Ab10_72

Fakultet za fizicku hemiju

Fizicko – hemijska analiza u forenzici; Deseti cas: 28.05.2012.

Covek generalno ne zraci, medjutim ako coveku ubrizgamo odredjene radioaktivne izotope, sto se cesto radi kada se snima PET skener, covek pocinje da zraci i onda se covek stavi u odredjen detektor zracenja gde se moze videti aktivnost odredjenih organa. Radioaktivni obelezivaci su specijalne supstance koje sadrze radioaktivne izotope. Radioaktivni obelezivac ima isti hemijski sastav kao i metabolicka supstanca koju zelimo da ispitamo, ali se u njemu nalaze atomi koji su radioaktivni. Nas organizam na zalost nije sposoban da prepozna nesto sto je radioaktivno tako da on to nece smatrati za strano telo. Nas organizam apsorbuje te molekule. Na taj nacin mozemo da ispitujemo razlicite metabolicke procese u ljudima, biljkama i zivotinjama. Radioaktivni izotopi koji se koriste za obelezavanje su: 3H ( tricijum koji je β radioaktivan ), 32P ( fosfor ), 33P, 11C ( emituje pozitron ), 14C, 35S ( sumpor ), 123I ( jod ), 125I. Svi oni su u manjim dozama bezbedni.

Otisak prsta je jedan otisak masnoce koji ostavljamo na predmetu. Problem je u tome ako zelimo da detektujemo poreklo neke masnoce. Da bi odredili poreklo lipida moramo da koristimo neku od metoda radioaktivnog obelezavanja i ono sto se dobije kao rezultat se zove autoradiogram. Autoradiogram je prakticno slika rasporeda radioaktivnosti odredjenog uzorka. Poznavanje hemijskog sastava supstanci koje se nalaze u otisku prsta moze nam znatno pomoci u odabiru adekvatnih reagensa u cilju vizualizacije otiska.

Autoradiografija je skupljanje informacija koje su dobijene tako sto svakog casa uzorak zraci i onda te zrake skupljamo na fotografsku plocu, znaci ne upotrebljavamo spoljasnje zracenje nego vec onu radioaktivnost koja je prisutna u uzorku. Na taj nacin mozemo svasta da obelezavamo kao npr uzorke DNK koji se uglavnom obelzava 32P a zatim ga izlozimo filmu osetljivom na radioaktivno zracenje. Dobija se otisak filma tj. autorad. Taj autorad mozemo dobiti na vise razlicitih nacina, koriscenjem razlicitih tipova radioaktivnih izotopa.

35S se vrlo cesto koristi u autoradiografiji zbog toga sto je vrlo lep β emiter , lako mozemo da ga snimimo na razlicitim uredjajima. Otisci prstiju u svom sastavu sadrze sumpor i kada imamo otisak prsta na nekom materijalu koji je vrlo porozan ( novcanice, dokumenti, tkanine... ), kada probamo da razvijemo otisak pomocu nekog razvijaca i pokusamo da ga vizualizujemo, ali nam ne ide kako treba onda uzimamo taj predmet i izlazemo ga dejstvu SO2 sumpor - dioksida ( stavljamo u komoru ), gde je sumpor obelezen sa 35S ( radioaktivan sumpor ), i kada se taj otisak izlozi delovanju 35S, sam sumpor vrsi zamenu onog sumpora koji se nalazi u nasim lipidima i taj otisak postaje vidljiv na specijalnom skeneru koji moze da detektuje radioaktivnost. To se radi kada prethodno nije uradjeno fiksiranje pomocu nekog jedinjenja srebra. Ali ako smo vec fiksirali pomocu srebra onda se preko srebra predje 32S, i onda napravimo jedinjenje Ag2

35S srebro sulfid, pri cemu je sumpor radioaktivan, dobija se radioaktivan otisak, i stavlja se ispod specijalne kamere koja moze da detektuje radioaktivnost i dobijamo autorad. Problem sa ovom metodom je ako se otisak nalazi na nekom materijalu na kome se vec nalazi srebro ( srebro se moze koristiti za stampanje dokumenata i novanica ), tako da ako fiksiramo otisak sumpordioksidom moze da nam zraci i pozadina, onda se u tom slucaju ne radi prethodno fiksiranje srebrom nego se direktno izaziva sumporom.

Koriscenjem stabilnih izotopa se vrsi mapiranje odredjenih psihostimulansa ( droga ) kao sto je metamfetamin. On se cesto nalazi na ilegalnom trzistu, medjutim se taj lek klasicno koristi kao lek za tretman razlicitih tipova oboljenja. Prozivodi se u fabrikama razlicitih farmaceutskih kuca. Posto se pojavio problem u njegovoj zloupotrebi jer mnogi hemicari znaju kako da ga naprave ( i vrlo lako ga je napraviti ) oni sintetisu taj lek i onda se ne zna da li je taj lek posledica ilegalne prozivodnje ili standardne legalne proizvodnje. Onda se doslo do dogovora da farmaceutske kuce u kojima se proizvodi ovaj lek da u procesu njegove prozivodnje pristupe procesu izotopskog obelezavanja ovog jedinjenja stabilnim izotopom ugljenika 13C kojim se namerno delimicno izmenjuje standardni ugljenik 12C. Posebnim maseno spektrometrijskim metodama se meri odnos 12C i 13C u uzorku i onda se moze odrediti da li je lek dobijen legalnom ili ilegalnom proizvodnjom. Ljudi koji se bave ilegalnom prozivodnjom obicno ne znaju za ovakvo mapiranje, a i da znaju ne mogu da dodju do izotopa ugljenika jer ga je tesko napraviti.

Analiticka toksikologija je primena razlicitih radio izotopa da bi mogli da detektujemo prisustvo odredjenih proteina, antitela koje imamo u organima. Ta metoda se zove radioimunoloska analiza ( RIA ). Recimo ljudi koji su bolesni od secerne bolesti – dijabetesa uzimaju razlicite produkte insulina ( uglavnom govedji i svinjski insulin ), koji povecavaju kolicinu ovog hormona da bi omogucili



“celijama” da absorbuju secer koji se nalazi u krvi. Ako imamo prisustvo govedjeg ili svinjskog insulina kod osobe koja nije dijabeticar, znaci da je u pitanju trovanje. Da bi se odredio tip insulina koriste se specijalni kitovi ( kompleti ) koji su tako napravljeni da imaju specificna antitela. Ta specificna antitela se vezuju za specificne antigene koji se nalaze u krvi tako da recimo sva antitela nece da se vezuju za bilo koji anti gen. Ako hocemo bas specificno da odredimo moramo da imamo specificni kit ( koji se vezuje za ljudski insulin, svinjski insulin... ). Ovaj metod se zasniva na kompetenciji obelezenih i neobelezenih antitela za specificne antigene u serumu. Na ovaj nacin mozemo precizno odrediti kolicinu antigena u serumu. Princip se zasniva na tome sto se prvo vestacki, radioaktivno obelezeni, antigeni vezuju za odgovarajuca antitela i meri se pocetna radioaktivnost. Zatim se obelezeni antigeni mesaju sa neobelezenim antigenima iz krvi pri cemu se dogadja njihova medjusobna kompetencija vezivanja za antitela gde se opet meri radioaktivnost. Zatim se pravi kalibraciona kriva sa koje se kasnije lako moze ocitati vrednost koncentracije antigena u serumu za nepoznat uzorak ( ova metoda se koristi za odredjivanje hormona stitne zlezde ).

Proteinska radioimunoloska analiza ( pRIA ) se zasniva na koriscenju ( analiziranju ) proteinskih imunoeseja. U forenzici je vrlo vazno razlikovati ljudske od zivotinjskih ostataka. Kada radimo iskopavanja moramo znati da li je u pitanju ljudski ili zivotinjski protein. Postoje odredjeni kitovi koji se koriste, i pomocu ove metode se mogu identifikovati uzorci koji su stari i do 1,9 miliona godina. U svrhu radioaktivnog obelezavanja antigena najcesce se koristi 125I ciji je period poluraspada 59,4 dana i on emituje gama zracenje koje je energije 35 keV koje se veoma lako moze detektovati scintilacionim detektorom. Razliciti tipovi kitova se koriste za odredjivanje razlicitih tipova tkiva.

Radioaktivno datiranje je jedna od najefikasnijih metoda kako mozemo da odredimo starost nekog uzorka koji je dugo vremena bio zakopan negde duboko ispod zemlje. Imamo 2 osnovna tipa radioaktivnog datiranja, to su radioaktivno datiranje koje se odnosi na arheolosku stranu i radioaktivno datiranje koje se odnosi na geolosku stranu. Izotopi koji se koriste za arheolosku starost su: 14C, 90Sr, 238U, 234U, 210Po, 210Pb, 238Pu, 239,240Pu i 137Cs. Osnovna jednacina koja se koristi za izracunavanje starosti nekog predmeta je zakon radioaktivnog raspada koji glasi N = N0 e –λt medjutim kada pomnozimo levu i desnu

jednacinu sa λ onda cemo da imamo λN = λN0 e

−¿2

T12

t gde je λ = In2/T1/2.

λN se obelezava sa A i naziva se radioaktivna aktivnost nekog uzorka i onda dobijamo da je

A = A0 e

−¿2

T12

t gde je t vreme raspada aktivnog izotopa. Ako mi zelimo da odredimo starost kosti nekog

faraona moramo da izmerimo kolika je aktivnost te kosti ( a to je ovo A broj neraspadnutih izotopa), tj ono sto je ostalo, zatim moramo da znamo koliko je A0, tj radioaktivnost pre nego sto je kost pocela da se raspada. U ljudima ipak ima malo radioaktivnosti zbog toga sto se odvija jedan zanimljiv proces u atmosferi. U atmosferi ima dosta neutrona koji bombarduju atome azota i taj neutron se ugura u azotovo jezgro i azot postane nestabilan i pocinje da zraci, zatim se taj neutron sa azotom pretvara u 14C + proton. 14C moze da predje u CO2 i taj prakticno radioaktivni ugljenik koji ima period poluraspada od 5730 godina se nalazi u CO2. Mi zatim iz atmosfere pocinjemo da dobijamo radioaktivni ugljen dioksid, koji nije samo CO2 nego mu ugljenik nije 12 nego 14. Taj ugljenik mi udisemo, unosimo kroz hranu tako da polako tokom zivota imamo odredjenu kolicinu 14C u nasem organizmu. Dok smo zivi ta kolicina je konstantna tokom citavog zivota, ali kada covek umre ( kada je zakopan ), covek ne dise, ne jede i nema kontakta sa spoljasnjom atmosferom, i kolicina 14C polako opada. Posle 2000 godina iskopana kost faraona je manje radioaktivna nego kost nekog egipcanina. A0 je izmerena radioaktivnost zivog egipcanina, a A je iz kosti faraona. Pomocu toga racunamo vreme koliko je nesto staro. Problem ove metode je sto je skupa, i ne moze se odrediti nista sto je mladje od 150-200 godina i ne moze se odrediti nista starije od 65000 godina jer se taj ugljenik u potpunosti raspao, kao i problem sto kolicina 14C varira tokom godina ( Japan, Cernobilj ). Ova metoda sve vise i vise postaje neprecizna.

Drugi radioaktivni izotopi imaju mnogo duze vreme poluraspada kao npr: 238U, 210Pb, 222Rn. To vreme poluraspada je mereno milijardama godina, tako da merenjem tih izotopa mozemo izracunati



starost necega mereno milionima godina. Sve je to pod uslovom da je radioaktivan raspad konstantan. U odredjenim slojevima sfere postoje radioaktivni elementi kao sto je U. Uranijum je jedan od nastarijih elemenata, standardni izotop 238U se nalazi u raznim slojevima zemlje, mineralnim slojevima. Mi smo svakodnevno u kontaktu sa razlicitim tipovima uranijuma. Problem je kada se 238U se alfa raspadom raspada na 234Th koji je takodje radioaktivan, pa prelazi u 234Pa, pa u 234U, zatim u 230Th, pa u 226Ra i u 222Rn koji je veoma radioaktivan izotop gasovitog stanja koji alfa raspadom prelazi u Po. Za taj raspad je potrebno samo par godina. Tako se moze udahnuti alfa zracenje koje je najopasnije zracenje. Na osnovu prisusnosti odredjene kolicine radioaktivnih izotopa mi mozemo da odredimo koje je vreme proslo, jer na osnovu raspada se zna tacno vreme. Na osnovu prisutnosti odredjenih izotopa mozemo da odredimo iz koje je oblasti nesto poteklo. Na primer, koncentracija stroncijuma 90Sr ( vestacki radioaktivni izotop ) je blizu kalcijuma koji moze da se zameni sa Sr i dobar pokazatelj oblasti odakle je odredjena osoba. Moze da se odredi starost od 30 do 150 godina.

Alfa i i gama spektrometrija su veoma efikasne za detekciju razlicitih vrsta radioaktivnih izotopa. U razlicitim tkivima imamo razlicite tipove alfa i gama emitera. Alfa spektrometrijski su: 210Po, 238U, 234U, 226Ra, 238Pu, 239Pu, 240Pu, dok su gama spektrometrijski 228Ac, 40K, 137Cs. Silicijumski alfa i germanijumski gama detektori visokih performansi se najcesce koriste za ovakve tipove analiza. Kolicina alfa emitera se u toku istorije povecavala.

Neutronska aktivaciona analiza ( NAA ) je specijalna metoda gde koristimo nuklearnu reakciju da bi ispitali elemenate u tragovima. Kada imamo malu kolicinu nekog elementa, ( u tragovima, jako mala koncentracija ) i treba detektovati tragove tog elementa, za to se koristi NAA. Ta analiza radi na taj nacin, tako sto imamo metu izotop i tu metu ozracimo neutronima ( velikom dozom neutrona), zatim taj neutron uleti unutra u metu i kada neutron uleti u metu tj. jezgro nekog elementa onda ta meta postaje radioaktivna i zraci gama zracenje i mi prakticno mozemo da merimo gama zracenje i na osnovu toga koliko je jako gama zracenje mozemo da zakljucimo kolika je koncentracija tj. masa datog uzorka na pocetku. Gama zracenje je veoma specificno. Da bi izvrsili aktivaciju mete neutronima potrebno je da posedujemo neutronski izvor. Neutonski izvori mogu biti nuklearni reaktori i laboratorijski izvori neutrona. Uzorak se prvo mora ozraciti u reaktoru da bi postao radioaktivan i da bi se kasnije moglo izvrsiti detektovanje. Osetljivost ove metode je do 10-12 grama.NNA se koristi i za odredjivanje barutnih opaljenja. U barutu se nalaze barijum i antimon kao hemijski elementi. Ako ih ozracimo sa velikim neutronskim fluksom oni postaju radioaktivni i onda mozemo da detektujemo gama zracenje koje emituju barijum i antimon. Standardna procedura je ako jedan sat barijum i antimon izlozimo neutronskom fluksu od 2·1012 n/cm2s, detekcioni limit za barijum je 0.05µg a za antimon cak 0.005µg.

Elektoni su uglavnom spareni, medjutim ponekada postoje elektroni koji nemaju svog para. Taj elektron se krece sam po svojoj putanji. Kada imamo takav element sa “usamljenim” elektronom onda se ti elementi nazivaju elementi sa nesparenim elektronima ili paramagnetici. Celo jezgro tog atoma je mali magnet. Kada uzmemo taj mali magnet i stavimo ga u jaku magnetnu plocu doci ce do toga da se energetska stanja tog malog magneta pocinju cepati. Odjednom ce taj jedan atom moci da krene da apsorbuje energiju koja je jednaka energiji cepanja tog malog magnetnog nivoa na 2 nivoa. Kada imamo tako nesto sto se nalazi u magnetnom polju, mozemo da ozracimo taj sistem sa elektromagnetnim zracenjem i mikrotalasima. On ce poceti da apsorbuje mikrotalase. Taj proces absorbcije energije od strane nekog sistema se zove rezonantna absorbcija energije od strane nekog sistema. Ako uzmemo taj mali magnetic i stavimo ga bez magnetnog polja i zracimo ga nekim mikrotalasima on nece absorbovati energiju, ali ako je u magnetnom polju on ce krenuti da absorbuje. To je fizicki fenomen. Na osnovu toga koju energiju apsorbuje mozemo da zakljucimo puno stvari o nekom sistemu. Ta metoda se zove elektron paramagnetna rezonanca ( EPR ).

Suprotno od EPR postoji nesto sto se zove nuklearna magnetna rezonanca. Razlika je to sto smo kod EPR imali taj mali magnetic, a kod nuklearne imamo jezgro koje ima svoj magnetni momenat, samo jezgro je magnetno. Nisu sva jezgra magnetna, vecina jezgra kao npr 12C ima 6 protona i 6 neutrona, svaki proton je sparen sa svojim protonom i svaki neutron je sparen sa svojim neutronom. Medjutim, ako imamo jezgro koje nema sa kime da se spari ( ima jedan od nukleona koji nema sa kime da se spari), recimo 13C, on ima proton vise, i taj proton nema sa kime da se spari i onda celo jezgro postaje mali



magnetic. Kada taj proton stavimo u magnetno polje moci ce da absorbuje radiotalasnu energiju od strane jezgra i to se zove nuklearna magnetna rezonanca.

Pomocu EPR-a mozemo u forenzickim ispitivanjima da detektujemo razlicite stvari. Koriscenjem EPR tehnike se moze odrediti starost krvi ( na osnovu gvozdja koje se nalazi u krvi ), za odredjivanje ekspozije visokim dozama zracenja, za prisustvo razlicitih agenasa u krvi, serumu, urinu, tkivima, za odredjivanje vremena smrti...

MRI se koristi za snimanje preseka ljudskog tela. Problem je sto mora da se koristi veliki magnet koji je jako skup, i samo snimanje je jako skupo, generalno se snimaju zivi ljudi. Na MRI slici mozemo da vidimo vodu jer u sebi ima vodonik, kiseonik ne mozemo videti zbog ugljenika, mast mozemo videti, proteine tesko da mozemo da vidimo, meka tkiva su vidljiva, korteks ne mozemo, kao ni kost ( kalcijum ) ali mozemo videti kostanu srz koja je sastavljena od proteina, masti, vode... Vazduh se takodje ne moze videti.

Documents

Ab10_72