou je chromatografie na tenk´e vrstvˇe (TLC). V principu jde o rozdˇelov´ an´ı jednotliv´ ych l´ atek mezi postupuj´ıc´ı mobiln´ı f´azi rozpouˇstˇedla a pevnou f´ azi tenk´e vrstvy. Jde nejˇcastˇeji o hlin´ıkov´e destiˇcky pokryt´e silikagelem a mobiln´ı f´ az´ı jsou organick´ a rozpouˇstˇedla. Kapiˇcky testovan´ ych roztok˚ u se nakapou do jedn´e ˇrady na suchou destiˇcku a destiˇcka se 3
Korespondenˇ cn´ı Semin´ aˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou
roˇ cn´ık 6, s´ erie 1
vloˇz´ı do vyv´ıjec´ı komory, v kter´e je rozpouˇstˇedlo, kter´e okamˇzitˇe zaˇcne vzl´ınat silikagelem vzh˚ uru. A pˇri sv´em postupu silikagelem naraz´ı na l´atky ve skvrn´ach po roztoc´ıch a zaˇcne je dˇelit, podobnˇe, jako se dˇel´ı barvy fixy na pap´ıˇre polit´e vodou. To, ˇze se l´ atky rozdˇel´ı, by jeˇstˇe nebylo tolik zaj´ımav´e, kdyby se tak l´atky nedˇelily vˇzdy stejnˇe. Takˇze staˇc´ı m´ıt v laboratoˇri pˇripraven´e standardy a sledovat, jestli se chovaj´ı stejnˇe a uˇz je na svˇetˇe prvn´ı vod´ıtko k urˇcen´ı, co n´ am nejsp´ıˇs pˇriˇslo na st˚ ul a jakou metodou pokraˇcovat d´al. TLC se nejˇcastˇeji pouˇz´ıv´ a pro rychl´e rozpozn´ av´ an´ı drog.
Obr´ azek 3: Postup TLC: Nejprve naneseme vzorky do jedn´e linie na destiˇcku, pot´e destiˇcku vloˇz´ıme do n´ adobky s rozpouˇstˇedlem, dokud nedos´ahne ˇcelo rozpouˇstˇedla konce destiˇcky a pot´e se pozice jednotliv´ ych skvrn porovn´a se standardem. Zdroj a v´ıce informac´ı: http://www.natur.cuni.cz/~pcoufal/tlcpc.html Imunoassay Podobnou, ale podstatnˇe pˇresnˇejˇs´ı metodou, je imunoassay. Tato metoda je zaloˇzena na imunologick´e reakci antigenu (analyt) s protil´atkou (ˇcinidlo). V podstatˇe jde o sledov´ an´ı z´ akladn´ı imunitn´ı reakce proti zvolen´e droze nebo metabolitu, ale probl´em je, ˇze drogy nebo metabolity imunitn´ı reakci v organismu bˇeˇznˇe nevyvol´ avaj´ı. Jak se tedy protil´ atky z´ısk´avaj´ı? Bˇeˇznou cestou je v´ yroba protil´ atek hypersenzibilizac´ı zv´ıˇrete (typicky kr´al´ıka, nebo slepic – protil´ atka pak je ve vejc´ıch) drogou spojenou s proteinem mnohdy tis´ıckr´ at vˇetˇs´ım neˇz je droga sama. Droga nav´azan´a na protein se naz´ yv´ a hapten a vznikl´emu komplexu ˇr´ık´ ame imunogen. Po vstupu imunogenu do organismu a po urˇcit´e inkubaˇcn´ı dobˇe se odebere krev zv´ıˇrete a protil´atky ˇ ım silnˇejˇs´ı je reakce se z krve vyizoluj´ı a proˇcist´ı, ˇc´ımˇz vznikne antis´erum. C´ antis´era s antigenem, t´ım je vyˇsˇs´ı titr s´era. Ten ud´ av´a, do jak´eho zˇredˇen´ı bude reakce zhruba pr˚ ukazn´ a, takˇze titr bˇeˇzn´ ych antis´er 1:500 znaˇc´ı, ˇze budou reagovat na imunogen zhruba do zˇredˇen´ı 1:500. Antis´erum vyprodukovan´e touto cestou nen´ı tvoˇreno jednou ˇcistou protil´ atkou, ale sp´ıˇse smˇes´ı rozd´ıln´ ych protil´ atek specifick´ ych proti r˚ uzn´ ym oblastem imunogenu a takov´ato antis´era se 4
roˇ cn´ık 6, s´ erie 1
Korespondenˇ cn´ı Semin´ aˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou
oznaˇcuj´ı jako polyklon´ aln´ı a mohou se liˇsit, dokonce i kdyˇz poch´azej´ı ze stejn´eho zv´ıˇrete. A to byl pro hodnovˇernou anal´ yzu z´ asadn´ı probl´em. Pˇredstavte si, ˇze dva sportovci dopovali stejnou d´avkou nandrolonu, ale tˇreba p˚ ul roku po sobˇe. Na anal´ yzu se pouˇzij´ı dvˇe odliˇsn´e ˇsarˇze protil´atek, a tak jednoho sportovce chyt´ı a druh´eho ne. Mˇel ˇstˇest´ı na m´enˇe citlivou ˇsarˇzi. I proto se u sportovc˚ u odeb´ır´ a vzork˚ u v´ıc a testuj´ı se postupnˇe s r˚ uzn´ ymi ˇcasov´ ymi intervaly. Urˇcit´ ym krokem ke zlepˇsen´ı byl vyn´ alez produkce monoklon´aln´ıch protil´ atek. Tak jako prve se zaˇc´ın´ a u vloˇzen´ı imunogenu do zv´ıˇrete, ale zv´ıˇre se po inkubaˇcn´ı dobˇe zabije a odeberou se mu buˇ nky sleziny. Tyto buˇ nky produkuj´ı protil´ atky. Jejich spojen´ım s rakovinn´ ymi buˇ nkami vzniknou t´emˇeˇr nesmrteln´e buˇ nky. Pak uˇz staˇc´ı jen vybrat ty nejlepˇs´ı z nich (produkuj´ı protil´atky, kter´e se na antigen v´ aˇzou nej´ uˇcinnˇeji) a udrˇzovat je v konstantn´ıch podm´ınk´ach. Takov´e buˇ nky neust´ ale produkuj´ı vysoce specifick´ a antis´era s vysok´ ym titrem. Pˇresto i tyto takˇrka dokonal´e protil´ atky mohou reagovat s l´atkami se strukturami podobn´ ymi analytu, napˇr. neˇskodn´ y efedrin reaguje s antis´erem proti ´ evn´ amfetaminu/metamfetaminu. Usmˇ y byl jist´ y pˇr´ıpad z roku 2000, kdy se snaˇzil obh´ ajce tvrdit, ˇze konzumace velk´eho mnoˇzstv´ı ˇcokol´ady vede v organismu k produkci kanabinoid˚ u, kter´e pak kaz´ı v´ ysledky test˚ u s antis´ery proti marihuanˇe. Bohuˇzel pro jeho klienta n´ asledn´ y experiment zkreslen´ı testu nepotvrdil. Nicm´enˇe protil´ atka m˚ uˇze reagovat i s l´ atkou, proti n´ıˇz nen´ı urˇcena, coˇz obˇcas vede k faleˇsnˇe pozitivn´ım v´ ysledk˚ um, a proto se imunoassay pouˇz´ıv´a jen jako pˇribliˇzn´ a metoda k odliˇsen´ı vzork˚ u. Jej´ı v´ yhodou je jej´ı snadn´a automatizace, takˇze se je moˇzn´e souˇcasnˇe analyzovat des´ıtky ˇci stovky vzork˚ u.
Mal´ yu ´ kol pro chemiky-detektivy na konec Jak l´ atku pˇresnˇe urˇcit, to n´ am pov´ı detektiv Chemie aˇz pˇr´ıˇstˇe. Vy si do t´e doby m˚ uˇzete doma vyzkouˇset starˇs´ıho bratra TLC – chromatografii na pap´ıru. Zkuste si urˇcit, jak se liˇs´ı jednotliv´ a psac´ı n´ aˇcin´ı, pokud popsan´ y pap´ır ponoˇr´ıte do vody, alkoholu, nebo benz´ınu. Budete je schopni identifikovat i v budoucnu?
Literatura 1. Bell, Suzanne. Forensic Chemistry. 1st edition. [s.l.]: Pearson Education, 2006. 614 s. ISBN 0-13-147835-4. 2. Tytgat, J., et al. Cannabinoid mimics in chocolate utilized as an ar” gument in court.“ International Journal of Legal Medicine 113 (2000), 137–139
5
