Радиохемија и радиографија

Доц. Др Милош Мојовић

milos@ffh.bg.ac.rs

основни принципи и примена у форензици

1. Radiografija i njena primena u forenzičkim ispitivanjima (1) (4) (9) (10) (25) (26) (27)

- Osnove radiografije (25) (26) (27)Fizika X-zračenjaInterakcija X-zračenja sa materijomPrincip dobijanja radiografske slike

- Kompjuterska tomografija (CT) (9) (25) (26)Princip dobijanja slike CT metodom

- Forenzička radiografija (9) (13)Primena radiografskih metoda u forenzičkim ispitivanjima

- Mikroradiografija (9)- Princip radiografskog poređenja (9) (13)- Radiografski dokazi zlostavljanja dece (10)

http://www.radiologyassistant.nl/en/43c63c41ef792

2. Radiohemijske metode i njihova primena u forenzičkim ispitivanjima

- Radioaktivnost i radioaktivno zračenje (23)Radioaktivni raspad (23)

Tipovi radioaktivnog zracenja (23)

Metode i uređaji za detekciju radioaktivnog zracenja (23)

- Radioaktivna vizualizacija (1)Scintigrafija

- Princip radioaktivnog obeležavanjaRadioaktivno obeležavanje u otkrivanju procesa formiranja i porekla lipida (1).

- Autoradiografija - princip i primena (5) (11) (12) (13) (14) (16)Upotreba radioaktivnog 35S u autoradiografiji (1) (8)

- Mehanizan mapiranja korišćenjem stabilnih izotopaPrimer metamfetamina (2)

- Analitčka toksikologijaImunoeseji (radioimunološka analiza RIA). (2)

Reakcije kompeticije atitelo-antigen. (3) (6) (10) (24)

Identifikacija životinjske vrste iz krvi i fragmenata kostiju pRIA metodom (21)

- Radioaktivno datiranjeDatiranje metodom 14C, izotopska analza i primena (7) (15)

Datiranje post mortem intervala metodom 90Sr (18)

Procena post mortem intervala metodom 238U, 234U, 210Po, 210Pb, 238Pu, 239,240Pu i 137Cs (20) (22)

- Neutronska aktivaciona analiza (11) Primena NAA za detekciju FDR (16)

3. EPR metoda i njena primena u forenzičkim ispitivanjima (16)

- Osnovni principi EPR metodePrimena EPR metode za detekciju FDR (16)Primena EPR metode za detekciju starosti krvi (17)

- EPR dozimetrijaDetekcija ekspozicije visokim dozama radioaktivnog zračenja (19)

4. NMR i MRI

Vežba:

- Primena radiohemijskih metoda u forenzickim ispitivanjima

RIA analiza INEP Detekcija FDR metodom NAADetekcija FDR metodom EPR

Literatura:

(1) Henry C. Lee and R. E. Gaensslen, Advances in Fingerprint Technology(2) JehudaYinon, Advances in Forensic Applications of Mass Spectrometry(3) John H. Trestrail III,Criminal poisoning: investigational guide for law enforcement, toxicologists, forensic scientists, and attorneys,

second edition(4) John Horswell, The Practice of Crime Scene Investigation(5) David E. Newton, DNA evidence and forensic science(6) Jay Siegel, Jay Siegel, Pekka Saukko, Encyclopedia of Forensic Sciences(7) Alan Gunn, Essential Forensic Biology(8) Christophe Champod, Chris Lennard, Pierre Margot, Milutin Stoilovic, Fingerprints and other ridge skin impressions(9) Scott I. Fairgrieve, Forensic cremation recovery and analysis(10) Vincent J. DiMaio, Dominick DiMaio, Forensic Pathology(11) John C. Brenner, Forensic science an illustrated dictionary(12) Lisa Yount, Forensic science - from fibers to fingerprints(13) William G. Eckert, Introduction to forensic sciences 2nd edition(14) Barry A. J. Fisher, Techniques of crime scene investigation(15) Robert Pickering, David Bachman, The use of forensic anthropology(16) Peter White, Crime Scene to Court - The Essentials of Forensic Science, Second Edition(17) Yoshihiko Fujita, Koichiro Tsuchiya, Shinji Abe, Yoshiharu Takiguchi , Shin-ichi Kubo, Hiromu Sakurai, Estimation of the age of human

bloodstains by electron paramagnetic resonance spectroscopy: Long-term controlled experiment on the effects of environmental factors

(18) P. Neisa, R. Hille, M. Paschke, G. Pilwat, A. Schnabel, C. Niess, H. Bratzke, Strontium 90 for determination of time since death(19) Motoji Ikeya, Use of ESR in microscopy, dating and dosimetry, Electron Paramagnetic Resonance in Biochemistry and Medicine(20) Benjamin Swift, Ian Lauder, Stuart Black, Joanna Norris, An estimation of the post-mortem interval in human skeletal remains: a

radionuclide and trace element approach(21) Jerold M. Lowenstein, Joshua D. Reuther, Darden G. Hood, Gary Scheuenstuhl, S. Craig Gerlach, Douglas H. Ubelaker, Identification

of animal species by protein radioimmunoassay of bone fragments and bloodstained stone tools(22) Benjamin Swift, Dating human skeletal remains: Investigating the viability of measuring the equilibrium between 210Po and 210Pb as

a means of estimating the post-mortem interval(23) Radiohemija(24) INEP - uputstvo za RIA (25) William R. Hendee, E. Russell Ritenour, Medical Imaging Physics(26) Jirí Jan, Medical image processing, reconstruction and restoration - concepts and methods(27) Edwin L. Dove, Physics of Medical Imaging – An Introduction

Основе радиографије

Шта је то X (или Ренгенско) зрачење?- X-зрачење представља електромагнетно зрачење

чина је таласна дужина у опсегу од 0.01 - 10 nm.- Ово зрачење у складу са овим може имати енергију

у опсегу од 120 eV до 120 keV.- Опсег од 0.12 - 12 keV назива се "меко" X-зрачење

док се опсег од 12 - 120 keV назива "тврдо" X-зрачење.

- Управо се "тврдо" X-зрачење користи зарадиографска снимања због своје продорности.

Радиографија представља употребу X-зрачења у циљу посматрања пресеканеуниформног материјала као што је нпр. људско ткиво.На основу различитог утицаја густине и композиције ткива на X-зраке, можесе формирати јасна слика унутрашњости без оштећења посматраног објекта.Принцип методе се састоји у томе да се објекат озрачи снопом X-зрака (којепроизводе специјални генератори), а затим се иза објекта ти исти зрацисакупљају на специјализованим детекторима (филм или дигитални) који дају2Д репрезентацију објекта.Услед различите апсорпције X-зрака од стране ткива (или објеката)различитих густина, детектовани зраци ће имати већи или мањи интензитетшто утиче на изглед добијене слике.

Физика X-зрачења

Радиографска слика се добија интеракцијомизлазног X-зрачења са неком средином којаможе бити показатељ броја и распоредаизлазних фотона.

- Радиографска плоча и филм су дуго временакоришћени и принцип њиховог рада сезаснивао на хемијским ефектима интеракције X-зрака са одређеним супстанцијама (нпр.честицама сребра). Овај метод је захтевао већеенергије X-зрака и дуже време експонирањапацијената.

- Данас су у употреби искључиво дигиталнидетектори различитих врста.

Каже се да X-зрачење представља "јонизујуће" зрачење што значи дајонизује средину кроз коју пролази па зато представља опасност по здрављеживих организама.Атенуација X-зрачења у некој материји зависи од: густине те материје идужине пређеног пута X-зрачења кроз њу. Описана је формулом:

I = I0 e-μdI - интензитет излазног зрачења (број излазних фотона)I0 - интезитет улазног зрачења (број улазних фотона)μ - коефицијент атенуације (апсорпције)d - пређени пут X-зрачења кроз средину

дигитални детектор

Принцип добијања радиографске слике

Радиографска слика представља једнодимензиону пројекцију

Шта представља добијена радиографска слика?

Компјутерска томографија "CT"

Компјутерска томографија (Computer Tomography) представља посебан метод за добијање 3Д радиографске слике.

Формирање слике

Принцип добијења слике "CT" методом

Снимање из више углова и реконструкција слике из 1Д профила

Форензичка радиографија

У свим случајевима смрти детета, се мора снимитикомплетни скелетални радиограф да би се добила општаслика о могућим старијим повредама које се често могууочити у случајевима злостављања деце.

Радиографија се веома често примењујње и имазначајну улогу у форензичким испитивањима.Радиографски приступ се у форензичким испитивањимарутински користи уколико:

- се догодило вишеструко сакаћење тела- у сви случајевима рањавања ватреним оружјем- у свим случајевима рањавања хладним оружјем

Радиограф ће документовати сваку везу унутрашњихоргана са страним телом које је најчешће од метала (аможе бити и другог хемијског састава).Предвиђање пута који је имао метак (или угао убоднеране) се лакше може реконструисати помоћу радиографа.На тај начин се такође може избећи непотребно сакаћењетела у патолошким испитивањима.У случајевима електрокуције, радиограф се можепоказати као веома користан у одређивању могућихдефеката електро-инсталација.

метак

нож

злостављање

Форензичка радиографија

Комбинацијом резултатапоређења облика вилице,типу пломби, распоредузуба и другимкарактеристикама може севеома поуздано закључитиидентитет особе.Зуби су један однајстабилнијих структура уљудском телу и денталнирадиграфски докази сетешко губе у процесураспадања тела, применоммеханичке силе илисагоравањем.

Дентална радиографија има посебно место у идентификацији тела. Користисе уколико су посмртни остаци веома распаднути, угљенисани, за масовненесреће, идентификацију непознате особе, потврду идентитета итд.У ту сврху потребно је имати дентални радиограф претпоставњене особе пресмрти који се затим упоређује са пост-мортем радиографом.

Идентификација особе чије је лице уништено до непрепознатљивости

Примена форензичке радиографије

Употреба денталне радиографије за одређивање старости особе

Могућности примене форензичке радиографије су велике. Овде ћемонавести само неколико од многобројних примера.

Једна од могућих примена денталне радиографије је за одређивање старостиособе. Наиме, до 15. године живота зуби расту устаљеним и добро познатимритмом што нам омогућава одређивање старости особе са грешком од ±1 год.

Још у 6. недељи трудноће јављају сепрви зубни замеци а минерализацијаистих се догађа већ у 14±2 недељи.Постојање неонаталне линије узубима новорођенчета је индикацијада је дете рођено живо као и времерођења.Према појави млечних/сталних зубаодређује се старост до 15. године.Године између 15 и 22 се могуодредити према појављивањуумњака.Патолошке промене на зубима могунам указати на старост после 22. год.

Занимљива је чињеница да се у току старења у дентину Л-аспартична киселиналинеарно пребацује у њен Д-изомер што такође може бити потврда старости.

Старост ?9 година

H1

H2

Одређивање пола и расне припадности, угљенисани остаци

Према одређеним морфолошкимкарактеристикама зуба може се (не са башвеликом прецизношћу) одредити и раснаприпадност.Угљенисане остатке је натеже испитивати алисе помоћу радиографа поступак може убрзати.Форма, хемијски састав и облик у коме сеналазе одређена ткива и хемијске супстанције(пуњења и протетике) су индикација отемператури којој је тело било изложено.

Због сличности зуба мушкараца и жена тешко их је искористити за одређивањепола. Највећи сексуални диморфизам може се приметити на мандибуларномочњаку (тројке у доњој вилици).Мезио-дистални дијаметар (ширина круницезуба) мањи од 6.7mm припада женама доквећи од 7mm припада мушкарцима (тачност је75%).Корени су код мушкараца у просеку дужи за3mm.

Слика угљенисаног остатка мандибуле и њен

радиограф

МикрорадиографијаМикрорадиографија представља технику којом седобија увећан снимак унутрашњостим неког објекатаприменом нискоенергијског X-зрчања 0.1–10 keV.Микрорадиографија нам показује просторну расподелумасе и елементарну композицију испитиваног узорка.Постоје четири основне микрорадиографске технике:(а) Контактна; (б) Пројекциона; (ц) Имиџинг; (д)Скенирајућа микрорадиографија.

Нпр. проценат садржаја органске материје у костима једиректно пропорционалан дужини времена које прошлоод када је ткиво положено (закопано).Степен минерализације костију може се посматратимикрирадиографијом пресека костију. Ткива која сустарија су калцификованија (радиографски гушћа) одмлађих.Такође, једна од техника која се користи у форезичкимиспитивањима је и Микро-ЦТ (Микрокомпјутеризованатомографија).

- Помоћу ње је могуће дати нпр. 3Д слику ране коју јепроузроковало хладно оружје на кости и реконструисативрсту оружја које је проузроковало повреду.

Принцип радиографског поређења

Овај принцип се заснива на поређењу анти и постмортемрадиографских слика неке особе.

антимортем снимци

постмортем снимци

Овај принцип може имати инедостатке јер (на примерпоређењем денталнихрадиографа) нико не можетврдити да није билотемпоралних промена у саставузуба као и евентуалнихпротетичких интервенција.

Такође, углови под којим суснимци нправљени се могубитно разликовати што отежавапоступак идентификације.

Радиографко поређење може веома доприосити формирањуконачне слике о испитиваном случају. Међутим, опрезност јепотребна из разлога што чак и једна радиографсканекомпатибилност може изазвати сумњу.

Принцип радиографског поређењаЈедан од могућих проблема приликом радиографског поређења је код кодособа у пре-адолесцентном периоду.Кости код деце нису прошле период окоштавања што се дошава тек касније уадолесцентном периоду.На пример, фронтални синуси нису присутни код новоређенчади и мале деце.Током сазревања, долази до формирања параназалних синуса.

Фронтални синуси

(радиограф)

Фронтални синуси

(ЦТ слика)

Поређење радиографа коштаних структура чест јепринцип у форензици.Ипак, проблем може настати уколико треба поредитидва различита типа снимања (класичан ренген филм иЦТ) поготову што радиограф представља 2Дрепрезентацију 3Д објекта.Присуство необичних морфолишких структураиндивидуе може знатно олакшати радиографскуидентификацију (нпр. изразита асиметричностфронталних синуса).За радиографско поређење могу се искориститирадиографи различитих делова тела. Ипак, важанчинилац је постојање анимортем снимака као ипредвиђање из којих све разлога је могло доћи доанатомских промена снимљених делова током живота.

Радиографски докази злостављања децеРадиографски докази су свакако једни од најзначајнијихсегмената у процесу откривања да ли је постојалозлостављање детета.Скелетална траума се може дијагностификовати код одприлике трећине злостављане деце при чему се већинаоваквих повреда догоди у прве 2 године живота.На радиографима злостављаног детета најчешће се могуприметити зарасли преломи дугих костију руку и ногу као ипреломи ребара. Процентно, преломи ексремитета сузаступљени 75%, лобања 34%, ребра 19%.Преломи Епифизе и Метафизе су у овим случајевима често само делимични(напрснуће) тако да је често потребно извршити и микрорадиографскаснимања.Оштећења костију се у овом узрасту могу направити вучењем, увртањем илиударањем. Овакве повреде често изазивају кидање периостеумске коштанемембране што изазива акумулацију крви (субпериостеално крварење).

Процеси зарастања костију се на радиографскимснимцима могу приметити као субпериостеалнекалцификације.Најчешћи узрок смрти злостављаног детета јетраума главе која се форензичким испитивањемможе разликовати од "случајних" повреда.

Радиографски докази злостављања децеВеома чест облик трауме код злостављаног детета су преломи ребара. Овакаввид повреде се у највећем броју случајева изазива наглим и интензивнимпритискањем грудног коша.Радиолог је тај који би на основудобијених снимака требао да да сугестијуо могућем злостављању детета.Уколико је услед злостављања дошло допуцања унутрашњих органа, то се неможе видети на радиографскимснимцима.У тим случајевима најбоља дијагностичкатехника је МРИ (Magnetic ResonanceImaging).

Прелом ребара

Зарастао прелом ребараНапукли панкреас (МРИ)

Радиоактивност и радиоактивно зрачењеЈезгра неких хемијских елемената су нестабилна насупрот нуклеарнимсилама које их држе заједно.Као резултат тога долази до спонтаних промена карактеристика (идентитета)тих елемената.Овај процес, посебно чест код елемената чији је редни број изнад 92, називасе радиоактивни распад а елементи који му подлежу називају серадионуклеиди (радиоактивни изотопи).Постоје 3 основна типа радиоактивних распада:

- α (алфа); где се из нестабилног језгра "избацује" језгро хелијума- β (бета); где се из нестабилног језгра "избацују" електрон и антинеутрино (код

β-) или позитрон и неутрино (код β+)- γ (гама); где се из нестабилног језгра избацује фотон

Процес радиоактивног распада описујемо једначином коју називамо законрадиоактивног распада:

ΔN / N = -λ Δt

N = Nо e -λt

Промена броја језгара ΔN у временском интервалу Δt

Број преосталих језгара N након времена t

λ Константа радиоактивног распада

α - распадИз нестабилног језгра "избацује" се језгро хелијума

Пример: 92238U → 90

234Th + 24He

• Из језгра се олобађа језгрохелијума (које је двострукопозитивног наелектрисања).• Редни бој елемента сепомера за два места у лево.

β - распадИз нестабилног језгра се "избацију" електрон и антинеутрино.

Фејманов дијаграм за β− распад.Неутрон се распада на протон,електрон и електронски антинеутриноW- бозона као интермедијера.

n → p + e- + νe + енергија

Неутрон се "претвара" у протон.Редни број елемента иде за један удесно.

β + распадИз нестабилног језгра се "избацију" позитрон и неутрино.

енергија + p → n + e+ + νe

Како се види из схеме, бета плус распад се (за разлику од бета минус) неможе одиграти без утрошка енергије.Разлог за то је што је маса неутрона већа од масе протона.Зато се овај тип распада може одиграти једино уколико је енергија везе упочетном језгру (мајка) мања него у насталом језгру (ћерка). Разлика у тименергијама иде на конверзију протона у неутрон.Редни број елемента се помера за једно место у лево.

К захват (електронски захват)енергија + p + e- → n + νe

Протон захвата електрон из К-љуске и претвара се у неутрон уз ослобађањенеутрина.

Догађа се у језгрима која су богата протонима где је бета плус распад маловероватан тј. када разлика енергија везе мајке и ћерке језгра није довољна(мања је од 2mec2).

γ - распадИз нестабилног језгра се "избацује" фотон.

Приликом овог типа радиоактивног распада елемент задржава својидентитет.Пример:

1327 Al* → 13

27 Al + γ + енергија

Овај вид распада се догађа уколико сејезгро налази у "побуђеном" стању.

Такође, гама зрачење чест је пратиоцосталих типова радиоактивнихраспада с обзиром да се после њихјезгро "ћерка" налази у побуђеномстању.

Апсорпција гама зрачења се можеописати формулом:

I = Io · e-μd

Јединице и уређаји за детекцијурадиоактивног зрачењаПостоји велики број метода помоћу којих се може детектовати радиоактивнозрачење и поменућемо само најосновније:Јонизациона комораГМ (Гајгер Милеров) бројачСцинтилациони детекторГерманијумски детекторДетектори алфа зрачања (Si кристални детектор)Филм, хемијски и остали детектори.

Јединице за радиоактивност- Бекерел (Bq) = број распада у јединици времена (1/s)- Кири (Ci) = 3.7 x 1010 распада у секунди (Бекерела)- Греј (Gy) = апсорбована енергија зрачења по јединици масе (J/kg)

Постоји још пуно јединица за радиактивност (које се примењују у зависностиод физичког процеса који се прати и врсте радиоактивног зрачења које семери: Rad, Rem, Sv, Röendgen ...).

Радиоактивна визуализација(сцинтиграфија)Радиоактивно зрачење се веома успешно може користити у дијагностичкојмедицини (нуклеарна медицина).Наиме, радиоизотопи се могу интерноузети a емитовано радиоактивнозрачење се може детектовати помоћудетектора као што је нпр. гама-камера.Као резултат се добија дводимензионаслика која представља расподелурадиоактивности која се налази у телу.

Помоћу мерења радиоактивности семоже добити и тродимензиона сликаи та техника се зове ПЕТ(позитронска емисионатомографија). У овој техници се утело убризга радиофармацеутик којиима особину да у току своградиоактивног распада дајепозитронску емисију. Ти позитрони сеу телу сусрећу са електронима иприликом тога долази доослобађања фотона.

Гама камера

ПЕТ скенер

Принцип радиоактивног обележавањаОвај принцип се заснива на употреби радиоактвног трејсера (обележивача)који представља супстанцију која садржи један или више радиоактивнихизотопа који се лако и ефикасно могу детектовати.Радиоактивни обележивач има исти хемијски састав као и метаболичкасупстанција коју желимо да испитамо и уноси се у систем у минималнимколичинама.Трејсер (обележени молекул) се понаша идентично као и необележени али онконстантно емитује зрачење које се може детектовати ГМ, сцинтилационимбројачем или неким другим детектором.

На овај начин можемо испитивати различитеметаболичке процесе у биљкама иживотињама.Велики број радиоактивних изотопа секористе као трејсери: 3H (бета распад), 32P(бета распад), 33P (бета распад), 11C(позитронска емисија), 14C (бета распад), 35S(бета распад), 123I (електронски захват, гамазрачење), 125I (електронски захват, гамазрачење) ...Посебан вид експеримената заснивају се наконкурентном везивању обележених инеобележених молекула за циљно једињење. ПЕТ слика

Радиоактивно обележавање у откривању процеса формирања и порекла липидаОтисак прста представља комплексну мешавинувеликог броја различитих хемијских супстанцијаразличитог порекла.У форензичким испитивањима отисака прстију великапажња се посвећује пореклу липида који се могудетектовати.Један од начина на који се могу проучавати липиди(њихово порекло и процес формирања) чинирадиоактивно обележавање.

Ауторадиограми из једне студије показали су да је порекло радиоактивности(инкубираног узорака поткожне масти из биопсије коже мерењем 14Cизотопа) пронађена у тоталном липидном екстракту, ограничена на сквален,воштане естре, триглицериде и фосфолипиде.Овим истраживањем је показано да холестерол и масне киселине нисупоказале значајнију радиоактивност.Ово нам даје знак да ли су ова једињења епидермалног порекла или супродукти лојних жлезда.Такође, познавање хемијског састава супстанција у отиску прста може намзнатно помоћи у одабиру адекватних реагенаса у циљу визуелизацијеотиска.

АуторадиографијаАуторадиографија (ауторадиограф) представља фотографију на филму илиплочи која је добијена као резулатат деловања радиоактивности илихемилуминесценције у процесу анализе фрагмената ДНК.

Касета за развијање ауторадиограма

Узорак ДНК се прво обележи радиоактивнимизотопом (као што је нпр. 32P) а затим се изложифилму осетљивом на радиоактивно зрачење.Хибридизација комплементарних фрагмената семоже тада детектовати увидом у мрљу (слику) којасе добија на филму.Радиоактивни сигнал на ауторадиограму (ауторад)се најчешће добија тако што се фрагмент људске(или бактеријске) ДНК комбинује са ДНКрадиообележене пробе.За потврду ДНК узорка често се користе радиограмимултилокусних проба. Провера генетских варијацијана више места увек даје поузданије резултате али изнатно компликованије ауторадиограме (ДНК отисакпрста).Локус је специфична локација гена тј. ДНК секвенцена хромозому.

Ауторадиограм

Употреба 35S у ауторадиографији

У ауторадиографији бета-емитер 35S се успешно може искористити задетекцију отисака прстију (који садрже сумпор), као и за детекцију слабовидљивих отисака на порозним материјалима (документима, новчаницама)који су добијени стандардним поступком користећи развијаче на бази сребра.У првом случају користи се гас сумпор-диоксид који је обележен сарадоактивном сумпором (35SO2). Отисци прстију се излажу овом гасу приликомчега се врши обележавање сумпора из узорка те он постаје радиоактиван. Каотакав, он нам може дати јасну радиографску слику отиска.

У другом случају, стандардно добијени отисак на комесе налазе трагови сребра (које се налази у Аg-типуразвијача) може се лакше протумачити уколико за тосребро вежемо 32S. Приликом овог поступка сребро секонверује у Ag2

35S, који је радиоактиван па нам такођеможе нам дати јасну радиографску слику.Проблем код ове методе је уколико позадина папирногдокумента на коме се налази отисак такође садржичестице сребра (нпр. у мастилу које се користи заштампање докумената или новчаница) јер ће и оно битиконвертовано у радиоактвни медијум и учинитидобијени ауторадиограф лошије видљивим.

Механизам мапирања коришћењемстабилних изотопаКао пример ове методе навешћемо мапирање психостимулансаметамфетамина који се често јавља на илегалном тржишту дроге.Ово хемијско једињење често се користи у медицинске сврхе као лек затретман различитих типова обољења.Међутим, због његове честе злоупотребе, у процесу његове производњеприступа се процесу изотопског обележавања овог једињења стабилнимизотопом 13C (који је природно присутан у концентрацији од 1.1%) којимсе намерно делимично измењује стандардни угљеник 12C.

Праћењем односа 12C/13C различитимфизичкохемијским методама(најчешће употребом гасно-масенеспектрометрије) може се поузданоутврдити порекло овог лека.Вештачко обогаћивање оваквихтипова лекова различитим врстамаизотопа је чест принцип којим севрши њихово мапирање и којегучесници у илегалној трговини овимпроизводима често нису свесни.

N-метил-1-фенилпропан-2-амин

Аналитичка токсикологијаИмуноесеји (радиоимунолошка анализа – РИА)

- Идентификација, детекција и квантификација различитих хормона у крви јевеома важна за форензичку токсикологију.

- На пример, присуство говеђег или свињског инсулина у крви особе која непати од дијабетеса може нам послужити као доказ тровања.

- Једна од метода за детекцију хормона у серуму је метод радиоимунолошкеанализе. Овај метод заснива се на компетицији обележаних и необележенихантитела за специфичне антигене у серуму.

- На овај начин можемо прецизно одредити количину антигена у серуму(хормона пакреаса, штитне и других жлезда).Принцип РИА методе:

- У овој методи се у првој фази вештачки, радиоактивно обележени, антигени(који су истог хемијског састава као и антигени у крви) везују за одговарајућаантитела. Мери се (почетна) радиоактивност.

- Даље се обележени антигени мешају са необележеним антигенима из крвипри чему се догађа њихова међусобна компетиција везивања за антитела.Опет се мери радиактивност.

- Уколико се изведе концентрациона зависност измерене радиоактивности занеколико познатих концентрација необележених антигена добићемокалибрациону криву са које се касније лако може очитати вредностконцентрације антигена у серуму за непознат узорак.

РИА – принцип методе

Идентификација животињске врсте из крви ифрагмената костију пРИА методомУ форензици веома је важно разликовати људске од животињских остатакаиз узорака крви и костију. За ову сврху често се користе протеинскиимуноесеји (пРИА).Принцип ове методе датира из 1980. године када је Ловенштајн открио да суизвесни протеини (као што је албумин или колаген) карактеристични заразличите животињске врсте.Ове протеине можемо идентификовати пРИА методом чак и из узорака којису стари 1.9 милиона година.У сврху радиоактивног обележавања антигена најчешће се користи 125I чијије период полураспада 59.4 дана (распада се електронским захватом узпратећу емисију гама зрачења енергије 35 keV, кога можемо лакодетектовати употребом сцинтилационог детектора).За употребу ове методе постоје разрађени сетови антитела који суспецифични за различите животињске врсте.

Радиактивно датирањеРадиактивно датирање је метода помоћу које можемо одредити старостнеког узорка мерењем затупљености одређених радиоактивних изотопа ињихових продуката који се у њему природно налазе.У зависности од типа радиоактивних изотопа које меримо, ова метода семоже користити за одређивање геолошке или археолошке старости.У сврху форензике, археолошка старост се најчешће одређује мерењемприсуства: 14C, 90Sr, 238U, 234U, 210Po, 210Pb, 238Pu, 239,240Pu i 137Cs у узорку.Основна једначина на основу које се прерачунава старост неког премета језакон радиоактвног распада

Пошто је А= λ N, док је, λ = ln2/T1/2 имаћемо једначину:

N = Nо e -λt Број преосталих језгара N након времена t

Преостала активност узорка након времена ttTln

/eAA⋅−

⋅= 21

2

0

На основу ове формуле видимо да ћемо мерењем активности неког узоркамоћи да закључимо колико је он стар уколико нам је позната његоваактивност на почетку и уколико знамо време полураспада радиоактивногизотопа који меримо.

Радиактивно датирање методом 14CОва метода се другачије зове и радиокарбонско датирање. Ова методакористи природно заступљени радиоактивни изотоп угљеника 14C да би сепроценила старост неког објекта који у свом саставу садржи угљеник.Овом методом можемо проценити старост предмета који је стар од 150 донајвише 52000 - 65000 година (археолошка старост).Разлог за то је што је време полураспада 14C једнака 5730 година.Овај изотоп угљеника би се давно распао да се на Земљи он константно неправи. У ствари, он се прави у атмосфери у реакцији:

Добијени 14C у облику CO2 долази у биљке па у животиње и у току живота јењегова концентрација константна у неком бићу. Када биће умре, не постојинормална размена 14C те његова концентрација временом опадараспадајући се по реакцији:

Мерећи колико је 14C остало у неком узорку (мерећи његову активност) миможемо израчунати колико је тај узорак стар.Мерење 14C методом је релативно скупа техника (до 800 USD по узорку).Такође, добијени резултати су поуздани само за период од 150 година до65000 година.

(неутрони се добијају у атмосфери деловањемкосмичких зрака; протона и алфа-честица, на њу)

што је бета минус радиактивни распад

Радиактивно датирање помоћу других изотопаПоред 14C за одређивање старости људских остатака могу се корисити и другиизотопи који су у микроконцентрацијама присутни у нама.Један од изотопа који је у вема малим концентрацијама присутан у костима је210Pb. Овај изотоп се добија као последица уношења путем хране и послераспада радиоактивног гаса 222Rn који удишемо током живота (222Rn се на крајураспадне до 210Pb).

Пошто 210Pb има период полураспадасамо 22.3 године, он се може искориститиза детекцију старости људских остатакакоји су скоријег датума (за разлику од 14Cгде је минимум 100 година).Занимљиво је поменути да се проценатприсутности одређених радиоактивнихизотопа у организму може искористити икао показатељ области у којој је одређенаособа живела.На пример, концентрација стронцијума90Sr у зубима је добар показатељ за то.

Изотопска анализаТакође, преко односа стабилних изотопанеких елемената (који нису радиоактивни)као нпр. 13C:12C; 15N : 14 N и 18O:16O можемоодредити порекло различитих живих бића.Уранова серија

Одрeђивање пост-мортем интервала методом 90Sr

Стронцијум 90Sr је вештачки добијен радиоактивни изотоп који се у атмосферупроширио након тестирања А-бомби у периоду од 1945. до 1979. године.Пошто је стронцијум аналог калцијума, може лако доспети у људске кости одаклесе може екстраховати и мерити.Занимљив је податак да је количина овог изотопа у северној хемисфери три допет пута већа него у јужној хемисфери.Овај радиоизотоп је бета-емитер са периодом полураспада од 28.8 година.

Мерења овог изотопа се могу вршити на бета-бројачима високе осетљивостипреко његове ћерка-изотопа итријума 90Y (који је такође бета-емитер али сапериодом полураспада од 64 часова).Наиме, итријум се прво одвоји од стронцијума, запише се време, па се сачека двенедеље да се постигне радиоактивна равнотежа између 90Sr и 90Y. Тада сеитријум одваја и мери на бројачу.

Алфа и гама спектрометријска анализа пост-мортем интервалаАлфа и гама спектрометрија су веома ефикасне за детекцију различитих врстарадиоактивних изотопа који се у траговима могу наћи у различитим типовимаљудских остатака.Ове методе се заснивају на мерењу енергије алфа и гама зрачења које супосебна карактеристика за сваки од изотопа (отисак прста радионуклеида).Силицијумски алфа и германијумски гама детектори високих перформанси сенајчешће користе за овакве типове анализа. У суштини методе је појава да се укристалу под утицајем зрачења различитих енергија ствара електронски ток којисе након појачања а затим путем вишеканалне анализе може преточити уинформације о типу и садржају неког изотопа.Ове методе су се почеле примењивати са развојем нових детектора и показале сусе веома кориснима јер је велики број изотопа који се може детековати овимпутем. Неки од њих су:

- Алфа спектрометријски: 210Po, 238U, 234U, 226Ra, 238Pu, 239Pu и 240Pu.- Гама спектрметријски: 228Ac (228Ra), 40K и 137Cs.

Занимљиво је поменутида се подаци мерења запостојање неких изотопабитно разликују у пре ипост нуклеарној ери, штоговори о радиоактивномзагађењу на глобалномнивоу.

Неутронска активациона анализа (НАА)Активациона анализа представља аналитичку технику у којој се користинуклеарна реакција да би се детектовали елементи у траговима.Неутронска активациона анализа је посебан подтип активационе анализе причему се за нуклеарну реакцију активирања елемента који се детектује користенеутрони.Да би извршили антивацију мете неутронима потребно је да поседујемонеутрнски извор. Неутронски извори могу бити нуклеарни реактори илабораторијски извори неутрона.Поступак је следећи: мету (коју представља наш елемент у траговима)бомбардујемо неутронима при чему језгро мете апсорбује неутрон. При овомпроцесу оно постаје радиоактивно.Пошто је сада наш елемент (мета) у траговима радиоактиван, можемо га меритистандардним методама за детекцију радиоактивности (различити типови бројачаи детектора). Обично је у питању бета минус и пратеће гама зрачење.Мерећи активност добијеног радиоактивног нуклеида можемо сазнати иконцентрацију микроелемента у узорку.

У процесу ове анализе се узорак неоштећује. Пошто су енергије ивремена полураспада различитихизотопа добрао познати, ова методасе може користити и за квалитативнуи за квантитативну анализу.У зависности од типа добијеноградионуклеида осетљивост овеметоде иде и до 10-12 грама.

ВЕ ЖБА

Употреба активационе анализе за детекцију "FDR"

Велики пробој на пољу употребе НАА у форензици имао је експеримент из 1964.године када је НАА метода искоришћена за квантитативну детекцију антимона ибаријума као FDR (Firearms Discharge Residues).Ова метода се и данас успешно користи за детекцију ових метала у који се утраговима могу наћи око места опаљења, рукама, одећи или рупама од метка.Проблем код ове методе је релативно ниска остљивост на присуство олова.У остацима опаљења морају бити присутни остаци баријума и антимона тако даје њихова детекција поуздан доказ. Пошто је НАА веома осетљива метода она семоже користити у ову сврху.Уколико изложимо баријум и антимон један сат неутронском флуксу од 2 ·1012

n/cm2s, детекциони лимит за баријум је 0.05 µg а за антимон чак 0.005 µg. Овајдетекциони лимит може бити повећан чак сто пута уколико се примени дужеозрачивање и јачи неутронски флукс.138Ba након своје активације и преласка у 139Ba даје читав низ гама зракакарактеристичних енергија http://ie.lbl.gov/toi/nuclide.asp?iZA=560139121Sb након своје активације и преласка у 122Sb даје такође низ гама зракакарактеристичних енергија http://ie.lbl.gov/toi/nuclide.asp?iZA=510122

Концентрација барутнихчестица у зависности одрастојања

X),n(X AA 1+γ

Електрон Парамагнетна Резонанција (ЕПР)• Основни принципи ЕПР технике- ЕПР је резонантна апсорпција микроталасног зрачења од страненеспареног електрона у присуству магнетног поља.

Терминологија

Electron Paramagnetic Resonance (EPR)Electron Spin Resonance (ESR)

Electron Magnetic Resonance (EMR)

EPR = ESR = EMR

Како се може добити ЕПР сигнал?1) Држи се константна микроталасна фреквенција а континуално се мења магнетно поље.2) На константном магнетном пољу се примењује пулс електромагнетних таласа.

Класични ЕПР инструмент

MS=±½

ЕлектронS (½)

ЈезгроI (½)

Izborna pravilaΔMS = ±1 (elektron)ΔMI = 0 (jezgro)

Спински нивои електрона и хиперфиноспрезање услед интеракција електронских инуклеарних спинова

E = gβBSz + (hA0)SzIzE = gβBSz + (a)SzIz(hA0 (Hz) -> a (G) g-faktor)

+½

-½

-½

+½

MI

ΔE1 ΔE2

-½

+½

MsB

“дублет”

a

1. Можемо детектовати и мерити слободне радикале и парамагнетне врсте2. Висока осетљивост (наномлоарне концентрације)3. Квалитативна & квантитативна техника

Зашто ЕПР?

Примери примене ЕПР:

- Врсте које имају неспарен електрон сам по себи (семихинони,нитроксиди, прелазни метали, делокализовани електрони ...)- Врсте које се могу детектовати методом спин-трапинга (супероксидни,хидроксилни, азот-моноксид, ... радикали)

Примена ЕПР технике у фроензици:

• ЕПР (електрон спин резонантна спектроскопија) има широку употребуу форензици. Крв, јетра, кожа, мека ткива и велики крвни судови сунајчешћи објекти проучавања у ЕПР форензичким испитивањима.• Иако је веома мали број супстанција природно ЕПР активно могућеих је помоћу различитих процедура ексцитовати у погоднопарамагнетично стање и учинито их ЕПР видљивим.

Примена ЕПР технике у форензичким испитивањима

• Као једна од метода користи се и додавање посебних ЕПР спинскиобележених молекула ткиву да би се могло закључити о временунастанка трауме.• ЕПР метода се у форензици може користити за једноставнуанализу присуства различитих агенаса у крви, серуму, урину иткивима (нпр. антипсихотика хлорпромазина или токсичногпараквата) преко хемијски или на други начин индукованихстаблиних или краткоживећих радикалских врста.• ЕПР спектрометрија се може применити за детекцијупарамагнетних врста које се добијају или као последицеизложености радиоактивном зрачењу (зубна глеђ, кости, кожа, коса)или као резултат деловања хемијских агенаса.• ЕПР датирање се као метода за одређивање времена смрти иливремена коагулације крви увелико користи у форензичкимиспитивањима нарочито у случајевима када то није могућереализовати употребом других метода.

Примена ЕПР технике за одређивање старости крви

Суштина ове методе је чињеница да крв на 77°К даје четирикарактеристична ЕПР пика на: g = 6.2 (g6), 4.3 (g4), 2.27 (H) и 2.005 (R).Ова појава се јавља услед постојања: ferric high-spin, ferric non-heme, ferriclow-spin и осталих слободнорадикалских врста, респективно.Установљено је да приказ логаритма односа интензитета ЕПР сигнала H/g4у зависности од логаритма времена од тренутка крварења, представљалинеарну зависност и то у периоду од чак 432 дана (са грешком одмаксимално 25%).Ипак, извесни спољашњи фактори каошто су на пример: различита подлогаапсорбанта, изложеност светлошћу ифлуктуације у температури, могуутицати на прецизност добијенихрезултата.На слици су приказани ЕПР спектри на77°К осушене људске крви првог (горе)и 775 (доле) дана после екстраховања.Као стандардна g-вредност узет је пиктетрацијаноквинод иметан литијумовесоли (TCNQ-Li) на g=2.00252.Запазити промене код релевантнихЕПР пикова.

Примена ЕПР технике за одређивање експозиције високим дозама зрачења (ЕПР дозиметрија)

ЕПР техника је најефикаснији метод да би се открила изложеност некогпредмета или живог бића високим дозама радиоактивног зрачења.У суштини ове методе је појава да јонизујуће зрачење у ткивимаиндукује појаву слободних радикала и то да је количина произведенихрадикала сразмерна апсорбованој дози радиоактивног зрачења.ЕПР методом се могу детектовати сигнали који се јављају у различитимтиповим ткива: костима, дентину и зубној глеђи.Као једна од најчешће коришћених техника примењује се ЕПРдозиметрија зубне глеђи. Она се базира на одређивању концентрације•(CO3)2- јон-радикала у хидроксиапатиту (минералу који је саставни деозубне глеђи).Повољно је то што је •(CO3)2- јон-радикал дугоживећи и што се временом(годинама) акумулира у глеђи.Такође, различити људски продукати: крв, пљувачка, урин, фецес имајувелики број специфичних биомолекула који имају карактеристичне ЕПРсигнале. Сви они се, уз адекватно познавање биохемијских механизама,могу повезати са различитим патолошким стањима и у вези с тим сесвакодневно изводи велики број научних истраживања.Треба само имати у виду то да је већина оваквих испитивања и даље упроцесу развоја тако да често још увек не могу да се употребе каопоуздани форензички докази.

МРИ

Magnetic Resonance Imaging

Језгра у магнетном пољу Bo

Језгра са I≠0

+Магнетно поље Bo

Прецесија спина језгра у Bo и раздвајање по енергијама

Цепање енергијских нивоа спинова у спољашњем магнетном пољу B0

E = hν = ∆E = γ (h/2π) B0

Резонантна апсорпција (радиофреквентна област)

Шта се све види на МРИ слици?

Вода? – Да (H2O)Маст ? – Да (CH2)Протеини? – Не (мало их је), али утичу на сигнал околне воде

Мека ткива? – Да. Кости? – Делимичноa) коштана срж? Да (садржи воду и маст) b) кортекс? Не (нема покретљивих протона)Ваздух? – Не