Исследование наложений взрывчатых веществ и продуктов их взрыва на биологических объектах методом капиллярного электрофореза

Publication in electronic media: 08.10.2011 under http://journal.forens-lit.ru/node/339
Publication in print media: Актуальные вопросы судебной медицины и права, Казань 2011 Вып. 2

Республиканское бюро судебно-медицинской экспертизы МЗ РТ

В последние два десятилетия в мире отмечен активный интерес к новому, интенсивно развивающемуся методу разделения сложных смесей – капиллярному электрофорезу (КЭ), позволяющему анализировать ионные и нейтральные компоненты различной природы с высокой экспрессностью и уникальной эффективностью.

В России работы, связанные с изучением возможностей метода КЭ и его аналитических приложений, стали появляться лишь в последние годы, что в существенной степени инициировалось созданием отечественных приборов для капиллярного электрофореза.

Системы капиллярного электрофореза «Капель», разработанные и выпускаемые научно-производственной фирмой аналитического приборостроения «Люмэкс» (г. Санкт-Петербург), являются первым в России и СНГ серийным семейством приборов, внесенных в Госреестр средств измерения [1].

Фирмой "Люмэкс" также были разработаны и метрологически аттестованы методики определения катионов щелочных и щелочно-земельных металлов и важнейших неорганических анионов применительно к системам капиллярного электрофореза "Капель" [1].

В настоящее время в экспертной практике при проведении исследований взрывчатых веществ и продуктов их взрыва наряду с тонкослойной хроматографией, высокоэффективной жидкостной и газовой хроматографией развивается метод капиллярного электрофореза. Интерес к данному методу обусловлен рядом причин, среди которых: простота аппаратуры, малая энергоемкость, малый расход реактивов, возможность анализировать ионные и нейтральные компоненты различной природы с коротким временем анализа и уникальной эффективностью разделения компонентов, не достижимой хроматографическими методами.

В работах [2, 3, 4, 5] экспериментально показано, что методом капиллярного электрофореза эффективно решаются задачи судебной взрывотехнической экспертизы по исследованию как собственно взрывчатых веществ, порохов, пиротехнических составов, так и продуктов их взрыва и сгорания.

Совместными работами, проведенными в ГУ «Средне-Волжский региональный центр судебной экспертизы Минюста России» и Бюро судебно-медицинской экспертизы МЗ РТ, показана возможность применения системы капиллярного электрофореза «Капель» и имеющихся методик [2, 3, 6, 7] для исследования наложений продуктов взрыва на биологических объектах.

В качестве объектов исследования использовались как реальные объекты судебной экспертизы: одежда с трупов со следами продуктов взрыва, загрязненная биологическими тканями, смывы с кожных покровов, а также модельные смеси экстрактов жировых отложений с экстрактами взрывчатых веществ.

Исследования проводились на приборе производства НПФ «Люмэкс»: системе капиллярного электрофореза «Капель-105» со спектрофотометрическим детектором 190-380 нм. Прибор оснащен капилляром из плавленого кварца внутренним диаметром 75 мкм, эффективной длиной 500 мм при общей длине 600 мм. Сбор и обработка информации осуществлялась с помощью программного обеспечения «МультиХром для WINDOWS» версия 1,5х.

1. Индивидуальные взрывчатые вещества и их смеси

Экспериментально было установлено, что при исследовании продуктов взрыва взрывчатых веществ органического происхождения, экстрагированных ацетоном и ацетонитрилом с биообъектов по методике и при условиях, приведенных в работах [2, 3, 6], обеспечивается эффективное обнаружение следовых количеств взрывчатых веществ и разделение их с примесями, содержащимися в растворах проб.

В качестве примера на рис.1 приведена электрофореграмма ацетонитрильного экстракта, полученного с предметов одежды трупа после взрыва ручной гранаты РГН (разрывной заряд – флегматизированный гексоген). При этом участок поверхности одежды с наложением продуктов взрыва имел загрязнения как биологическими тканями, так и грунтом. На рис.2 – электрофореграмма экстракта смыва с кожного покрова трупа после взрыва ручной гранаты Ф-1 (разрывной заряд – тротил).

Рис. 1 Электрофореграмма ацетонитрильного экстракта с предметов одежды трупа с наложением продуктов взрыва флегматизированного гексогена

Рабочий электролит - 10 мМ борат+60 мМ ДДСН, напряжение +25 кВ, детектирование 200 нм, + 20°С

Рис. 2 Электрофореграмма экстракта продуктов взрыва тротила с кожного покрова трупа.

Рабочий электролит - 10 мМ борат+40 мМ ДДСН, напряжение +25 кВ, детектирование 230 нм, + 25°С

2. Смесевые взрывчатые вещества и пиротехнические составы

Особенностями рецептур смесевых взрывчатых веществ (аммонитов и др.), в том числе и смесевых порохов (дымные пороха), а также пиротехнических составов является наличие в них большого содержания (40-95%) неорганических окислителей (нитраты, хлораты, перхлораты и др.), растворимых в воде. Следовательно, одним из основных признаков наличия следов и продуктов сгорания и взрыва таких веществ является обнаружение следов неорганических окислителей. Поэтому наиболее важным этапом исследования таких систем и следов их взрыва и сгорания является катионно-анионный анализ водных экстрактов веществ и смывов наложений продуктов их взрыва или сгорания.

Основным признаком наличия следов окислителя является обнаружение нитрат-ионов, хлорат-ионов или перхлорат-ионов. В этой связи анионный анализ является первым этапом, результаты которого определяют дальнейший ход исследований.

Экспериментально было установлено [7], что разделение хлорат- и перхлорат-ионов друг с другом, а также и другими анионами с хорошим разрешением достигается при использовании хроматного электролита, в состав которого входят только оксид хрома (VI) и диэтаноламин. При этом порядок выхода ионов – хлорид, нитрит, нитрат, сульфат, перхлорат, хлорат (см. рис.3).

Рекомендуются следующие оптимальные условия определения анионов: концентрация хромата в ведущем электролите ~15-20 мМ, рН ~ 6,6-7,2, температура капилляра 20-25°С, напряжение –20–25 кВ.

Нижний предел измеряемых концентраций исследуемых анионов при таких условиях составляет: для хлорида 0,5 мг/дм³; для нитрита 0,2 мг/дм³; для нитрата 0,2 мг/дм³; для сульфата 0,2 мг/дм³; для перхлората и хлората 0,5 мг/дм³.

Рис. 3. Электрофореграмма раствора смеси анионов

С использованием такого ведущего электролита эффективно определяется и сульфид-ион, при этом этот ион мигрирует за хлорид-ионом, полностью разделяясь. Электрофореграмма модельного раствора, содержащего хлорид-, сульфид-, нитрит-, нитрат- и сульфат-ионы показана на рис.4.

Рис. 4. Электрофореграмма модельного раствора анионов(ведущий электролит - 15 мМ CrO₃, 30 мМ ДЭА; ввод пробы - гидродинамический, 30 мбар^х10 с.; анализ - 17 кВ. Температура +20°С, детектирование: 374 нм)

Катионный анализ. Определение неорганических катионов проводится в соответствии с рекомендациями методики, разработанной фирмой «Люмэкс» [1]. Данная методика позволяет определить все наиболее важные катионы неорганических окислителей и специальных неорганических добавок, входящих в рецептуры наиболее распространенных пиротехнических составов и смесевых взрывчатых веществ.

В этой методике используется ведущий электролит следующего состава: 10 мМ бензимидазол + 5 мМ винная кислота + 2 мМ 18-краун-6.

Первыми мигрируют пики аммония и калия, после калия – пики натрия, лития, магния, стронция, бария и кальция (см. рис.5).

Рис. 5. Электрофореграмма раствора смеси катионов

Нижний предел измеряемых концентраций составляет: для аммония, калия, натрия, стронция, кальция – 0,5 мг/дм³, для лития – 0,02 мг/дм³, для магния – 0,25 мг/дм³, для бария – 0,05 мг/дм³.

Проведенные исследования показали возможность и эффективность применения описанных методик для исследования продуктов взрыва и сгорания взрывчатых веществ и пиротехнических составов в судебно-медицинской практике при исследовании взрывной травмы.

Список литературы

1. Комарова Н.В., Каменцев Я.С. Практическое руководство по использованию систем капиллярного электрофореза «КАПЕЛЬ». – СПб., 2006.
2. Будников В.Н., Каменцев Я.С., Кондратьев В.В., Цветкова В.Н. Применение метода капиллярного электрофореза в практике судебной взрывотехнической экспертизы // Судебная экспертиза. – 2005. − №3. – С.63–70.
3. Будников В.Н., Каменцев Я.С., Кондратьев В.В., Цветкова В.Н. Аналитические возможности систем капиллярного электрофореза «Капель» в судебной взрывотехнической экспертизе // Теория и практика судебной экспертизы и криминалистики. Сб. науч. тр. – Х., 2008. – Вып.8. – С. 277–287.
4. Northrop D.M., Martire D.E., McCrehan W.A. Separation and identification of organic gunshot and explosives constituents by micellar electrokinetic capillary electrophoresis // Anal. Chem. 1991:63 (10) P.1038-42.
5. Casamento S., Kwok B., Roux C., Dawson M., Doble P. Optimization of the separation of organic explosives by capillary electrophoresis with artificial neural networks // JFS. 2003. V. 48, №5. P.1775-1083.
6. Давыдов М.В., Спиридонов В.А., Будников В.Н. Возможность использования системы капиллярного электрофореза «Капель» при лабораторном исследовании взрывной травмы // Актуальные вопросы судебно-медицинской теории и практики: материалы межрегион. научно-практ. конф., посвящ. 75-летию судебно-мед. службы Киров. обл.: сб. науч.тр./ под ред. В.В. Колкутина и др. – Киров, 2010. − С. 358-364.
7. Давыдов М.В., Спиридонов В.А., Будников В.Н., Петросянц Т.Г. Применение метода капиллярного электрофореза для исследования продуктов взрыва и сгорания смесевых взрывчатых веществ и пиротехнических составов в судебно-медицинской практике // Судебно-медицинская экспертиза. – 2010. − № 2. − С. 35-38.