Izolace, zakoncentrování a stanovení post blast (povýbuchových) zplodin metodou kapalinové chromatografie s DAD detektorem kapilární elektroforézy s DAD detektorem Povýstřelové zplodiny (vedlejší produkty výstřelu) - různé kovové i nekovové částice vzniklé hořením prachové náplně náboje a zápalkové slože a průchodem střely vývrtem v hlavě zbraně. Patří sem i další nečistoty vymetené střelou v průběhu výstřelu (rez, zbytky konzervačních prostředků). Povýstřelové zplodiny jsou i viditelné v okamžiku výstřelu jako záblesk nebo plamen a dým v okolí ústí hlavně střílející zbraně. Část povýstřelových zplodin se zachycuje i na rukou a oděvu střílející osoby i na předmětech v blízkosti střely. Zkoumání povýstřelových zplodin má význam především pro určení vzdálenosti střelby. Význam mají při posouzení sebevraždy nebo sebepoškození. Je známo, že člověk si může způsobit zásah do životně důležitých center organismu z maximální vzdálenosti asi 75 cm. Povýstřelové zplodiny, které unikly netěsnostmi zbraně při střelbě, mají společně s povýstřelovými zplodinami, které unikly z hlavně význam při posouzení, zdali konkrétní osoba střílela, nebo byla v blízkosti střelby, eventuálně bylo stříleno v určitém prostoru (místnosti, dopravní prostředek apod.). Stejně tak je analýza povýbuchových zplodin důležitá při posouzení, zda palná zbraň byla v okamžiku střelby v určitém místě či zavazadle. Jako vzorky určené k expertíze jsou pak odebírány povýbuchové zplodiny z různých míst zbraně, v okolí výstřelu a také z rukou samotného střelce. Hlavní metodou analýzy povýstřelových zplodin je analýza pomocí elektronového skenovacího mikroskopu. Částečky, které jsou hlavní součástí povýstřelových zplodin, mají charakteristický tvar i chemické složení. Další metodou analýzy chemického složení povýstřelových zplodin jsou chromatografické metody, kapilární elektroforéza, metody atomové spektrometrie a hmotnostní spektrometrie. Chromatografické metody a elektroforetické metody umožňují separaci jednotlivých chemických individuí tvořích povýstřelovou zplodinu stejně tak umožňují provádět analýzu složení nevybuchlých zajištěných složí, náloží amatérsky konstruovaných výbušnin apod. Základní dělení explosiv pro forenzní účely je zobrazeno na obr. 1.
Obr. 1: Základní dělení explosiv pro forenzní účely
Z dělení je patrné, že mezi explosiva jsou řazeny i pohonné hmoty, které v mnoha případech tvoří hlavní složku výbušnin připravených ilegální domácí výrobou. Dále se explosiva dělí na primární a sekundární explosiva. Primární explosiva jsou velmi citlivá k iniciaci jiskrou, plamenem, či mechanickou silou. Sekundární explosiva jsou obecně méně citlivé vůči uvedeným mechanismům iniciace explose a k jejich iniciaci typicky dochází s pomocí primární explosiv. Jako terciární explosiva jsou pak označovány látky a směsi, které jsou relativně necitlivé vůči iniciaci, např. NH4NO3. Tyto látky vyžadují přítomnost nějaký další složky k detonaci. Zvláštní skupinu tvoří explosiva domácí výroby, které jsou vyráběny z dostupných prekurzorů evenutálně z explosiv pocházející z trestné činnosti. Z chemického hlediska je možné dělit explosiva podle chemické struktury a funkčních skupin: • sloučeniny obsahující dusík (např. TNT), • aromatické nitraminy (Tetryl), • estery kyseliny dusičné (nitroglycerin), • peroxidy (TATP), • iniciační explosiva (styfnát olova), • soli (nitrát močoviny), • palivo/oxidující složka (dusičnan amonný/benzíd nebo ANFO). Příklady struktur některých explosiv jsou na obr. 2.
Obr. 2: Příklady struktur některý explosiv
Analýza výbušnin a povýbuchových zplodin s pomocí kapalinové chromatografie Analýza výbušnin a povýbuchových zplodin obecně klade vysoké nároky na odběr, přípravu, zakoncentrování a přečištění vzorku před vlastní analýzou. Povýbuchové zplodiny i nevybuchlé rozbušky je vždy nutné podrobit extrakci do dvou extrakčních činidel (vodné a organické). Voda nebo vodné pufry se používají pro extrakci ve vodě rozpustných složek, jako jsou anorganické ionty nebo například cukry. Jako organické rozpouštědlo se nejvíce využívá aceton pro organické ve vodě nerozpustné složky explosiv. Organické balasty a rušivé složky, které se v tomto případě velmi ochotně koextrahují musí pak být v extraktu odstraněni dalšími přečišťovacími postupy. Konkrétní přečišťovací postup pak závisí na použité koncové analytické technice. Velmi často se využívá přečištění acetonového extraktu pomocí vhodného sorbentu, kterými mohou být například Porapak T nebo Florisil. Organické složky explosiv jsou tak zachyceny na zvoleném sorbentu, mohou být promyty a eluovány vhodným organickým rozpouštědlem. Vodné extakty jsou přečišťovány obyčejně pouze filtrací. Pro některé organické složky explosiv je vhodná i SPE extrakce. Anorganické složky mohou být zachyceny na iotoměničích Amberlite XAD-2, XAD-4, XAD-8 (v poměru 1:1:1), C18 fázích, fenylových fázích a kyano- fázích. Úkol: Prověďte izolaci, zakoncentrování a analýzu povýstřelových zplodin a explosiv pomocí
HPLC-DAD a CE-DAD Chemikálie: standardy explosiv v methanolu o koncentraci 10 mg/L (TNT, 2,4-DNT, 2,6-DNT, Tetryl RDX), dusičnany kovů (mědnaté, vápenaté, barnaté) methanol, acetonitril, pyridinium sulfát, 1M HCl, mravenčan amonný, deionizovaná voda.
Pomůcky: kádinky, mikrozkumavky, injekční stříkačka - hamiltonka, láhve pro mobilní fáze, stříkačkové filtry s póry 45 um, automatické pipety a špičky, vialky a víčka pro LC a CE, ultrazvuk. Parametry LC separace LC kolona - hypersil GOLD PFP, 1,9 um, 100 x 2.1 mm. Mobilní fáze: A: 1 mM ammonium formiát ve vodě, B: methanol Injekce 2 uL, detekční vlnová délka 214 a 254 nm. Gradient Time (min) 0.0 10.0 12.0 12.1 12.9 13.0 15.0
A(%) 80.0 45.0 20.0 5.0 5.0 80.0 80.0
B(%) 20.0 55.0 80.0 95.0 95.0 20.0 20.0
Parametry CE separace Nepokrytá křemenná kapilára, vnitřní průměr 50 µm, celková délka 48.5 cm, efektivní délka 40 cm, Pracovní elektrolyt 10 mM pyridinium sulfát pH 7.0 Napětí + 15 kV, injekce 100 mbar/10s Postup práce: Stanovení vápenatých, barnatých a mědnatých iontů s pomocí CE-DAD 1. Předložený vzorek zábavné pyrotechniky nejdříve extrahujte 10 mL deionizované vody v plastové nádobce v ultrazvuku po dobu 15 min. Vodný extrakt přefiltrujte a použijte pro analýzu na přítomnost anorganických kovových iontů s pomocí kapilární elektroforézy s nepřímou UVVIS detekcí. 2. Připravte pracovní elektrolyt o složení 10 mM pyridinium sulfát a upravte na pH 7.0 s pomocí zředěné kyseliny chlorovodíkové. 3. Připravte standardní kalibrační roztoky pro barnaté, vápenaté a mědnaté ionty (použijte dusičnany kovů) v rozmezí 0.5 mg/L až 50 mg/L. 4. Na kapilární elektroforéze nastavte metodu CE_postblast.M a proveďte analýzy standardních kalibračních roztoků a extrahovaného vzorku dle pokynů vedoucího cvičení. Stanovení organických složek s pomocí LC-DAD 1. Druhou část předloženého vzorku extrahujte v 10 mL acetonu po dobu 15 min v ultrazvuku ve skleněné baňce. Proveďte SPE extrakci s pomocí C18 fází. Návod k SPE extraktoru je v příloze. Po extrakci eluujte organických post blast residua s pomocí hexanu. 2. Po SPE extrakci eluát jímejte do připravené mikrozkumavky. Extrakt odpařte pod proudem dusíku při teplotě 25 C do sucha. Odparek po extrakci rekonstituujte ve 200 mL mobilní fáze, která bude použita pro separaci. 3. Připravte kalibrační roztoky organických látek (TNT, 2,4-DNT, 2,6-DNT, Tetryl RDX) v koncentračním rozmezí 0.5 mg/L až 50 mg/L 4. S pomocí vedoucího cvičení spusťte na LC-DAD chromatografu metodu LC_postblast.M a proměřte kalibrační roztoky a extrahovaný vzorek. 5. Na základě retenčních časů standardů a separovaných látek v extraktu proveďte identifikaci jednotlivých organických látek ve vzorku.
Pro obě metody sestrojte kalibrační křivky a proveďte stanovení koncentrací kovů a organických látek v předložených vzorcích.
Doplňující otázky 1. Jakým způsobem byste provedli analýzu zábavné pyrotechniky na přítomnost nepovolených výbušnin (TNT, hexogen)? 2. Jaké další typy detekce ve spojení s kapalinovou chromatografií a kapilární elektroforézou je možné pro analýzu kovů a organických složek výbušnin
Použitá literatura 1. J. Bogusz, Forensic Science, 2000. 2. B.H. Stuart, Forensic Analytical Techniques, 2013. 3. B. Levine ed., Principles of Forensic Toxicology, AACCPress, 2013.
