Виталий Митричев - Основы криминалистического исследования материалов, веществ и изделий из них

Элементный состав широкого круга веществ и материалов преимущественно определяется анализами: спектральным эмиссионным, лазерным микроспектральным, атомным абсорбционным, рентгеновским микроспектральным и некоторыми другими (рис. 28).

Рис. 28.Система методов исследования элементного состава веществ и материалов

В эмиссионном спектральном анализе (ЭСА) для получения спектров исследуемого вещества отбирают пробу и вводят ее в источник излучения (атомизатор). Здесь твердые и жидкие пробы испаряются, соединения диссоциируют и свободные атомы (ионы) переходят в возбужденное состояние. Испускаемое ими излучение раскладывается в спектр и регистрируется (или наблюдается визуально) с помощью спектрального прибора.

Каждый химический элемент имеет свой характерный спектр испускания, распознаваемый по заранее изученным аналитическим линиям. Выявив такие линии в спектре исследуемого вещества и измерив их интенсивность, определяют качественный состав и количественное содержание компонентов в пробе.

ЭСА является одним из наиболее распространенных методов качественного и количественного элементного анализа минерального состава объектов и используется для изучения элементного состава самых различных веществ, материалов и изделий. Примеров успешного его применения достаточно, приведем лишь некоторые из них.

• ЭСА позволяет выявить, например, ничтожные следы металла, стершегося с поверхности пули при ее прохождении через преграду, следы пороховой копоти и другие следы, не обнаруживаемые иными низкочувствительными способами.

• Данные абсолютного количественного содержания элементов позволяют установить марку сплава, из которого изготовлены самодельные боеприпасы, а также на основании имеющихся справочных данных определить завод-изготовитель дроби.

• ЭСА лакокрасочных материалов и покрытий по относительному количественному содержанию элементов позволяет различать отдельные марки лакокрасочных материалов.

• Качественный ЭСА изделий из стекла позволяет дифференцировать стекла различной марки.

• ЭСА объектов почвенного происхождения по относительному количественному содержанию микроэлементов позволяет идентифицировать отдельные участки местности.

Для большинства элементов предел обнаружения ЭСА без предварительного концентрирования составляет 10 -3-10 -4% (в отдельных случаях до 10 -7%), абсолютная чувствительность 10 -11-10 -12г. Производительность ЭСА выше производительности многих аналитических методов, так как на единичное определение затрачивается минимальное время — при использовании фотоэлектрического метода обработка спектра происходит за 1-2 минуты с помощью ЭВМ. ЭСА является высокоинформативным методом, так как одновременно можно определять 10-20 и более элементов.

К числу несомненных достоинств ЭСА следует также отнести чрезвычайно малое количество вещества, необходимого для проведения анализа, исчисляемого иногда сотыми долями грамма.

По характеру решаемых задач и реальным возможностям ЭСА исследуемые объекты можно разделить на три группы:

• вещества (преимущественно неорганического происхождения), имеющие вполне определенный, контролируемый ГОСТ или техническими условиями состав, например сплавы черных и цветных металлов, химические реактивы, фармацевтические препараты и др.;

• вещества (неорганического происхождения), элементный состав которых не контролируется, но характеризуется определенным постоянством, обусловленным способом производства, например стекло, дробь, лакокрасочные материалы и т.д.;

• вещества (органического и неорганического происхождения), в состав которых входят несколько основных определяющих компонентов и большое число других элементов с широкими интервалами концентрации, например почвы, стройматериалы, наркотические средства растительного происхождения, строительные лакокрасочные материалы, полимерные материалы, нефтепродукты и горюче-смазочные материалы, винно-водочные изделия и др.

Для возбуждения спектра в атомном спектральном анализе используют различные источники света и соответственно различные способы введения в них образцов.

В эмиссионном атомном спектральном анализе широко используются электрические источники света. Исследуемое вещество в измельченном состоянии помещают в электрическую дугу постоянного тока. Данный метод позволяет определять одновременно десятки элементов, однако точность этого метода невелика из-за нестабильности разряда. Более стабильные условия создает дуга переменного тока. В современных генераторах дуги переменного тока можно получать различные режимы возбуждения (низковольтную дугу, искру, высокочастотную искру, дугу переменного тока, импульсный разряд и т.д.). Такие источники с различными режимами используют при определении металлов и трудно возбудимых элементов (углерод, галогены, газы, содержащиеся в металлах). Стабильность искрового разряда позволяет получать высокую воспроизводимость анализа, но сложные процессы, происходящие на поверхности электродов, приводят к изменению состава плазмы разряда. Чтобы устранить это явление, производят предварительный обжиг проб, нормируют форму и размеры проб и стандартных образцов. В настоящее время все более широко используются в качестве источников возбуждения лазеры.

Применяемые в экспертизе методы ЭСА в полной мере обеспечивают получение качественных и полуколичественных характеристик элементного состава объектов.

В тех случаях, когда количество исследуемого вещества ничтожно мало и обычный химический анализ становится невозможным, затруднен в подобных случаях и эмиссионный спектральный анализ, проводится лазерный микроспектральный анализ (ЛМСА).

Для анализа достаточно испарить 10 -6-10 -8г вещества, чтобы обнаружить содержание примесей на уровне 10 -12-10 -13г. При этом надежно выявляют наличие в веществе до 60 химических элементов. Используя микроскоп, фокусируют на исследуемое вещество мощный лазерный импульс. Вещество на облучаемом участке испаряется с образованием плазмы. Излучение плазмы фокусируют на входную щель спектрографа.

Перспектива использования метода ЛМСА для криминалистического исследования веществ, материалов и изделий оказалась более широкой. Кроме возможности исследования неоднородности макрообъектов, т.е. установления его химического состава на разных участках поверхности образца с затратой минимального количества вещества, открылась возможность исследования различных включений, входящих в состав объектов исследования, что представляет большой интерес для криминалистов, создавая поле деятельности для исследования различного рода микронеоднородностей и микроналожений без снятия их с подложки или извлечения их из смеси с другими микрообъектами.