praktyczne aspekty z miejsca zdarzenia z nadtlenków...
TRANSCRIPT
Z PRA", YKI
Ma rta Magdzj,; skaGrażyna Kucuhuna
Praktyczne aspekty związane z oględzinami miejsca zdarzeniaz użyciem nadtlenków acetonu i urotropiny.Badania zabezpieczonych śladów
Wstęp
Nadtlenki acetonu (TATP) i urotropiny (HMTD) zaliczane są do organicznych związków chemicznych mających
w swojej strukturze co najmniej dwa atomy tlenu połączone
ze sobą wiązaniem chemicznym - jest to tzw. grupa nadtlenkowa lub grupa peroxy (-0-0-). Nadtlenki są związka
mi łatwopalnymi , stwarzającymi duże n iebezpieczeństwo
wybuchu , co wynika z ich budowy chemicznej. Podwójnytlen w grupie nadtlenkowej sprawia, że jest ona chemicznie niestabilna, może się łatwo rozkładać, wytwa rzając
szybko dużą ilość cie pła , co powoduje podwyższenie
tempera tury. Nadtlenki organiczne palą się bardzo szybkoj intensywnie, ponieważ energia wyzwalana jest wskutekrozpadu wysokoenergetycznych wiązań nadtlenkowych.Z rozkładem nadtlenków organicznych związane są dwapojęcia : deflagracja, czyli szybk ie spalanie oraz detonacja. Dellagracja i detonacja są chemiczn ie podobnymiprocesami, w detonacji jednak szybkość palenia jest większa od prędkości, z ja ką rozchodzi się fala dżwiękowa . Tanaddźwiękowa prędkość powoduje powstanie fali uderzeniowej, której prędkość wynosi od 2000 do 9000 metrówna sekundę i to niezależn ie od ciśnien ia zewnętrznego .
Natomiast szybkość deflagracji rośnie wraz ze wzrostemciśn ienia [1J. TATP i HMTD charakte ryzuj ą s i ę krótkim czasem przejścia procesu spalania w detonację . Pełną detonację osiągaj ą w niewielkiej masie materiału (od setnychdo dz i esiątych części grama, zaleźnie od ich czystości ).
TATP i HMTD odznaczają się bardzo du ż ą wraźliwością
na bodźce zewnętrzne, zarówno mechaniczne - nakłucie ,
tarcie, uderzenie, zgniecenie, jak i ognia otwartego - iskryelektrycznej czy rozżarzonej spirali. Właściwości te skła
niają do umieszczenia nadtlenków w grupie i nicjujących
materiałów wybuchowych [2J.W ostatnich latach w województwie pomorskim za
obserwowano wzrost liczby oględzin miejsc związanych
z domową p rodukcją nadtlenków urotropiny (HMTD)i acetonu (TATP). Nadtlenki te produkowane były w niewielkich i lościach (do kilku gramów) przez młodych ludzi, pasjonatów, w celach eksperymentalnych, niezwią
zanych z typową dzi ałal nością p rzestępczą. O wyborzenadtlenków zadecydowały takie czynniki jak: łatwy dostęp do odczynników chemicznych, niskie koszty oraz
28
nieskom plikowa ne metody wytwarzania dostępne między
innymi w Internecie. Otrzymane nadtlen ki wykorzystywane były do produkcj i samodziałowych zapalników służą
cych do pobudzania różnych mieszanin pirotechnicznychoraz prochu czarnego. Eksperci Laboratorium Kryminalistycznego Komendy Wojewódzkiej Policji w Gdańsku
uczestn iczyli w oględzinach miejsc produkcji nadtlenków, w oględzinach miejsc po wybuchu samodziałowych
urządzeń wybuchowych, do pobudzania których służyły
zapalniki elaborowane nadtlenkami oraz w oględzinach
miejsc neutralizacji nadtlenków przez funkcjonariuszySPAP. W każdym z tych przypadków pobran o do badań
laboratoryjnych próbki nadtlenków oraz próbki gleby powybuchu zapalników, które następnie poddano badan iomanalitycznym.
Metody badawcze wykorzystanedo identyfikacji nadtlenków
Za pomocą prób uderzeniowych można przeprowa dzić wstępną identyfikację nadtlenków acetonu i urotropiny, wykorzystując ich wraźliwość na bodźce zewnętrzne
- mechaniczne. Do pełnej identyfikacji przydatne są : metoda chromatografii gazowej sprzężonej ze spektrometremmasowym (GC/MS) oraz spektrofo tometria w podczerwieni (FTIR) . W tabel i 1 podano charakterystyczne najintensywniejsze jony w widmie masowym oraz podstawowepasma absorpcji w podczerwieni dla TATP I HMTD [2J .
Istotne znaczenie w identyfikacji nadtlenków ma sposób przygotowania próbek do analizy. Nadtlenki organiczne, do których zaliczane są TATP i HMTD, charakteryzująsię dużą lotnością oraz małą odpomością term iczną , dlatego teź odpowiednią metodą przygotowania próbek dobadań wydaje się być mikroekstrakcja do fazy stacjonarnej SPME (Solid Phase Microextraction). SPME jest techni ką ekstrakcyjną prowadzącą do podziału analitu pomię
dzy fazę ciekłą bądź gazową (matrycę) a fazę stacjonarną
umieszczoną na włóknie SPME. Technika SPME cechujesi ę niewielką ingerencją w próbkę , jest niewraż liwa nazawiesiny obecne w próbce oraz może być stosowanado próbek gazowych i stałych , gdy zastosuje się ekstrakcj ę analitów z fazy nadpowierzchniowej (HS-SPME).
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 275(1) 2012
HS-SPME (Head Space/Solid Phase Microextraction) ,czyli technika bezrozpuszczalnikowa, ma wiele zalet. takich jak: prostota operacji, krótki czas przeprowadzanychbadań , niskie koszty, a ponadto może być stosowanaw próbkach o skomplikowanych matrycach. Główną wadą
tej techniki jest względnie duży koszt włókna i ograniczony czas jego użytkowania z uwagi na zanieczyszczeniaw trakcie ekstrakcji i ewentualną deg radację [3, 4J.
Tabela 1NaJintensywniejsze jony w widmie masowym
oraz podstawowe pasma absorpcji w podczerwieni,dla TATP i HMTD
lons ol highest intensity in mass spec trum and basicabsorption IR bands lor TATP and HMTD
ZwiązekNajintensywniejsze jony Pasma absorpcji
w widmie masowym (cm")
1182,1366,886,TATP 43,59,75,58 785, 946, 550,
6161233, 950, 1362,
HMTD 1056, 874,1 034,29, 30, 28, 208, 88
1337,441, 543,585, 486, 1445
źródło (tab. 1- 5): opracowanie własne
LK KWP w Gdańsku nie wykorzystuje techniki SPME,podstawowym narzędziem analitycznym jest chromatografgazowy sprzężony z detektorem mas (GC /MS). W tymprzypadku przygotowanie próbki do badań opie rało s ię nazastosowaniu ekstrakcji materiału dowodowego rozpuszczalnikami organicznymi.
Technika GC /MS jest metodą charakteryzująca się
dużą czułością, w której spektrometr masowy zastosowany jako detektor to właściwie nieza leżny i samodzielnyaparat analityczny , umoż liwiający uzyskanie i potwierdzenie rezultatów z dużym stopniem pewn ości i dokładności .
Cel pracy
Pozytywne wyniki badań na obecność nadtlenkóww próbkach gleby zabezpieczonych przez ekspertów LKKWP w Gdańsku na miejscach zdarzeń oraz pobranychw przeciąg u kilku minut po neutralizacji nasunęły pytanie,czy po dłuższym czasie, jaki u płynąłby od czasu wybuchudo czasu pobrania próbek, identyfikacja nadtlenków również byłaby możliwa .
Tak zrodził się pomysł na badania, które obejmowałyby syntezę nadtlenków w warunkach laboratoryjnych ,przygotowanie zapalnikówelaborowanych nadtlenkamii sprawdzenie ich działania w warunkach poligonowychoraz możliwość identyfikacji użytego materi ał u po upływie
ok reślonego czasu.
PROBLEMY KRVMINAlISTVKI 275(1) 2012
Z PRAKTYK I
Część doświadczalna
Przygotowanie materiału badawczego
Synteza nadtlenku acetonu i urotropinyNa potrzeby badań w warunkach laboratoryjnych do
konano syntezy nadtlenku acetonu (TATP) i nadtlenkuurotropiny (HMTD) (ryc. 1- 3).
Po zakończonej syntezie otrzymane bezbarwne krysz tały TATP przemyto wodą destylowaną , a następnie metanolem. W trakcie przemywania część kryształów uległa rozpuszczeniu, dlatego w następnych syntezach doprzemycia otrzymanych kryształów użyto jedynie wodydestylowanej. W przypadku syntezy HMTD otrzymanebezbarwne kryształy przemyto wodą destylowaną, a następn i e metanolem.
Uzyskane substancje pozostawiono na 12 godzinw temperaturze pokojowej do swobodnego wysuszenia,z dala od żródeł ciepła.
Konstruowanie zapalnikówZ otrzymanych nadtlenków skonstruowano łącznie
50 sztuk zapalników lontowych. Tuleje spłonek wykonano ze szkła oraz dwóch rodzajów tworzyw sztucznych(ryc. 4-5).
Wypełnienie spłonek ze szkła : TATP o gęstości usypowej 0,72g/cm' , HMTD o gęstości usypowej O,86g/cm'.Wypełnienie spłonek z PCV: TATP o gęstości usypowej0,73g/cm' , HMTD o gęstości usypowej O,75g/cm' (przezgęstość usypową rozumie się gęstość otrzymaną przezpodzielenie masy materi ału przez objętość jaką ten mate ri ał zajmuje) .
Badania po ligonowe
Przed p rzystąpien iem do właściwych badań nad identyf ikacją nadtlenków w glebie z leja po wybuchu przetestowano sprawność techniczną skonstruowanych zapalników. W sierpniu 2008 r. odpalano 12 sztuk zapalników,a następnie pobrano próbki gleby do słoi ków typu twisti szczelnieje zamknięto .
Pozostałe 38 sztuk zapalników odpalono w sierpniu,pażdzierniku i grudniu 2008 roku. Średnie temperaturyotoczenia wynosiły :
- w sierpniu od 10' C w nocy do 24'C w dzień ,
- w paźdz ierniku od 3' C w nocy do 10' C w dz i e ń,
- w grudniu od - 1O'C w nocy do 3'C w dzień .
Pod/oże, na którym odpalano zapalniki, było zawilgocone (po opadach atmosferycznych: deszczu, śnieg u),
lecz w trakcie przeprowadzania eksperymentów nie zaobserwowano opadów.
Skonstruowane zapalniki lontowe, 38 sztuk, odpalanokolejno na obszarze 1m' , na jednorodnym podłożu w postaci hałdy piasku (ryc. 6-7).
29
Z PRAKTYKI
TATPj,
Ry c. 1. Nadtlenek acetonu (TATP) ora z nadtlenek urotropiny (HMTO) otrzymane po dwóch dobach krystalizacji w tempe raturze 5aC
Fig. 1. Acelone peroxide (TA TP) and hexamethylene triperoxide diamine (HMTO) obtained after 48-hour cris tallisation at 5°Cźródło (ryc. 1- 27): autorki
,TT
~--
Ryc. 2. Obraz mikroskopowy kryształów nadtlenku acetonu w świetle padającym białym - mikroskop stereoskopowy Leica MZ95Fig . 2. Microscopic image otacetone peroxide crysla ls in white ioeiden' light - Leica MZ95 Leica stereomicroscope
Ryc . 3. Obraz mikroskopowy kryształów nadtlenku urotropiny w świetle
padającym białym - mikroskop stereoskopowy Leica MZ95Fig . 3. Microscop ic image othexamyth elene triperoxide diamine crystals inwhite incident light - Leica MZ 95
TRT
Ryc. 4. Zapalnik lontowy z tuleją wykonaną ze szkła
Fig . 4. Fuse with quill made 01g/ass
0.63q
Ryc. 5. zapalnik lontowy z tuleją wykonaną z tworzywa sztuczn egoFig . 5. Fuse wilh qui l/ made ot p/as tic
Ryc. 6. Hałda piasku, na której odpalono przygotowane zapa lnikiFig . 6. Pile 01sand used tor blasting tne fuse
30 PROBLEMY KRYMINALISTYKI 275(1) 2Ot2
Odpalono następujące zapalniki:- osiem zapalników ze spłonką w osłonie szklanej,
wypełnionej TATP (4 sztuki do badań SPMElGCIMS i 4 sztuki do badań metodą GC/MS ),
jedenaście zap aln ików ze spłonką w osłonie PCV,wypełnionej TATP (6 sztuk do badań SPMElGCI
MS i 5 sztuk do badań metodą GC/MS),osiem zapalników ze spłonką w osłonie szklanej,wypeł nionej HMTD (4 sztuki do badań SPMElGCIMS i 4 sztuki do badań metodą GC/MS),
jedenaście zapa lników ze spłonką w osłonie PCV,wypełnionej HMTD (6 sztu k do badań SPMElGCIMS i 5 sztuk do badań metodą GC/MS).
Ryc. 7. Odpaleniejednegoz zapalnikówwobudowiez tworzywasztucznegoFig. 7. Blasting otoneot luses in p/astieeasing
Z lejów powybuchowych pobrano próbki podłoża w następujących odstępach czasowych:
do badań metodą SPMElGC/MS :- od razu po detonacji , po 0,5 h, 2 h, 6 h - w przy
padku spłonk i w osłonie szklanej,od razu po detonacji, po 0,5 h, 2 h, 6 h, 10 h i 24 h w przypadku sp/anki w osłonie z tworzywa sztucz
nego ;do badań metodą GC/MS :
- od razu po detonacji, po 0,5 h, 2 h, 6 h - w przy
padku spłonki w osłonie szk lanej ,od razu po detonacji, po 0,5 h, 2 h, 6 h i 24 h -w przypadku spłonki w osłonie z tworzywa sz1ucznego.
Do badań laboratoryjnych pobrano łącznie 38 próbek piasku z leja po wybuch u, zapa lników ze spłonkami
w osłonie szklanej i PCV elabo rowanymi HMTD i TATP.Ponadto do badań pobrano dwie próbk i kan/rolne. Wszyst
kie próbki umieszczono w szczelnie zamkn iętych słoikach
o pojemności 0,9 I.
Badania laboratoryjne
Przygotowanie próbek do badań metodą GC/MS z wykorzystaniem techni ki HS/SPME
Adsorpcję substancji na fazie stacjonarnej (włók
no sorpcyjne pokryt e fazą polidirnetylosiloksanu POMS
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 275(1) 2012
Z PRAKTYKI
o grubości 100 urn i długości l cm) prowadzono w czas ie30 minut, w temperaturze 20°C. Oznaczenia pobranychpróbek piasku i czasy pobrania podano w tabeli 2.
Przygotowanie ekstraktów.do badań metodą GC/MSPróbk i piasku pobrane po wybuchu zapaln ików elabo
rowanych TATP wyekstrahowano metanolem. Natomiastpróbk i piasku pobrane po wybu chu zapa lników elaborowanych HMTD wyekstrahowano chloro formem (w celudobrania odpowiednich rozpuszczalników i otrzymaniaekstraktów z próbek piasku przeprowadzonobadania rozpuszczalności nadtlenków acetonu i urotropiny w metanolu oraz chloroformie, badania opisano w części Wyniki badań - Ekstrakcja). Otrzyma ne ekstrakty zatężano najpierww strumieniu zimnego powietrza, a następnie w strumieniu azotu. Oznacze nia pobranych próbek piasku ; czasy
pobrania podano w tabel i 3.
Przeprowadzone badan ia ana lityczne
Metoda HS/SPME-GC/MSTerm iczną desorpcję związków zaadsorbowanych
na pow ierzchni włókna (z próbe k op isanych w tabe li 2)prowadzono w porcie injektora GC, w czasie 1 minuty,w temperaturze 220°C. Analizę materiałów odniesienia
i zaadsorbowanych na włóknie substancji prowadzono,wykorzystując chro matograf gazowy sprzężony ze spektrometrem mas typu pułapka jonowa (GC/M S TraceGC
2000 /PolarisQ firmy Finnigan) , na kolumnie Rtx-5MS(o długości 15 m, średnicy 0,25 mm i grubości filmu 0,25
um) , dozownik typu split-splitless .Parametry zastosowanej metody:
gaz nośny He - 1,5 milmin,
tryb pracy dozownika - splitless,- czas dozowania 1 min,- temperatura dozownika - 220°C,- temperatura linii transferowej 260°C,- opóźn ien ie rozpuszczalnikowe - brak,
program temperaturowy - izoterma 50°C/O ,5 min;przyrost 16°C/min do 250°C; izoterma 250°CI12,5 min ,
- czas całkowity 16 min,- tryb pracy spektrometru - skanowanie w zakresie
29-550 m/z.
Me toda GC/MSAna lizie poddano przygotowane ekstrakty metanolowe
i chloroformowe z materiału opisanegow tabeli 3. Badaniaprzep rowadzono z użyciem zestawu GC/MS - QP5050 firmy SHIMADZU, z kolumną kapilarną ZB-5 o d ługości 20 m
i średnicy wewnętrznej 0,25 mm.Parametryzastosowanej metody:- gaz nośny: He - 1,7 milm in, objętość nastrzyku
spiit 1 : 50,
- temperatura dozownika: 140°C,
31
Z PRAKTYKI
Tabela 2
Oznaczenia próbek piasku pobranych do badań laboratoryjnych wykorzystującychtechnikę HS/SPME - GC/MSDeterminat ion of sampies of sand col/ected for labara tory analys is with use of HSISPME GCIMS technique
Zapalniki Zapalniki Zapalniki Zapalnikiwypełnione wypeł n ione wypełnione TATP wypełnione HMTD
TATP ze spłonką HMTD ze spłonką ze spłonką ze spłonką
w osłonie szklanej w osłonie szklanej w osłonie z PCV w osłonie z PCV
Czas po jakim
° 0,5 2 6 ° 0,5 2 6 ° 0,5 2 6 10 24 ° 0,5 2 6 10 24pobrano próbkę [hl
Nr próbki Hs 2Ts 3Ts 4Ts lHs 2Hs 3Hs 4Hs Hp 2Tp 3Tp 4Tp 5Tp 6Tp 1Hp 2Hp 3Hp 4Hp 5Hp 6Hp
Tabela 3
Oznaczenia próbek piasku pobranych do badań laboratoryjnych metodąGC/MSDeterminalion of sampies of sand col/ected for labara tory analysis w/th use of GCIMS method
Zapalniki Zapalniki Zapaln iki Zapalnikiwypełnione wypeł n i one wypełnione TATP wypełnione HMTD
TATP ze spłon ką HMTD ze spłonką ze spłonką ze spłonką
w osłonie szklanej w osłonie szklanej w osłonie z PCV w osłonie z PCV
Czas po jakim
° 0,5 2 6 ° 0,5 2 6 ° 0,5 2 6 24 ° 0,5 2 6 24pobrano próbkę [hl
Nr próbki lIs 2ts 3łs 4ts lhs 2hs 3hs 4hs IIp 2tp 3tp 4tp 6tp lhp 2hp 3hp 4hp 6hp
temperatura linii transferowej 150"C,- program temperaturowy dla TATP: 70-1 50"C
z przyrostem 5°C/min, izoterma 5 min, całkowity
czas 21 min,
- program temperaturowy dla HMTD: 70-1 50"Cz przyrostem 5°C/min, izoterma 10 min, całkowityczas 26 min,
- detektor : skanowanie w zakresie 17-400m/z od5min,
detektor w trybie pracy SIM: rejestracja detektorawzględem najintensywniejszych jonów powstałych
w wyniku rozpadu jonowego: dla TATP - 43, 59,75, dla HMTD - 29, 30, 28, 208, 88.
Metoda FTlRNadtlenek urotropiny i acetonu otrzymany w labo
ratorium oraz ekstrakty metanolowe TATP z próbek powybuchu (tabela 3), po odparowaniu rozpuszczalnikaw strumieniu zimnego powietrza, badano metodą spek trofotometrii w podczerwieni z użyciem spektrofotometruPerkin Elmer Spectrophotometer 1600 FTIR z przystawką
dyfuzyjną Perkin Elmer Diffuse Reflectance. Stosowanonastępujące parametry analizy:
- rozdzielczość 4 cm-l,- zakres 4000-500 cm",- skan 64.Zastosowanie rozpuszczalnika chloroformowego spo
wodowało wyekstrahowan ie z piasku związków oleistych
32
uniemożliwiających całkowite odparowanie rozpuszcza lnika. W związku z powyższym odstąpiono od badań ekstraktów chloroformowych tą metodą .
Wyniki badań
Wyniki badań przeprowadzonych na poli go nie
Wszystkie skonstruowane zapalniki były sprawnetechnicznie i wybuchły . Po wybuchu pozostał lej powybuchowy o średnicy około 15 cm, fragmenty obudowyz tworzywa sztucznego oraz fragmenty lontu prochowegoLPW. W leju powybuchowym nie pozostawały fragmentyz obudowy szklanej (ryc. 8).
We wszystkich próbkach piasku zabezpieczonych powybuchu zapalnikówelaborowanych TATP, zarówno zespłonkami w osłonie szklanej, jak i w osłonie z PCV, po
branych w odstępach czasu:°h, 0,5 h, 2 h, 6 h, 10 h i 24 h,stwierdzono obecność nadtlenku acetonu. W próbkachkontrolnych nie stwierdzono TATP (ryc. 9--15).
W żadnej próbce podłoża zabezpieczonej po wybuchuzapalników elaborowanych HMTD, zarówno ze spłonkam i
w osłonie szklanej , jak i w osłonie z PCV, nie stwierdzonoobecności nadtlenku urotropiny ani produktów jego rozkładu , np. urotropiny , metyloaminy.
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 275(1) 2012
Z PRAKTYKI
II II1111111'1111 11111'I 1IIIIIIIIfI "'
Ryc. 8. Ujawnione w lejach powybuchowych fragme nty obud owy zapa ln ików z tworzywa sztucznegoFig. 8. Fragments ot fuse casing made ot plas tic delected in pos t-bJasl crate rs
Wyniki badań przeprowadzonych w laboratorium
Metoda HS/SP ME-GC/MS
Tabe la 4
Wyn ik i badań próbek podłoża otrzymane metodą HS/SPME·GC/MSHS/SPME GC/MS analytical results for substrate specimens
Zapaln iki Zapalniki Zapalniki Zapalnikiwypełnione TATP wypełnione HMTD wypełnione TATP wypełnione HMTD
ze spłonką w ze spłonką w ze splonką ze spłon ką
osłonie szklanej osian ie szklanej w osłon ie z PCV w osłon ie z PCV
Czas po jakimpobrano p róbkę O 0,5 2 6 O 0,5 2 6 O 0,5 2 6 10 24 O 0,5 2 6 10 24
[hl
Nr próbki H s 2Ts 3Ts 4Ts lHs 2Hs 3Hs 4Hs Hp 2Tp 3Tp 4Tp 5Tp 6Tp lHp 2Hp 3Hp 4Hp 5Hp 6Hp
Wyniki badań" + + + + - - - - + + + + + + - - - - - -
• + stwierdz ono obecność nadtlenku- nie stwierdzono obecności nadtlenku
",-
bJ f:.. ~
'-
I~ -l --~ I
~ l - :
I
=r~ I", ::"'.
~-
I'--
Ił 'tt- .
j3 I1:1 I i ~
tA,
~I
I T ,
iLJ\~'_---------,-.~ l.
Ryc . 9. Chromalogram oraz widmo masowe materiału odniesien ia nadtlenku acelonu (TATP)Fig. 9. Chromatogram and mass spectrum o/ acetone peroxide (TATP)setererce material
Ryc. 10. Chromalogramy próbek podłoża pobranych po wybuchu zapalników e laborowanych TATP w osłonie szklan ejFig . 10. Chromatograms ot substrate specimens collected etter b/asting otTATP tuses in g/ass casing
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 275(1) 2012 33
-..... ....
" Ol • ., ' " ~ . " ~ ,,, .. .. ,, " "",~ , ...
l
Ji JUJ .. • .• •• ••• ···1 ..
.,~.,
j~~....,....-,,--,
Ryc. 13. Widmo masowe próbki poeło ż a pobrane go po upływie 10 h odwybuchu zapalnika elaborowanego TATP w oslonie PCVFig. 13 . Mass spectrum ot substrate specimen collected sner 10 nouretrom blasting ot TATP fuse in PCV casing
Ryc . 14. Chromalogramy próbki podłoża pobranego po upływie 24 h odwyb uchu zapa lnika elaborowanego TATP w osłonie PCVFig. 14. Chromatograms ot substrate specimen col/ected alter 24 nourstrom b/asting ot TATP fuse in PCV casing
.. _' l>
Z P RAKTYKI
~--l"I
"'"
I~ J.~ T
~ l --
w ;,~x~i~.J.J.:.W jj".:i • ..c !..1..:..C.Cl .!J• _ _ _ 0 "
,.. ."'''" . ,.~ .....,,~ .,- .. "
:1
l. '~,
!~I,.
~_L ... • .-
.~ ..
~1.~ ,..
~,,-
. .J'-""'J....~!.-.~"-- _.. ....-J. ...~
Ryc. 11. Chromatogramy próbek podłoża pobranych po wybuchu zapa lników elaborowan ych TATP w oslon ie PCVFig. 11. Chromatograms o/ substrate specimens conectea atref blasting otTATP fuses in PCV casing
Ryc . 12. Chromatogramy próbek podłoża pobranych po upływie 10 h, odwybuchu zapaln ikówelaborowanych TATP w oslonie PCVFig. 12. Chromatograms ot substrate specimens collected alter 10 hourstrom blastlng ot TA TP fuses in PGV casing
Ryc . 15. Widmo masowe próbki poełoża pobranego po upływie 24 h odwybuchu zapa lnika elaborowane go TATP w osłonie PCVFig . 15. Mass spectrum ot suostrete specimen collected after 24 nourstrom b/as/ing ot TATP fuse in PCV Cdsing
Metoda GC/MS
EkstrakcjaW celu dobrania odpowiednich rozpuszcza lników
i otrzymania ekstraktów z próbek podłoża O maksymalniedużym stężeni u nadtlenków przeprowadzono szereg badań
rozpuszczalności czystych nadtlenków (TATP i HMTD).Pod uwagę wzięto dwa rozpuszczalniki: metanol
(z uwagi na n iższy stopień rozpuszczalności zanieczyszczeń często występujących w badanym materiale) orazchloroform (z uwagi na suge rowany najwyższy stopień
rozpuszczalności badanych nadtlenków). Analizowano
roztwory O różnym stężeniu , przygotowywane na pł uczce
ultradźwiękowej oraz w różnych temperaturach.W przypadku nadtlenku acetonu (TATP) dobra roz
puszczalność zarówno w metanolu , jak i w chlo roformiebyła zauważalna już w momencie łączenia rozpuszczalnika z kryształami nadtlenku. Na podstawie analiz chromatograficznyc h przeprowadzonych techniką GC/MS(ryc. 16) potwierdzono wstępne spostrzeżen ia , że nadtlenek acetonu dobrze rozpuszcza się zarówno w chloroformie, jak i w metanolu . Zastosowanie płuczki ultradźwięko
wej (w czasie 20 min, w temperaturze 40'C) nie wpływa
na rozpuszczalność .
34 PROBLEMY KRY MINALISTYKI 275(1) 2012
Z P RAKTYKI
--!--. _ ...._l......_t ł-"l.oł...,.- ~ ....__ I....IIIl_~~"'!..u....
==--~ "-"".:..~_~_~~fIll·.. I~-=:::u..~~~~•__" - ' _---'''~ ...''''-I"Ił,, ' ''' ' ,t.h<>lo- t''...l.m '-...J..
ll ~ '''--_ _.__ _ , "' 00
• •
Ryc . 16. Chromatogramy nadtlenku acetonu (TATP) obrazujące jego rozpu szczalność w metanolu i chloroformi e oraz po użyciu płuczki u ltradź
więkowej
Fig. 16. Chromatograms ot acetone peroxide (TATP) sho w;ng its so/ubilityin methanoi and chloroform and ahe, application ot ultrasonic rinser
-:.: .._- --I_~' ·~."'i";~ło\'/o.''''I'''ff'\\'~~'''~,~~{-~~~~~N2~,~......... ' __ ,.....I:.:J_ :ł:i~1.:\oi.;. "" •
..~_~~.........---.-_ ,_ . , _. ~_ .__,........,..... ............_..J ' 10011 ,. 19 :lO I I 2l 2l 14
Ryc. 17. Chromalogramy nadtlenku urotropiny (HMTO) obrazujące jegorozpuszczalność w metanolu oraz po użyciu płuczki ultradźwiękowej
Fig. 17. Chromatograms of hexamythe/ene triperoxide diamine (HMTO)showing its so/ubility in methanoi and after applieation of u/trasonie rinser
Inaczej sprawa przedstawia się w przypadku nadtlenkuurotro piny (HMTD).Jego rozpuszczanie.zarówno w metanolu, jak i w chlo roformie, przebiegało powoli , a po zadaniu rozpuszczalnika nadal widoczne były liczne kryształy. Analiza
chromatogra ficzna (ryc. 17-1 8) wykazała . iż nadtlenek urotropi ny rozpuszcza się znacznie lepiej w temperaturze pokojowej wchloroform iean iżeli w metanolu.Zasto sowanie płucz
ki u ltradżwiękowej (w czasie 20 min , w temperaturze 40' C)przyspiesza rozpuszczalność HMTD w metanolu (ryc. 19).
Sporządzenie ekstraktów metanolowych z próbek pod
łoża pobranych po wybuchu zapa lnikówelaborowanychnadtlen kiem ace tonu nie sprawiało większych trudności .
Otrzymano stosunkowo czys le ekstrakty, łatwe do odpa
rowania w strumieniu pow ietrza j azotu . Natomiast odparowan ie ekst raktów chloroformowych z próbek podłoża
pobranych po wybuchu zapalnikówelaborowanych nad
tlenkiem urotropiny doprowadziło do otrzymania w efekciekońcowym gęstej , brunatnej cieczy. Niestety chloroformjest dobrym rozpuszczalnikiem nie tylko nadtlenku urotropi
ny. ale również wielu składników (zanieczyszczeń) wyslę
pujących w piasku. Po każdorazowym nastrzyku ekstraktu
chlo roformowego niezbędne było czyszczenie ,.glasslinera", Chromatogram zawie rał wie le pików pochodzących
od zanieczyszczeń , występujących również w pobliżu piku
nadtlenku urotropiny i często go p rzesła niających .
Ryc. 18 . Chromatogramy nadtlenku urotropiny (HMT D) obrazujące jegorozpuszczalność w chloroformie oraz po użyciu płuczk i ultradźwiękowej
Fig. 18. Chromatograms of nexemytnetene triperoxide diamine (HMTO)showing its solubility in chloroform and after applica tion ot utuesootc rinser
RyC. 19. Chromatogramy nadtlenku urotropiny (HMTO) obrazujące jeg orozpuszczalność w chloroformie i metanolu z użyciem płuczki u ltradźwię
kowejFig. 19. Chromatograms ot hexamythe/ene triperoxide diamine (HMTD)showing its solubility in chloroform and me/hanoi with applica tion of u/traeomc rinser
'.. ~,.(" ... , ..
Badania chromatograficzneWyn iki badań przygotowanych eks trakt ów metodą
chromatografij gazowej sprzężonej z detektorem maso
wym podano w poniższej tabeli :Stosując metodę GC/MS w trybie pracy SIM . stwier
dzono obecność TATP w ekstraktach z próbek podłoża
zabezpieczonych po wybuchu zapalników ze spłonkami
w osłonie z PCV. pobranych w odstępach czasu: bezpośrednio po wybuc hu. 0.5 h. 2 h, 6 h (ryc . 20) i 24 h (ryc . 2 1)
oraz ze spłonkami w osłonie szk lanej. pobran ych wodstę
pach czasu 0.5 h i 6 h (tabela 1). Nie wy kryto natomiasltego nadtlenku. stosując metodę GC/MS w tryb ie pracy
SCAN (pełny prąd jonowy).Chromatogramy otrzymane w wyniku analizy ekstrak
tów chlo roformowych próbek podłoża zabezpieczonychpo wybuc hu zapal nikówelaborowanych HMTD zarównoze spłonkami w osłonie szklanej, jak i w osłonie z PCV zawierały wie le dodatkowych pików. występujących w pobli
żu lub przesłan iających sygnał pochodzący od nadtlenkuurolropiny. W związku z powyższym nie można było jed
noznacznie zidentyfikować nadtlenku ani produktów jegorozkładu. np . urotropiny (zarówno w trybie pracy detektora
SCAN jaki i SIM) .Negatywne wyniki otrzyma no również w przypadku
eks traklów z próbek podłoża zabez pieczonych po wyb uchu zapalnikówelaborowanych TATP . w osłonie szklanej,
pobranych od razu po wybuchu i po 2 h.W próbk ach kontrolnych nie stwierdzono obecnośc i
TATP oraz HMTD.
~~~'.. ~ , .._,,. ~......'~:A"::'I ';;;~ l a1~·f'lt..., fl'lIMo,; :.,.,.
... ,.
"
...... ..',."
...
PROBLE MY KRYMIN ALISTYKI 275(1) 2012 35
Z PRA"TI'Kt
Tabela 5
Wyniki badań próbek podłoża otrzymane metodąGCIMSGCIMS analytical results for substrate specimens
Zapa lniki Zapalniki Zapalniki Zapalnikiwypełnione TATP wypełnione HMTD wypełnione TATP wypełnione HMTD
ze spłonką ze spłonką ze spłonką ze spłonką
w osłonie szklanej w osłon ie szk lanej w osłonie z PCV w osłon ie z PCV
Czaspo jakim pobrano O 0,5 2 6 O 0,5 2 6 O 0,5 2 6 24 O 0,5 2 6 24
próbkę [hl
Nr próbki Hs 2ls 3ts 4ts lhs 2hs 3hs 4hs Hp 2tp 3tp 4tp 6tp lhp 2hp 3hp 4hp 6hp
W trybie pracy - + - + - - - - + + + + + - - - - -SIM"
W trybie pracy - - - - - - - - - - - - - - - - - -SCAN
•+ stwierdzo no obecność nadtlenk u- nie stwierdzono obecności nadtle nku
•• , TI(" -......-,..- (....~.c ~ 1<"'_ "1'1.1 ~.,.__,,", (W)_ l _ ..
/ - .,...
RyC. 20 . Chromatogramy próbek podłoża po branego natychmiast, po upły
wie 0,5 h, 2 h i 6 h od wybuchu zapalni ka elaborowanego TATP w osloni ePCV oraz chromatog ram materiału odniesienia TATPFig . 20. Chromatograms ot substrate specimens collected immediately ,and folfowing 30 rnin., 2 hours an d 6 hours (mm blasting o/ TATP tuse,wnen apply ing GC/MS metrod in SCAN mode (fuli jon current)
Badania spektrofotometryczne
Z użyciem metody spektrofotometrii w podczerwieniFTIR uzyskano widma (ryc. 22-23) pozwalaj ące na identyfi kacj ę nadtlenku acetonu (TATP) i urotrop iny (HMTD) ,zsyntezowanych związków , jak również suchych pozostałości uzys kanych po odparowaniu (w strumieniu powietrzai azotu) ich metanolowych ekstraktów .
Zanieczyszczenia podłoża (piasku), na którym prze prowadzano eksperymenty, jego bogaty skład oraz niewielkie ilości pozostałości nadtlenków po wybuchu uniemożl i wiły identyfikację TATP i HMTD z zastosowaniempowyższej metody (ryc. 24-25).
Dyskusja wyników
Z nadtlenku acetonu i urotropiny można skonstruować
w warunkach domowych sprawne zapalniki. Wszystkie próby badania sprawności zakończyły się powodzeniem. Do ekstrakcj i nadtlenku acetonu z próbek podłoża
36
Ryc. 21. Chromatogramy próbek podłoża pobranego po upływ ie 24 hod wybuchu zapalnika elaborowanego TATP w osłonie PCV oraz chromalogram materiału Odniesienia TATPFig. 21. Chromatograms ot subst rate specimens colleeteeJ after 24 hourstrom b/astmg ot TATP fuse in PC V casing and chroma togram ot TATPretorerce materia!
w postaci piasku wystarczająco skuteczny jest metanol.Do ekstrakcj i nadtlenku urotropiny z zanieczyszczonychpróbek podłoża lepszy wydaje się być metan ol w temperaturze 40'C niż chloroform . W przypadku ekstrakcjichloroformem otrzymuje się końcowy (zatężony) eks trakt w postaci gęstej , mazistej substancji silnie zanieczyszczonej składnikam i podłoża (piasku, gleby itp.).Ekstrakt taki jest trudny do nastrzyku i analizy , gdyż pokażdym nastrzyku niezbędne jest czyszczenie .glasslinera"I a w efekcie po przebadaniu większej i lości próbek- kondycjonowanie kolumny. Ponadto otrzymany chromatogram nie nadaje się do jednoznacznej identyfikacjinadtlenku, z uwagi na obecność wielu związków, którychczas retencji jest zbliżony do czasu retencj i nadtlenku.
Jednym z celów podjętych badań była ocena skuteczności zastosowania ekstrakc ji rozpuszczalnikowej orazmik roekstrakcj i do fazy stałej SPME z fazy nadpowierzchniowej HS w połączen iu z GC/MS do identyfikacji i oznaczania śladowych pozostałości po wybuchu nadtlenku urotropiny (HMTD) i nadtlenku acetonu (TATP) w podłożu .
PROBLEMV KRVMINAlISTVKI275(1) 2012
I ,
..~",
II
l' ~ ,,'1;1, ~
-------- ~ --- - ~~--~- ---
...._- -- - -"-.- _._-Ryc. 22 . Spektrogramy nadtlenku urotropiny HMTD - ekstraktu cnlorotc rmowego oraz czystego związkuFig. 22. Spectrogram o/ hexamythefenetriperoxide diamine(HMTD) - chlo·roform extractand pure compoura
Ryc. 23. Spektrogram nadtlenku acetonu TATP - ekstraktu metanolowegooraz czystego związku
Fig. 23. $pectrogram o,ecetone peroxide (TATP) - methanoI extract andpure compound
- .,,
1 l
"T.. \I
I, )
l I
.--_.. _.__......- .._-Ryc . 24 . Spektrogram suchych pozostałości po odparowaniu metano luz próbki piasku zabezp ieczonej po 6 h od wybuchu zapalnika w oslonieplastikowej, elaborowanego TATP oraz spektrogram materi ału odniesieniaFig. 24. Spectrogramot dry residues after evaporation ot methanoI tromsand specimen coueaea ener6 hours trom blastingot TATP fuse in plasticcasing and spectrogramot reterence material
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 275(1) 2012
Z PRAKTYKI
f:-IIII l
lI
I I
\ I1\ /lI- t
' \ ~I - - I
",.1 , -.
..... '''--- ,--.- ._._---_._.__..____._.__a
Ryc. 25 . Spektrogramy suchych pozostalości po odparowaniu metanoluz próbek piasku zabezpieczonych bezpośrednio po wybuchu, 2 h i 6 h odwybuchu zapalnika w osłon ie plastikowe j. elaborowanego TATPFig. 25. 5pe ctrograms ot dry residues after evaporation ot metnenot tromsand specimens collected immediately after blasting. as well as 2 hoursand 6 hours tram blasling o/ TATP fuse in plastic casing
Zastosowana analiza ekstraktów metanolowych nadtlenku acetonu metodą chromatografii gazowej sprzężo
nej z detektorem masowym w trybie pracy SIM jest mniejskuteczna w porównaniu z analizą próbek podłoża metodą mikroekstrakcj i do fazy stałej SPME z fazy nadpowierzchniowej HS w pofączeniu z GC/MS (w przypadkumetody GC/MS w dwóch próbkach nie ujawniono TATP,w przypadku HS/SPME-GC /MS we wszystkich próbkachujawniono TATP).
Konieczność przygotowania ekstraktów z podtoża dobadań metodą GC/MS sprawia, że jest to metoda dużo bardziej pracochłonna , a na jej skuteczność ma wpływ wieleczynników, takich np. jak: rodzaj podłoża , sposób pobraniapróbki czy, rodzaj zastosowanego rozpuszczalnika. Metodamikroekstrakcji do fazy stałej połączona z chromatografią
gazową sprzężoną ze spektrometrem mas daje możliwość
szybkiej, nieskomplikowanej oraz charakteryzującej się wysoką wykrywalnością analizy nadtlenku acetonu (TATP).Obie te metody okazały się nieskuteczne w przypadkuidentyfikacji nadtlenku urotropiny w próbkach podłoża .
Nie należy jednak rezygnować z podejmowania próby identyfikacji HMTD. W trakcie wykonywania ekspertyzw LK KWP w Gdańsku udało się zidentyfikować nadtlenekurotropiny metodą spektrofotometrii w podczerwieni. Próbki podłoża (gleby) zabezpieczone po wybuchu wyekstrahowano metanolem w temperaturze 40°C, a następnie
odparowano rozpuszczaln ik. Spektrogram tzw. suchychpozostałości zawierał pasmaabsorpcji charakterystycznedla HMTD (ryc. 26).
Istotne znaczenie dla póżniejszej identyfikacji TATPz próbki podłoża ma sposób zabezpieczenia materiału
do badań . Umieszczenie próbek w szczelnie zamkn iętych
słoikach umożliwiło identyfi kację TATP w materiale dowodowym zabezpieczonym z leja powybuchowego po 24 godzinach od wybuchu oraz przechowywanym przez miesiąc.
37
Z PRAKTYK I
-;' : 1 '
rzeń , w których uczestniczyli eksperci LK KWP w Gdań
sku, udało się pobrać do badań próbki nadtlenków przedich zniszczeniem, przy ścisłej współpracy pirotechników zeSPAP KWP w Gdańsku .
Wnioski
- '~ ' .~-~ ." _.'-~~'.." _ ," , ~. -
Ryc. 26. Spektrogram suchych pozostałości po odparowaniu metanoluz dowodowej próbki piasku zabezpiecz onej po wybuchu zapalnika elaborowanego HMTD oraz spektrogram materiału odniesieniaFig. 26. Spectrogram ot dry residues ener evaporation ot mę tnenot tromevidential sand sample coueaeaafter b/as /ing ot HM TD fuse and spectragram ot reterence material
mi, TIC
BT"' '''' , ,,,,,,,...,.., ," 'I Q'>I, '-.. _~_ ·"_ _~ --"17n'nl! l'6T'~"li'~l .O'J..,":::~'~ :::.=~--=-- ~ .----ttrl'~'~"i:,~l~:~
Ryc. 27. Chromatogram próbki podłoża zabezpieczonej po wybuchu zapalnikówelaborowanych TATP w sierpniu 2008 roku i poddanej analiziew lutym 2009 rokuFig . 27. Chromatogram ot substrate specimen collected after blasting otTATP fuses in August 2008 and anafysed in February 2009
zarówno metodą HS/SPME-GC/MS, jak i GC/MS . Dodatkowe badania wykazały, że możliwa jest identyfikacja nadtlenku acetonu w próbce podłoża zabezpieczonej zaraz powybuchu i umieszczonej w szczelnie zamkniętym słoiku nawet po półrocznym okresie jej przechowywania (ryc. 27) .
Ze względu na niejednoznaczne wyniki badań identyfikacyjnych nadtlenku urotropiny w badanych próbkachpodłoża zabez pieczonych z leja powybuchowego, w tymprzypadku nie można wyciągnąć podobnych wniosków.Z wcześniejszych doświadczeń uzyskanych podczas badań nadtlenków w LK KWP w Gdańsku wynika, że na pozytywne wyniki badań identyfikacyjnych nadtlenków wpły
wa wiele czynni ków, takich jak: rodzaj zabezpieczonegopodłoża i ilość związków chemicznych zanieczyszczają
cych ekstrakt, sprawność kolumny aparatu GC (po wymia nie kolumny na nową - tego samego typu - jej czułość
w stosunku do nadtlenków okazała się dużo mniejsza) ,czystość "glasslinera" itp. Należy pamiętać, iż przy anali zie niewielkich ilości związków bardzo istotną rolę odgry wa kontrola i właściwe przygotowanie sprzętu do pracy .
W przypadku nadtlenku urotropiny problem stanowi ekstrakcja z podłoża i przygotowanie ekstraktu ,a nie sama identyfikacja tego nadtlenku. Pamiętając o tych trudnościach ,
w trakcie obsługi miejsc zdarzeń należy dążyć do pobraniapróbki czystego nadtlenku urotropiny, oczywiście w miarę
możliwości. Do tej pory, podczas obsługi wszystkich zda-
38
Metodyka wykorzystująca tech n i kę SPME na etapieprzygotowania próbek i chromatografii gazowej sprzężo
nej ze spektrometrią mas do analizy instrumentalnej dajemożliwość szybkiej i miarodajnej analizy nadtlenku acetonu (TATP) i może być z powodzeniem stosowana doidentyf ikacji TATP .
Do ekstrakcji nadtlenków TATP i HMTD z podłoża
w postaci piasku czy gleby najodpowiedniejszym rozpuszczalnikiem jest metano l.
Na podstawie ana liz próbek podłoża zawierającego
HMTD oraz badań przeprowadzonych w ramach ekspertyz można stwierdzić , że najwłaściwszą metodyką identyfikacji HMTD w materiale po wybuchu wydaje się być ekstrakcja z użyciem metanolu, na płuczce ultradźwiękowej
w temperaturze 40"C, a następnie identyfikacja z zastosowaniem spektrofotometrii w podczerwieni FTIR.
Zabezpieczając próbki podłoża po wybuchu nadtlenków (HMTD, TATP) należy pamiętać o właściwym ich zapakowaniu (np. szczelnie zamknięty słoik) . Odpowiedniezabezpieczenie próbki podłoża umożliwiło identyfikację
TATP nawet po pół roku od czasu jej pobrania.W trakcie analizy niewielkich ilości nadtlenków, istotną
rolę w ich identyfikacji odgrywa czystość "glasslinera" orazmonitorowanie wykrywalności nadtlenków przez analizę
w zadanej sekwencji próbek kontrolnych o stałym, znanym stężeniu.
BIBLIOGRAFIA
1. www.oxytop .pl .stannadzień16.03.2008r.
2. Policha A. , Pawłowski W., Mazurek A., Matyjasek Ł. : Ba
dania i identyfikacja nadtlenków organicznych używanych w zama
chach terrorystycznych , "Problemy Kryminalistyki" 2004 , nr 244.
3. Psillakis E., Kal ogerakis N.: Solid-phase microextraction
verus single-drop microex traction for the analysis 01nitroaromatic
exptoslves in water sampies. "J. Chromatogr . A." 2001 , nr 938,
s. 113- 120.
4. Mester Z.I. , 5turgeon R.: Trace element speclatlon using
solid phase microextraction, .Spectrcchlm Acta B." 2005, nr 60,
s .1 243-1269.
Str esz cze nie
Wykorzystanie nadtlenków urotropiny (HMTD) i acetonu (TATI')
do celów przestępczych, m.in . konstrukcji zapalników stosowanych
w urzadzeninch wybuchowych, wYlllusiło konieczność opracowania
metod analitycznych ulllożliwiających identyfiktlcję ich pozostałości po
wybuchu w materiale dowodowym . W artykule przedstawiono sposoby
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 275(1) 2012
przygotowaniapróbek do badań metodami SPME i ekstrakcji z zssroso
manieni odpowiednich rozpuszczalników, a następnie idi analizę metodą
chromatograf ii gazowej. Zwrócono również uwagę na występującą
zależ ność pomiędzy pozytywnymi wynikami badań, II czasem orazprawidłm:vym sposobem zabezpieczenia materia łu.
S łowa kluczo w e: materiały wybuchowe, HMTD, TA TP, SPME ,
chromatografiagazowa
Su mm ary
The liSt oflwxamythelene triperoxidediamine(HMTO) and aectane
pcroxide (TATP) Jor eriminal pllrposcs , lIIC conetructionoj f uses in ex
plos/vrsamong othere, providedfor the Ilecessity oj developing ana1yti
cal methods to allowfor identification oj post-blastreelduee in eoidentiai
PROBLEM Y KRYMINA LISTYKI 275(1) 2012
Z PRAKTYKI
material. The ariicle preser/ts tlieways oj sampfe preparatlon jor exami
nation Witll SPME methodal/d extraction with use oj relevantsotoente,
jołknned by CC ana/ysis. The reJation betucen positiveresu/tsojanalysis
and timeand correct coiieciion oj materia! liasalsobcen IJ ighlighted.
Keywords:explosives, HMTD, TATp, SPME, gascIJromatography
Autork i pragną podziękować Łukaszowi Matyjaskowiz Cen tralnego Labora torium Kryminalistycznego Policji zażyczliwą pomoc, cenne rady i wskazów ki merytoryczneudz ielone w trakcie reali zacji bada ń do nini ejszej pracy orazPirotechnikom SPAP KWP w Gdańsku za bardzo dobrą
współpracę i profesjonalną pom oc w realizacji pomysłów orazza niekończącą sit; cierpliwość .
39