Исследований
 Скачать 2.52 Mb.
|
|
4.5. Просвечивающая (трансмиссионная) электронная микроскопия Для исследования объектов в проходящих электронных пучках применяют просвечивающую электронную микроскопию, которая используется для исследования объектов в виде тонких срезов или суспензий. Исследования проводятся на просвечивающих электронных микроскопах (ПЭМ), обладающих самой высокой разрешающей способностью по сравнению с другими типами электронной микроскопии (0,2–0,3 нм) и увеличивающих объект до 500 000 крат (рис. 10 1 ). Рис. 10. ПЭМ-125К — высокоразрешающий просвечивающий электронный микроскоп 1 Режим досткпа:http://www.pp-srv.ru/article/a-44.html 64 Лекция 4 Строение просвечивающего электронного микроскопа в срав- нении с оптическим микроскопом представлено на рис. 11 1 Как видно из рисунка, устройства оптического и электрон- ного микроскопа имеют много общего. Они состоят из источника излучения, системы фокусировки излучения на изучаемом объ- екте и регистрирующего устройства — детектора. В электрон- ном микроскопе в качестве источника электронов используется электронная пушка, для фокусировки пучка электронов при- меняют электромагнитные линзы, а в качестве детектора — лю- минесцентный экран. В просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) пучок электронов проходит через очень тонкий (< 100 нм) слой вещест- ва, давая информацию о его внутренней микроструктуре. Микро- скоп представляет собой устройство, состоящее из длинной широ- кой трубы — электронной пушки, конденсора (электронная линза) и люминесцентного экрана, соединенного с фотокамерой или ком- Рис. 11. Строение оптического и просвечивающего электронного микроскопа 1 URL: him.1september.ru/view_article.php?ID=200901802 65 4.5. Просвечивающая (трансмиссионная) электронная микроскопия пьютером, на котором и возникает изображение. Электронная пуш- ка содержит вольфрамовую нить, раскаляемую добела электриче- ским током. При такой температуре атомы вольфрама начинают испускать электроны. Весь путь электронов от пушки до объекта проходит в высоком вакууме, т. к. электроны ионизируют любой газ. В более мощных микроскопах электроны генерируют при по- мощи кристалла кремния, находящегося в сильном электрическом поле. Объект помещают на предметный столик не в виде ку- ска, а в форме пленки или тонкого среза. При работе микроскопа объект просвечивают пучком электронов. Часть электронов, взаи- модействуя с атомами вещества, отклоняется, попадая в системы магнитных линз, которые и формируют на люминесцентном экра- не изображение внутренней структуры объекта. Рассеянные элек- троны задерживают при помощи диафрагм, позволяющих регули- ровать контрастность изображения 1 Поскольку метод ПЭМ позволяет исследовать объекты в виде тонких пленок или суспензий, то для большинства объектов су- дебной экспертизы необходима предварительная пробоподго- товка, часто приводящая к частичному повреждению или уничто- жению объектов. Методы подготовки объектов для анализа 2 : • получение реплик с объекта (когда исследуется не сам объект, а слепок с его поверхности), как, например, в случае металлов или волокнистых материалов. Это не повреждающий объект ме- тод пробоподготовки; • утончение объектов (приготовление фольги из металлов и сплавов); • разрушение объектов с извлечением из него исследуемого компонента (сажа из резины, загустители смазок); • получение ультратонких срезов (волокнистые и лакокрасоч- ные материалы). С помощью ПЭМ в судебной экспертизе: • определяют марки сажи в саженаполненных материалах (ре- зины, тонеры); 1 URL: him.1september.ru/view_article.php?ID=200901802 2 Вещественные доказательства: Информационные технологии процессу- ального доказывания... С. 570. 66 Лекция 4 • определяют причины разрушения изделия из металла (по ха- рактеру излома); • определяют типы загустителя в смазках (исследование загу- стителей пластичных смазок используется в целях установления их родовой принадлежности); • определяют виды волокнистого материала; • устанавливают общую родовую (групповую) принадлежность волокон при исследовании особенностей их поверхности и внутрен- ней структуры, красителей неорганической природы (установление формы, размера частиц красителя и характера их распределе- ния), наличие различных отделочных материалов, эксплутацион- ных признаков; • определяют фазовый состав кристаллических веществ; • выявляют особенности технологии изготовления (термиче- ской обработки) ряда изделий из стекла. 4.6. Растровая электронная микроскопия Растровая электронная микроскопия (РЭМ), также как и ПЭС, позволяет получать ценную информацию о морфологических осо- бенностях поверхности твердых объектов. РЭМ основана на ска- нировании объекта исследования электронным пучком (зондом) предельно малого сечения (несколько ангстрем). При облучении зондом участка поверхности, размер которого определяется раз- мером зонда, возникает достаточно интенсивный ответный сигнал (вторичные электроны) от этого участка. Электроны рассеиваются и попадают на детектор, регистрирующий сигнал и преобразующий его в изображение поверхности. Интенсивность сигнала зависит от рельефа поверхности, размера частиц и их химического состава. Для получения информации о достаточно большом участке поверхности проводят по определенной программе сканирование зондом, то есть условно разбив эту поверхность на микроучастки и двигаясь по ней последовательно, облучают участки по размеру соответствующие размеру зонда и, таким образом, получают ин- формацию об исследуемой поверхности. По разрешающей способности (3–5 нм) и увеличению до 300 000 крат РЭМ уступает ПЭМ, но при этом имеет ряд существенных преимуществ: 67 4.6. Растровая электронная микроскопия • большая глубина резкости при различных увеличениях; • не требует предварительной пробоподготовки объектов, часто приводящей к их разрушению; • можно исследовать не только микро-, но и макроообъекты, благодаря большим размерам камеры для образцов. Линейный раз- мер исследуемого объекта может варьироваться от нескольких ми- крон до 100 мм (расстояние, на которое может перемещаться столик образцов). Высота объекта исследования может быть до 100 мм, а вес — до 3 кг. Необходимым оборудованием для проведения РЭМ являются сканирующие растровые электронные микроскопы. Современные растровые электронные микроскопы оснащены спектрометрами, позволяющими проводить рентгеноспектральный анализ эле- ментного состава изучаемой микрочастицы (рис. 12 1 ). Рис. 12. JSM 7800F растровый электронный микроскоп высокого разрешения 1 URL: www.eavangard-semi.ru / jeoljsm7800f Лекция 4 Основные структурные элементы растрового электронного ми- кроскопа представлены на рис. 13 1 С помощью РЭМ в судебной экспертизе: • определяют причины разрушения изделия из металла; • определяют состояния автомобильных ламп в момент их раз- рушения при ДТП; • обнаруживают и определяют продукты выстрела; • определяют вида волокнистого материала (текстильные во- локна, древесина, волосы); • устанавливают наличие общей родовой (групповой) принад- лежности волокон (по выявлению особенностей морфологии их поверхности, наличию частиц отделочных препаратов, следов ме- ханического, температурного и эксплуатационного воздействия); • устанавливают последовательность выполнения записей (ис- следование пересекающихся штрихов на материалах письма); • определяют вида лакокрасочных покрытий (число и толщина слоев, форма частиц пигмента, вид грунта); • устанавливают общую родовую (групповую) принадлежность лакокрасочных покрытий (при изучении морфологии верхней и нижней поверхностей для выявления технологических и эксплу- атационных признаков). Рис. 13. Устройство растрового (сканирующего) электронного микроскопа 1 URL: him.1september.ru / view_article.php?ID=200901802 69 ЛЕКЦИЯ 5 Химические методы исследования К химическим методам, используемым в судебно-экспертных исследованиях, относят как собственно химические методы, так и физико-химические методы. В основе химических методов ле- жат специфические реакции и специфические свойства веществ. Химические методы используются для разделения, концентриро- вания, обнаружения и определения веществ. Химические методы можно разделить на две группы: методы раз- деления и концентрирования; методы обнаружения и определения качественного и количественного состава соединений и их смесей. 5.1. Методы разделения и концентрирования Методы разделения и концентрирования применяются для раз- деления сложных многокомпонентных смесей, выделения из смеси определяемого компонента и повышения концентрации анализи- руемого компонента в пробе. К этим методам относятся: экстракция, выделение и концентрирование осаждением, испарение, озоление и зонная плавка. Эти методы правильнее отнести к физико-хими- ческим методам, поскольку они основаны на таких свойствах ве- ществ, как растворимость, летучесть, плавление, кристаллизация. Необходимость разделения и концентрирования при проведе- нии экспертных исследований может быть обусловлена следую- щими факторами: • концентрация определяемого компонента ниже предела обна- ружения метода; • исследуемая проба содержит компоненты, мешающие опре- делению. При разделении смеси вещества отделяются друг от друга. При кон- центрировании вещества, присутствующие в малом количестве, со- 70 Лекция 5 бираются в меньший объем (абсолютное концентрирование), либо отделяются от макрокомпонента таким образом, что отношение концентрации микрокомпонента к макрокомпоненту повышается (относительное концентрирование) 1 Например, для установления подлинности вин или соков мето- дом тонкослойной хроматографии определяют наличие и состав органических кислот в них, предварительно отделив от сахаров, которые мешают определению. При исследовании лекарственных препаратов их активное начало предварительно выделяют из та- блеток или порошков и концентрируют, т. к. их содержание в пре- паратах, как правило, очень мало. Экстракция — процесс извлечения при помощи растворителя отдельных компонентов сложной смеси. Методы экстракции — используются для выделения компонен- тов из смеси путем растворения их в специально подобранных раство- рителях, в которых анализируемый компонент должен полностью растворяться, а другие компоненты смеси не растворяться. При этом выделяют экстракцию на основе селективного растворения твердых продуктов или их компонентов и экстракцию веществ из растворов. При работе с твердыми образцами (тонко измельченным по- рошком) используют различную растворимость отдельных компо- нентов смеси, а при экстракции из раствора — различное распреде- ление компонентов смеси в двух несмешивающихся жидкостях 2 Экстрагирование часто является первой стадией анализа. Оно может обеспечить достаточно полное разделение, хотя всегда су- ществует опасность, что часть следового компонента может остать- ся в разделяемой смеси и, таким образом, будет утеряна. Эти методы находят широкое применение при исследовании объектов судебной экспертизы, как для предварительного иссле- дования, так и для подготовки к последующему анализу таких объ- ектов как материалы письма, бумага, ЛКМ и ЛКП, порох, волокна, 1 Основы аналитической химии.: Учебник для вузов / Под ред. Ю. А. Золо- това. 3-е изд., перераб. и доп. М., 2004. Кн.1. Общие вопросы. Методы разделе- ния. С. 239. 2 Геккелер К. Е., Экштайн Х. Аналитические и препаративные лабораторные методы / Пер. с нем. М., 1994. С. 48. 71 5.1. Методы разделения и концентрирования идентификационные метки, полимерные материалы, наркотики и лекарственные препараты, нефтепродукты и горюче-смазочные материалы, почвы и минералы (табл. 6). Таблица 6. Цели использования метода экстракции в судебной экспертизе Цель Способ Исследование материалов письма : выделение красителей из ма те ри- алов письма путем экстрагирования в емкостях специально подобранными орга ни- ческими растворителями и водой или из штрихов методами копи ро ва- ния на поверхность, обработан ную специальными растворите лями (влажное копирование на отфикси- рованную фотобумагу, полимер ную пленку или бумагу, обработанные органическими растворителями); дифференциации одноцветных материалов письма в штрихах по растворимости красителей в спе- циально подобранных раст вори те- лях для подготовки проб для ана ли- за красителей другими методами; выделение бесцветных компонентов материалов письма (связующих, загустителей, растворителей, смол, и т. п.) экстракцией водой и органи че с ки- ми растворителями для подготовки пробы к анализу другими мето да ми в целях установления их химиче- ского состава; выделение компонентов бумаги (проклеивающих веществ, краси те- лей, лигнина, углеводов) при под го- товке пробы к анализу волок ни стых компонентов бумаги органического происхождения в целях устано вле- ния их химической природы; экстракция различными раство ри- телями Исследование порохов: извлечение растворителей (нит ро- глицерин, динитротолуол) и ста би- лизаторов (дифениламин, произ- водные мочевины) для решения промежуточной задачи обна ру же- ния дымных порохов при уста но- влении вида пороха; экстракция различными раство ри- телями Продолжение табл. на с. 72 72 Лекция 5 Цель Способ дифференциация порохов для пред- варительного установ ле ния вида пороха по растворимости в горячей воде извлечение компонентов из ко по- ти выстрела при подготовке об разцов к исследованию по установлению дистанции выстрела; экстракция различными раство ри- телями Исследование лакокрасочных материалов (ЛКМ) и лакокра- сочных покрытий (ЛКП): извлечение пигментов из ЛКМ и ЛКП для предварительного уста новления вида пигмента и под готовки пробы для анализа элементного состава экстракция органическими растворителями дифференциация пигментов ЛКМ и ЛКП по растворимости в органических и неорганических растворителях; установление природы связу ю- щего ЛКМ и ЛКП при уста нов ле- нии общей родовой принад леж но- сти сравниваемых объектов по растворимости в органических и неорганических растворителях Исследование волокнистых мате- риалов: выделение красителей из окра- шенных волокнистых материалов для их последующего анализа по растворимости в органических и неорганических растворителях дифференциация химических волокон для установления при ро- ды полимера и установления по этому признаку общей родовой принад- лежности сравниваемых объектов по отношению к действию орга ни- ческих растворителей и кислот Исследование полимерных мате- риалов: определение вида полимерного материала по отношению к действию орга ни- ческих растворителей и кислот Исследование наркотиков и ле- кар ственных препаратов : извлечение алкалоидов извлечение спиртом алкалоидов в виде основания из опия, тетра- гид роканнабинола из гашиша при под готовке образцов для ис- следования методами ТСХ и ГЖХ; 73 5.1. Методы разделения и концентрирования Цель Способ извлечение алкалоидов группы опия дистиллированной водой, подкисленной виннокаменной кислотой, для подготовки образцов к анализу химическими методами извлечение активных компо нен- тов лекарственных препаратов при подготовке образцов к ис сле- дованию химическими и инст ру- мен тальными методами экстракция спиртом разделение смесей на фракции органических кислот и оснований при анализе лекарственных средств экстракция растворами кислот и щелочей Исследование нефтепродуктов (НП) и горючесмазочных мате- риалов (ГСМ): извлечение антидетонатора (тет раэтилсвинца или др.) и жиро- растворимых красителей с раз лич- ных предметов-носителей при об на- ружении следов бензина опре де- лен ных марок после его испарения экстракция органическими раство- рителями извлечение тормозной жидкости с различных предметов-носителей при установлении факта неис прав- ности тормозной системы авто мо- биля экстракция органическими раство- рителями извлечение НП и ГСМ с поверх- ности различных предметов-носи- телей для обнаружения рода НП и ГСМ и подготовки образцов для последующего исследования экстракция органическими раство- рителями выделение загустителя из плас- тичной смазки (ГСМ), очистка НП от примесей не углеводородного характера экстракция органическими раство- рителями установление вида НП и ГСМ по растворимости в органических растворителях различной поляр- ности Продолжение табл. на с. 74 74 Лекция 5 Цель Способ Исследование объектов почвен- ного происхождения: извлечение гуминовых кислот и белковых веществ при иссле до- ва нии объектов почвенного про- исхождения; определение засолен- ности почвы; извлечение и раз де- ление гумусовых веществ экстракция водными растворами исследование химических свойств минералов при анализе веществ почвенного происхождения для ус та- новления классов минералов и опре- деления природы посторонних примесей почвы при дифферен ци- ации участков местности экстракция водными растворами кислот и щелочей Исследование биологических объектов: извлечение веществ биоло ги чес- кого происхождения (крови, спермы и др.) с предметов-носителей экстракция водными растворами выделения фракции свободных жирных кислот для анализа оль фак- торным методом с помощью собак-детекторов экстракция хлороформом ве щест ва потожировых следов человека для выделения липидов и после дую щая экстракция хлоро форм ного экст рак- та водным щелочным раствором выделение биологически актив- ных веществ (ДНК, белков) для их дальнейшего анализа экстракция водой и водными раст- ворами |