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

Качественный люминесцентный спектральный анализ производят по спектрам люминесценции. Разновидностью его является сортовой анализ, позволяющий обнаруживать невидимые при обычном освещении различия в исследуемых объектах. Он используется для исследования стекла, минералов, семян, дефектов количественный люминесцентный спектральный анализ основан на зависимости интенсивности люминесценции от концентрации люминесцирующего вещества. Главное преимущество этого метода — низкий порог обнаружения (менее 10 -5мкг/мл), что важно при определении следовых количеств элементов.

Рентгеновский спектральный анализ (РСА) является очень чувствительным и точным методом локального анализа. Малый диаметр электронного зонда (около 1 мкм) позволяет определять состав вещества в объеме, равном нескольким кубическим микронам, то есть состав практически пылевидных частиц. Метод РСА основан на изучении рентгеновских лучей, испускаемых атомами вещества, возбужденными потоками электронов высокой энергии.

Рассматриваемый метод является практически неразрушающим. Он всегда применяется совместно с растровым электронно-микроскопическим исследованием и позволяет устанавливать качественно и количественно химический состав исследуемых объектов с предельной чувствительностью до 0,1-0,01% по массе.

Рентгеноспектральный анализ может быть реализован двумя основными способами:

• На исследуемый объект направляется сфокусированный пучок электронов (электронный зонд), который, попадая на объект, вызывает в нем характеристическое рентгеновское излучение. Этот вид анализа получил название электронного микрозондирования.

• На объект попадает рентгеновский луч, вызывающий вторичное рентгеновское излучение, почему метод и называется рентгеновским флуоресцентным анализом.

Особо следует остановиться на первой разновидности РСА, имеющей наибольшее распространение. С помощью микрозонда достигается возможность анализа малых площадей, что имеет особенно важное значение при экспертизе микрообъектов. Свойства различных материалов зависят не только от структуры, но и от однородности химического состава. Для определения химического анализа от бора до урана (кроме кислорода и фтора) в микрообъемах (3- 10мкм 3) различных объектов, как металлических, так и неметаллических, применяются микроанализаторы для микрорентгеноспектрального анализа, например МАР-2.

Основной принцип работы этого прибора заключается в том, что поток электронов, созданный электронной пушкой и имеющий определенную длину волны взаимодействия с микрообъемами поверхности объекта, вызывает характеристическое рентгеновское излучение. Его длина волны свойственна только одному определенному элементу, входящему в состав того или иного локального участка объекта. Измеряя интенсивность характеристического излучения и сравнивая ее с интенсивностью излучения от эталона, имеющего известное содержание этого же элемента, можно рассчитать его концентрацию в изучаемом объекте. Результаты анализа с помощью МАР-2 могут регистрироваться непрерывно на площади объекта до 200 × 200 мкм 2. Рентгеновские спектры анализируются с помощью спектрометра, что и дает возможность определять элементный состав пробы.

К достоинствам рентгеновского спектрального анализа относятся: возможность обнаружения и изучения очень малых количеств веществ; простота спектров, которые содержат небольшое число линий, вполне определенное для каждого исследуемого объекта; возможность успешного анализа редкоземельных элементов, металлов платиновой группы и т.д., с трудом разделяемых химическим путем; сохранность веществ при проведении анализа.

С помощью рентгеновского спектрального анализа можно получить ценные данные о составе локальных включений и топографии распределения элементов по поверхности объекта, но использование его в экспертно-криминалистических подразделениях затруднено в связи со сложностью и высокой стоимостью.

Применение методов рентгеновской спектрометрии, в частности рентгеновского флуоресцентного анализа, дает возможность определять качественный и количественный элементный состав неизвестных веществ и материалов, не уничтожая и не изменяя исходного объекта. Последний может быть затем исследован другими методами или использован в качестве эталона сравнения.

Масс-спектрометрия является сравнительно новым экспрессным и информативным методом для определения элементного, функционального, молекулярного и изотопного качественного и количественного состава вещества.

Масс-спектрометрия — метод исследования вещества путем определения масс атомов и молекул, входящих в его состав, и их количества. Он основан на эффекте пространственного разделения движущихся в поперечном магнитном или электрическом поле заряженных частиц (ионов) с различным отношением массы к заряду.

Исследуемое вещество прежде всего подвергается ионизации. В случае жидких или твердых веществ их либо предварительно испаряют, а затем ионизируют, либо применяют поверхностную ионизацию мощной высокочастотной искрой, лучом лазера или иным способом. Заряженные частицы (ионы) образуются при столкновении молекул исследуемого вещества с электронами или иными частицами высокой энергии (фотонами). Образовавшиеся ионы регистрируются ионным приемником, полученные сигналы составляют спектр, в котором положение сигнала отвечает величине отношения массы частицы к величине ее заряда, а интенсивность — концентрации ионов. Эти величины зависят от строения, молекулярного состава и концентрации исследуемого вещества.

Совокупность значений масс и их относительного содержания называется масс-спектром (МС). До сих пор это — один из основных методов получения информации о массах ядер и атомов. МС применяется для точного определения элементного и молекулярного состава любых веществ, поступивших на исследование.

Масс-спектрометрический метод позволяет работать с малым количеством вещества (10 -6-10 -8г) и благодаря простоте, быстроте и большой селективности анализа имеет значительные преимущества перед химическими методами. В сравнении с методами ИК- и УФ-спектроскопии, позволяющими выявлять атомные группировки и последовательность связей в молекуле, масс-спектрометрический анализ дает больший объем информации, включая данные о молекулярном весе соединений, а также обладает более высокой чувствительностью. Указанный метод анализа в криминалистическом исследовании веществ, материалов и изделий применяется, например, при исследовании наркотических веществ кустарного производства, фармакологических препаратов и ядохимикатов для установления их природы, зоны произрастания растений, являющихся наркотическим сырьем. Для изучения малых количеств веществ применяется масс-спектрометрия с искровым и лазерным источниками ионизации. Основные преимущества такого анализа: высокая чувствительность к примесям (10 -5-10 -6%) и возможность определять практически все элементы таблицы Менделеева.