metode atomske spektrohemije u forenzici: elementna … · 2020. 3. 20. · - spektrografska...

METODE ATOMSKE SPEKTROHEMIJE U FORENZICI: ELEMENTNA ANALIZA- nastavak

- spektrografska analiza uz pomoć lučne, varnične ili laserski indukovane plazme – uglavnom su to semikvantitativne metode, nedovoljna preciznost, mikro metode - mala potrošnja uzorka, može određivanje niskih koncentracija, do 0.001-0.0001%

- rengenska fluorescencija nedestruktivna, brza, ali za mnoge potrebe nedovoljno osetljiva (0.1-0.01%) i neprecizna

- postoji potreba za preciznijim i osetljivijim metodama elementne analize, npr. kod legura.

- da bi metode bile preciznije, potrebno je uzorak prevesti u rastvor tj. potrebno je izvršiti pripremu uzorka: obično se uzorak razblažuje 100 puta, pa nam je u startu potrebna 100 puta veća osetljivost. - prevođenje teško rastvornih uzoraka u vodeni rastvor: digestija

kiselinama (dugotrajno izlaganje vrelim kiselinama, stapanje sa nekim solima na visokim temperaturama, mikrotalasna digestija)

- uvođenje uzorka u obliku rastvora, precizne metode: ISP optička emisiona spektrometrija i plamena atomska apsorpcija, pogodne za tačno određivanje sastava uzorka.

- spektrometrija induktivno spregnute plazme je metoda u kojoj se kao izvor pobuđivanja koristi induktivno spregnuta plazma ISP ili ICP - ISP je bezelektrodna plazma koja se formira u inertnom gasu (Ar), na atmosferskom pritisku, pod uticajem radiofrekventnog elektromagn. polja. - RF generator 5-50 MHz, snage 1-5 kW

- temperatura u ISP 8000-10000 K - preciznost ispod 1% - tipična granica detekcije 10-50 ppb (μg/dm3) - uzorak se unosi u obliku razblaženog rastvora koji se raspršuje, troši puno uzorka - pošto uzorak obično nije razblaženi vodeni rastvor, potrebna priprema uzorka - u atomskoj spektrohemiji priprema uzorka obično podrazumeva tretman čvrstih uzoraka kiselinama kako bi se uzorak rastvorio a zatim ide razblaživanje tako dobijenog rastvora: nije mikro metoda - raspršivač, slično fajtalici ili inhalatoro - ISP metoda je kvantitativna, može da analizira više elemenata od jednom pogodna za kvalitativnu analizu zbog potrebe za pripremom uzorka.

- atomska apsorpciona spektrometrija sa tri vrste atomizera: - plamen kao atomizer: preciznost oko 1%, osetljivost reda 1ppm,

kao i ISP, metoda nije mikrometoda, troši dosta uzorka. Metoda spora, radi se element po element, nije pogodna za kvalitativnu analizu. Uzorak se unosi kroz raspršivanje razblaženih rastvora.

- plamena atomska apsorpciona pogodna za analizu legura, precizna je i dovoljno osetljiva jer se metali retko legiraju u iznosima manjim od 0.1%. - takođe, korisna za klasifikaciju zemljišta, stena, sedimenata... raznih minerala. - uloga tragova elemenata u identifikaciji geografskog porekla metala, zemljišta i drugih materijala (antički metalni predmeti, original ili falsifikat? kiparski bakar) geografsko poreklo municije... - različiti rudnici, zavisno od geografskog porekla, karakterišu rudu datog elementa pratećim elementima – tragovima, koji se onda javljaju u metalima i legurama: zbog male koncentracije ne utiču na metalursko- mašinske osobine metala i legura... - slično rudama, i isti tipovi zemljišta i drugih minerala mogu da se razlikuju po koncentraciji elemenata tragova zavisno od geografskog porekla - ISP (ISP) optička spektometrija pogodna metoda za tu svrhu tj. za precizno određivanje tragova elemenata u zemljištu i metalima.

Identifikacija osobe koja je pucala: barutne čestice na ruci - barutni gasovi i čestice nepotpuno sagorelog baruta i drugih

supstanci iz eksplozivnog punjenja dospevaju na ruku.

- lokacija barutnih čestica na ruci

- parafinska rukavica, dokazivanje nitrata iz barutnih čestica na ruci pomoću hemijske reakcije sa difenilaminom: reagens se boji plavoljubičasto u prisustvu nitrata iz barutnih čestica. - test nedovoljno specifičan, nitrati mogu biti iz drugih izvora, npr. veštačko djubrivo... - lokacija nitratnih čestica u pojedinim regijama ruke može da ukaže na pucanje. Elementna analiza za pouzdano određivanje tragova pucanja: - inicijalni eksploziv (kapisla) sadrži tragova Sb i Ba - zrno: Pb - Sb redak element u prirodi, Pb i Ba nešto češći

- brisom se uzima analiza iz različitih regija ruke a zatim se hidridnom tehnikom AAS ili MS ISP određuje sadržaj Sb, Ba i Pb

- količine su reda mikrograma (1/1000 mm3, ili manje) jako nisko!

- metoda detekcije selektivna - problem testova pucanja: pranje ruku, rukovanje (prenese se 40%

čestica sa jedne na drugu ruku), ženska koža zadržava više barutnih čestica (zbog negovanosti)...

- kojom metodom se mogu određivati ovako niske koncentarcije? - da li je preciznost bitna?

- atomska apsorpcija sa elektrotermalnom atomizacijom - u malu grafitnu cevčicu se unosi uzorak, 10-tak μl u obliku male

kapi ili nekoliko μg praškaste supstance: mikrometoda - umesto plamena atomizacija u cevčici koja se greje električnom strujom do 2000 oC - preciznost lošija od 5%, ide i do 20% - granice detekcije ispod 1ppb, osetljiva metoda - spora metoda, nije za kvalitativnu analizu

- atomska apsorpciona spektrometrija sa atomizacijom generacijom hidrida (hidridna tehnika)

- analit se prevodi u hidrid pomoću natrijumborhidrida - osetljiva metoda, granica detekcije 1ppb i bolje, spora, traži pripremu

uzorka, nije pogodna za kvalitativnu analizu, nije mikrometoda - koristi se za As, Se, Hg, Sb, Bi, Pb...

- atomski apsorpcioni spektrometar relativno dostupan instrument, obično dolazi sa mogućnošću primene sve tri vrste atomizacije.

- plamen precizan ali za neke primene nedovoljno osetljiv - grafitna kiveta i hidridna tehnika: osetljivi ali manje precizni

- hidridna tehnika posebno pogodna za određivanje jako niskih koncentracija As, Hg, Pb, Se, Sb, Bi, Sn... - osetljivost ispod ppb odnosno ispod 0.1 nanogram u uzorku - trovanje sa As (normalno do 10ppb u krvi), Hg, Pb... - mišomor, otrov na bazi As, smrtna doza 1/25 grama - često se koristio za ubistva (trovanja) - slučaj trovanja u Banatu - utvrđivanje trovanja nekad i sad - AAS sa grafitnom kivetom takođe pogodna metoda za određivanje tragova metala u tkivima

- hemijski elementi u tkivima, izlučevinama, hrani, u opšte u materijalu organskog porekla: JAKO NISKE KONCENTRACIJE, najveći deo mase otpada na organski deo, C, O, H, N... - od kakve je pomoći poznavanje sastava mikroelemenata u organskim uzorcima, uključujući i tkiva čoveka? - posebno važni kosa, nokti, pljuvačka, izlučevine... kao uzorci - zemljište u različitim podnebljima ima različit sastav mikroelemenata, što se kroz lanac ishrane odražava i na sastav tkiva. - analiza tragova elemenata u tkivima ili kostima čoveka može da ukaže na geografsko poreklo, način ishrane (socijalni položaj) kao i na izvesne bolesti - mikroanaliza elemenata posebno interesantna za utvrđivanje geografskog porekla opijata biljnog porekla - metoda još veće osetljivosti: ISP masena spektrometrija

Masena spektrometrija za elementnu i izotopsku analizu ISP MS - masena spektrometrija, za razliku od spektroskopije elektromagnetskog zračenja: jonizacija uzorka i usmeravanje tako dobijenih jona u različitim smerovima, pod uticajem magnetnog polja, zavisno od

odnosa m/z gde je z naelektrisanje jona (najčešće 1, može 2, 3...) - na x-osi m/z ili samo m, kod EM spektara talasna dužina, talasni broj... - na y-osi u oba slučaja intenzitet - slika desno, EM spektri komplikovaniji od masenih - masena spektrometrija za elementnu analizu: uzorak se razori kiselinama, razblaži vodom i u obliku aerosola uvede u izvor čija je temperatura dovoljna da se uzorak atomizuje i jonizuje

- induktivno spregnuta plazma je zbog svoje temperature pogodna za elementnu masenu spektrometriju. Slika levo prikazuje proces od isparavanja kapljice aerosola, preko disocijacije atoma do njegove jonizacije. Slika desno prikazuje maseni spektrometar sa ICP. - ICP-MS metoda skupa. - granice detekcije znatno ispod 1ppb, preciznost oko 3% - određuje elemente od masenog broja 3 do 300, preko 90% elemenata iz periodnog sistema - pogodna za multielementnu analizu mada ne određuje više elementa od jednom, 10 sekundi po elementu

- ISP MS je najosetljivija komercijalna metoda multielementne analize koja nam stoji na raspolaganju. - kvantitativna i semikvantitativna analiza vrlo niskih koncentracija velikog broja elemenata - izotopska analiza ide lako, u forenzici važna za određivanje podneblja nastanka materijala organskog porekla, važno u slučaju da je DNA uništena

- ISP masena spektroskopija: spektar, na x osi je m/z, mogućnost izotopske analize! - izotopski odnos još bolje tj. preciznije definiše geografsko poreklo, ne samo preko izotopskog sastava zemljišta već i preko izotopskog sastava vode (odnosi izotopa H i O) koji su još bolji geografski marker - značaj u arheologiji i paleontologiji - zubi: „signatura“ samo iz detinjstva, kosti: poslednjih 10 godina. - kosa, nokti, odraz „geografije“ u poslednjih meseci, dana...

Opseg koncentracija Bold: nedestruktivne Podvučeno: mikro metode

semikvanti. Kvanti Razblaženje 100 puta

100% - 0.1% Koji materijal je u pitanju, posebno za predmete od metala i legura

RFA LIBS

FAAS ICP OES

0.1%(1000ppm)-10 ppm Geografsko poreklo zemljišta i metala. Makroelementi u organskom materijalu.

LIBS FAAS, ICP OES

10 – 1 ppm Metali u gušćim tkivima FAAS, ICP OES

1ppm – 0.1 ppb Metali u tečnim tkivima. Nivo trovanja nekim metalima. Dozvoljeni nivo nekih metala u pijaćoj vodi... Geografsko poreklo organskog matrijala

Neplamene metode apsorpcije

ICP Neplamene metode apsorpcije ICP MS