CHIMICA FORENSE PIANO LAUREE SCIENTIFICHE Università degli Studi di Salerno Facoltà di Scienze MM. FF. NN. Dipartimento di Chimica A.A. 2010/2011 PIANO LAUREE SCIENTIFICHE CHIMICA FORENSE Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Sito Piano Lauree Scientifiche: www.scienzemfn.unisa.it/PLS Prossime due esercitazioni portare: Calcolatrice Penna, Matita

Scienza delle Molecole Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Cosa è la Chimica È quella branca della scienza che studia le trasformazioni che avvengono tra gli atomi e le molecole, studia la struttura delle sostanze che costituiscono la materia, individua le relazioni tra la struttura e le proprietà molecolari. Chimica Scienza delle Molecole Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Chimica Forense Il termine Forense deriva dalla parala latina “forum”, che era il luogo dove i Romani esercitavano la giustizia Per Chimica Forense si intende l’applicazione dell’insieme delle conoscenze e dei metodi di analisi chimica, quali- e quanti-tativi applicati all’investigazione delle impronte e degli indizi, per la risoluzione di problemi di carattere legale. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Che fa lo Scienziato Forense? Applica i concetti e le tecniche della scienza per l’analisi delle prove fisiche. (metodo scientifico) Il metodo scientifico è l’insieme sistematico dei passaggi che servono per individuare un’ipotesi e verificarne la validità oggettiva, sulla base dell’osservazione e sperimentazione. Approccio Induttivo Partire dalle osservazioni, dai dati quindi formulare una ipotesi, una teoria. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Le prove fisiche possono essere tracce di materiali dalla natura più diversa come per esempio: Capelli, sangue, Fluidi biologici Impronte digitali Documenti Alcool, Droghe, Farmaci Impronte di pneumatici Residui di esplosivi Residui vari Ecc. Chimica Forense si occupa di: Droghe e medicinali Tracce fisiche Armi da fuoco ed esplosivi Veleni Impronte digitali Incendi dolosi Documenti Ecc. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Spot Tests Gli “Spot test” sono semplici procedure chimiche che permettono di identificare una sostanza. Essi possono essere eseguiti su quantità microscopiche di sostanza anche senza una separazione preliminare. In un tipico spot-test, l’aggiunta di un opportuno reagente chimico alla miscela determina una reazione con la sostanza in questione se presente. La reazione è quindi accompagnata da una variazione delle proprietà organolettiche del sistema: sviluppo di gas; variazione di colore; sviluppo di odore; formazione di un precipitato; ecc.. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Alcuni esperimenti… Analisi delle Impronte Digitali Analisi dei Sedativi Analisi degli inchiostri Analisi delle Macchie di Sangue Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Impronte Digitali Cosa sono le impronte digitali? Sono la riproduzione dell’attrito delle creste cutanee delle dita della mano o dei piedi su una superficie. L’impronta digitale è una caratteristica anatomica individuale Le papille cutanee sono formate nello stadio fetale, evolvono fino a circa 6 mesi, poi rimangono sempre le stesse negli anni successivi. Le impronte digitali hanno un “ridge pattern” ben definito che permette una classificazione sistematica delle impronte. Isole Punti Biforcazioni Cresta finale Abrasioni, bruciature superficiali non alterano le papille dermali, il pattern originale è duplicato al ricrescere della nuova pelle. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Tipi di Impronte Digitali La scoperta che non ci sono due persone con le identiche impronte digitali fu una delle maggiori scoperte nella storia della scienza forense (Due individui possono avere in comune solo 8 minuzie). I depositi delle impronte digitali sono dovute essenzialmente ai prodotti delle secrezioni cutanee, che fuoriescono dai pori di tali creste. Si possono avere tre tipi di impronte: - Impronte plastiche - Impronte visibili - Impronte latenti Costituenti Quantità per mm2 Cloruri (Cl-) > 10 μg Amminoacidi 10-100 μg Urea ~ 1 μg Ammoniaca < 0.5 μg Sebo 5-100 μg Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Tecniche di Rivelazione Chimica Metodo ai vapori di Iodio Metodo della Ninidrina Metodo al Nitrato di Argento Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Lo Iodio: I2 Lo Iodio appartiene al 7° gruppo della tavola periodica degli elementi, quello degli alogeni (F, Cl, Br, I). Si presenta allo stato di elemento come un solido nero (p.f. 114 °C) a forma di scaglie con una leggera lucentezza metallica, costituito da molecole biatomiche I2 debolmente legate (solido molecolare). Essendo un solido molecolare, ha un basso punto di fusione e quindi presenta una elevata tensione di vapore. Curiosità: Il nome dell'elemento Iodio deriva dalla parola greca che significa viola, proprio per ricordare il colore dei suoi vapori. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Il sebo: Metodo dei vapori di I2 Quando le impronte sono presenti su materiali porosi come carta o legno, il metodo tradizionale della polvere non permette la loro evidenziazione. Le sostanze grasse, (sebo) presenti sulla pelle, che vanno a formare l’impronta sono soggette all’ossidazione. Il test si basa sulla interazione dei residui grassi lasciati dall’impronta sugli oggetti con i vapori di iodio (I2) evidenziata da un colore giallo-marrone: Tale metodo è efficiente solamente su impronte digitali fresche, per cui esso è utile agli investigatori per stabilire da quanto le impronte sono state lasciate sulla scena di un crimine (cronologia dell’evento). Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Gli -Amminoacidi: Metodo della Ninidrina Reagendo con gli -amminoacidi si ottiene un prodotto di color blu-porpora. Gli -amminoacidi organizzati in sequenze lineari legati uno all'altro formano dei biopolimeri che sono i costituenti essenziali degli organismi viventi, i peptidi e le Proteine. Composti bifunzionali gruppo amminico (NH2) gruppo carbossilico (COOH) Allo stato solido esistono nella forma zwitterionica Questo metodo è largamente utilizzato per evidenziare impronte su superfici porose (carta, legno). La ninidrina reagisce con gli -amminoacidi, presenti nelle secrezioni cutanee. Questi sono ben assorbiti dalla carta e vi permangono per lunghi periodi di tempo (30 anni). Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Reazione con la Ninidrina Decarbossila (-CO2) ed idrolizza Blu-porpora Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

I cloruri: Metodo del Nitrato di Argento Un altro modo per evidenziare le impronte digitali lasciate su materiali porosi è quello di evidenziare l’anione Cloruro (Cl-) presente nel sudore, sotto forma di cloruro di argento (AgCl) sale insolubile in acqua e fotosensibile. AgNO3(aq) + NaCl(aq)  NaNO3(aq) + AgCl(s) Nebulizzando una soluzione di nitrato di argento (AgNO3) sulla superficie sospetta, si può osservare, lasciando asciugare dopo circa 5-10 minuti, sotto luce UV (o luce solare) l’immagine dell’impronta color grigio. AgCl  Ag+1/2Cl2 Così come con il metodo dello iodio, le immagini non sono chimicamente stabili, e quindi è necessario fotografarle (digitalizzarle) subito per poterle conservare e confrontare in seguito. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Sedativi Sedativi: rallentano, deprimono l’attività del sistema nervoso centrale (CNS), riducono l’ansietà e l’irascibilità e possono indurre sonno. Esempio: Alcool Barbiturici Tranquillanti, Anti-Ansietà: Benzodiazepine (Valium (Diazepan), Librium, Miltown) Etanolo (Alcool etilico) Valium (Diazepan) Acido barbiturico Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Etanolo L’alcol etilico (etanolo) è un liquido incolore che bolle a 78 °C (1 atm) e fonde a -115 °C, è solubile in acqua in ogni proporzione. È il più comune e legale deprimente del CNS. CH3CH2OH I sintomi di intossicazione da alcool sono simili a quelli di altri deprimenti del CNS quali: atassia, linguaggio alterato, percezione alterata, coma e difficoltà respiratoria. Se il livello di etanolo nel sangue raggiunge il valore di 0.35 g/100 mL si può morire. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Ossidazione Alcoli Un’importante reazione degli alcoli (R-OH) è la loro ossidazione a composti carbonilici. La velocità di ossidazione e la natura del composto carbonilico finale dipende dal tipo di alcool. Gli alcoli primari sono ossidati ad aldeidi quindi ad acidi carbossilici. Gli alcoli secondari forniscono chetoni. Gli alcoli terziari non reagiscono nelle stesse condizioni di reazione degli altri due. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Metodi di Rivelazione Etanolo Chimico: Si basa sulla ossidazione, in ambiente acido, dell’etanolo ad acido acetico da parte del bicromato (Cr2O7-) che si riduce a Cromo (III) secondo la reazione. 2 Cr2O72- + 3 C2H5OH + 16 H+ AgNO3 cat. 4 Cr3+ + 3 CH3COOH + 11 H2O K2Cr2O7 Cr2(SO4)3 EtOH La quantità di alcool presente è messa in relazione alla variazione di colore della soluzione determinata per via ottica. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Separazione degli inchiostri mediante cromatografia su carta. Un inchiostro è costituito da una miscela di differenti composti chimici con varie funzioni: coloranti, pigmenti, collanti, tensioattivi, solventi ecc che nel complesso danno le caratteristiche richieste di colore, stabilità e compatibilità con il supporto su cui avviene la stampa. La cromatografia è una tecnica per la separazione dei componenti di una miscela: Analizzare Identificare Purificare Quantificare Separazione Miscela Componenti Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Definizione di Cromatografia Definizione semplice: La cromatografia separa i componenti di una miscela in base alla loro diversa affinità (attrazione) fra la fase stazionaria e la fase mobile. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Spiegazione: La miscela viene posta sopra la fase stazionaria La fase mobile passa attraverso la fase stazionaria La fase mobile solubilizza la miscela La fase mobile trascina i diversi componenti della miscela disperdendoli nella fase stazionaria in base alla loro diversa affinità per ambedue le fasi. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Illustrazione della Cromatografia su carta Nella cromatografia su carta la fase stazionaria è costituita da un foglio di carta. I componenti separati, per essere rilevabili devono essere visibili, ovvero colorati o almeno evidenziabili con luce ultravioletta. Fase stazionaria Separazione Fase mobile Miscela Componenti Componenti Affinità per la fase stazionaria Affinità per la fase mobile Blue ---------------- Insolubile in fase mobile Nero         Rosso      Giallo           Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Uso della Cromatografia Esempi reali di applicazione: Forze dell’Ordine – confronto dei campioni trovati sulla scena del crimine con materiale prelevato ai sospetti Restauro – identificazione dei componenti degli inchiostri o delle pitture Compagnie farmaceutiche – determinazione della quantità dei principi attivi di un prodotto Ospedale – determinazione del livello di alcool nei campioni di sangue dei pazienti Studio dell’Ambiente – determinazione del livello di inquinanti nelle acque e nell’aria Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Sangue Il sangue è costituito da cellule, plasma, proteine e composti inorganici Cellule: globuli rossi (eritrociti) e bianchi (leucociti) e frammenti di cellule. plasma I globuli rossi contengono l’emoglobina, responsabile del trasporto dell’ossigeno, una proteina globulare con attività di perossidasi. Le perossidasi sono enzimi che catalizzano l’ossidazione di certi composti organici (somma di ossigeno o rimozione di atomi di idrogeno). Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Sangue Il sangue ha un pH leggermente alcalino L’emoglobina contiene 4 complessi del ferro Eme Catene a: porpora Catene b: giallo Gruppi eme: rosso Ferro: bianco Tracce di sangue (anche non visibili ad occhio nudo) possono essere evidenziate sfruttando l’emissione di luce del processo di ossidazione catalizzato dall’eme presente nell’emoglobina. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Analisi Macchie di Sangue Sequenza analisi macchie di sangue: Esame visivo delle evidenze Screening test presuntivi (la macchia è sangue?) Test confermativi (è vero sangue) Di quale specie è il sangue (umano o animale?) Identificazione del sangue (se umano di che tipo?) Sesso, età e razza Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Screening Test Ossidante Forma Ossidata Forma Ridotta Gli screening test sono usati per localizzare e definire le aree dove è o era presente il sangue, nella scena del crimine sfruttano le proprietà catalitiche del sangue: Forma Ossidata Ossidante Forma Ridotta Emoglobina (catalizzatore) Variazione di colore o Chemiluminescenza A tuttora non esiste un test specifico al 100 % per il sangue. Il test di screening deve sempre essere seguito da test di conferma. Un test positivo non distingue se il sangue è umano o animale. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Luminescenza: Emissione luminosa nel campo visibile o vicino visibile (300-800nm) SPETTRO ELETTROMAGNETICO I molti tipi di luminescenza differiscono tra loro per la fonte energetica responsabile della produzione o dell’immissione luminosa: Fotoluminescenza (fosforescenza, fluorescenza) Chemiluminescenza Termoluminescenza Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Fotoluminescenza (fluorescenza, fosforescenza) STATO ECCITATO calore E2 E1 Sorgente ECCITAZIONE (Radiazione Elettromagnetica) E0 STATO FONDAMENTALE RILASSAMENTO RADIATIVO PERDITA DI ENERGIA La maggior parte delle molecole trasferisce l’eccesso di energia sotto forma di calore alle molecole nelle vicinanze che compiono vibrazioni, rotazioni e traslazioni (PROCESSO NON RADIATIVO) Una piccola parte si rilassa emettendo energia luminosa (PROCESSO RADIATIVO) Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Chemiluminescenza La Chemiluminescenza si manifesta quando il prodotto di una reazione chimica è formato in uno stato elettronico eccitato (alto contenuto di energia) che, per ritornare allo stato elettronico fondamentale emette l’energia in eccesso sotto forma di radiazione luminosa. A + B → P* → P + hn Energia A + B P* eccitazione chimica fotone P Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Chemiluminescenza Quando il fenomeno coinvolge esseri viventi, si parla di Bioluminescenza, ed è generalmente utilizzato come difesa, richiamo sessuale o per predare. Esempi di bioluminescenza sono dati dal flash della lucciola maschio o da diversi organismi marini (come: spugne, coralli, meduse, stelle marine e pesci). Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

luciferina (lucciola,Lampyris nocticula) CO2 La luciferina reagisce con l’enzima luciferasi. Il risultato finale è la produzione di una molecola eccitata, che successivamente emette luce. È importante notare che i nomi luceferina e luciferasi sono termini generici per indicare le sostanze attive negli organismi bioluminescenti e che le strutture molecolari possono, in realtà, differire significativamente da organismo ad organismo. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Test del Luminol Il gruppo eme presente nell’emoglobina del sangue può catalizzare l’emissione di luce da parte del luminol. Il test con il Luminol permette agli investigatori di poter stabilire se sulla scena di un crimine ci possono essere tracce di sangue. La presenza di residui vegetali, (presenza di clorofilla e di enzimi con proprietà di perossidasi), di particolari metalli, di prodotti per la pulizia e di pitture possono dare il test positivo. Il test con il luminol può distruggere altri indizi presenti sulla scena di un crimine, per questa ragione tale test viene eseguito come ultima opzione. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Luminol Sintetizzato nel 1853, ha la proprietà di emettere luce (chemiluminescenza) quando ossidato in ambiente basico in presenza di metalli di transizione come catalizzatori (Albrecht 1928). Luminol 3-Aminoftalidrazide Il primo esperimento, condotto con un approccio forense, è del 1937 (Specht). Il kit è costituito da una soluzione acquosa basica (NaOH o K2CO3) di luminol in presenza di H2O2 diluito. La chemiluminescenza si manifesta, se sono presenti residui di sangue, immediatamente ma dura pochi secondi, per cui è necessario documentare la scena del crimine fotografando al buio o filmando con una telecamera a visione notturna. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Luminol Reazione globale: Equilibrio acido-base luce h 425 nm Ossidazione L'intermedio chiave AP* è un α-idrossi-idroperossido che per rottura del legame C—N e trasferimento di un protone dà l'acildiazene con un tempo di emivita di 30 secondi, e rapidamente l'acido 3-aminoftalico. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Un catalizzatore è l’ingrediente fondamentale di questa reazione, in quanto più esso è potente, più brillante sarà la luce. Se la miscela viene in contatto con ioni metallici (ferro, rame, manganese, nickel, cobalto o altro) questi fungono da catalizzatori e il luminol viene ossidato Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Chemiluminescenza Le reazioni chemiluminescenti sono caratterizzate da: velocità di inizio e di decadimento dell’emissione luminosa - intensità - colore Co++ tempo, secondi intensità Cu++ Fe++ Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Set di esperimenti di Chimica Forense Tre indiziati Pochi indizi Un cadavere krusty barney hans (astemio) Rilevamento delle impronte digitali con diverse tecniche: a. metodo dello iodio; b. metodo della ninidrina; c. metodo del nitrato di argento. Test di rilevamento dell’alcool. Separazione degli inchiostri mediante cromatografia su carta. Test del luminol per il rivelamento di tracce di sangue. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Rilevamento delle impronte digitali con diverse tecniche: a. metodo dello iodio Esporre il foglietto con l’impronta ai vapori di iodio. Dopo alcuni minuti inizia a manifestarsi l’impronta. Si scalda il contenitore per aumentare la quantità di vapori di I2 e velocizzare la reazione. Il colore tende a sparire col tempo quando il reperto non è più in atmosfera di iodio. Se si usa della normale carta da stampante, per la presenza di amido, il pezzo di carta prenderà una colorazione viola mentre le impronte saranno giallo-marroni. Se, invece, si utilizza carta da filtro (assenza di amido) la carta rimarrà quasi incolore. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Rilevamento delle impronte digitali con diverse tecniche: b. metodo della ninidrina Spargere con un nebulizzatore la soluzione di ninidrina sulla superficie della carta, dove è stata fatta un’impronta latente. Spruzzare in maniera delicata per non distruggere l’impronta. Ripetere l’operazione alcune volte. Per accelerare la reazione, si scalda a circa 80°C. Dopo pochi minuti comparirà l’impronta di color blu-porpora. Se non si può scaldare, la reazione è lenta a temperatura ambiente, il colore compare dopo 24-48 h. ATTENZIONE: Poiché la ninidrina reagisce con gli amminoacidi vanno assolutamente usati i guanti, altrimenti si può macchiare la pelle. L’alcool e gli altri solventi organici sono tutti infiammabili, lavorare lontani da fiamme libere. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Rilevamento delle impronte digitali con diverse tecniche: c. metodo del nitrato di argento. Tramite uno spruzzino nebulizzare la soluzione di AgNO3 sulla carta. Dopo la vaporizzazione lasciare asciugare. Gli ioni cloruro, presenti nell’impronta, reagiscono formando il cloruro di argento (AgCl) insolubile. Dopo che il solvente è evaporato, l’impronta si renderà visibile per azione della luce del sole. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Test di rilevamento dell’alcool In due provette introdurre 1 mL di soluzione di potassio dicromato, le due provette saranno colorate in giallo-arancio. In una delle due aggiungere, tramite una pipetta Pasteur, alcune gocce di alcool etilico. Disporre le due provette, in un becker, sulla piastra a 80°C. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Separazione degli inchiostri mediante cromatografia su carta Porre gli “spot” (punti o macchie rotonde) di inchiostro delle penne degli indagati su due strisce di carta. Porre le strisce nel becker con acqua e con acetone Essere sicuri che la soluzione eluente, posta sul fondo del becker, non superi gli spot Coprire il becker con carta argentata Lasciare il corso ascendente della fase mobile fino a 2 cm dalla parte superiore della striscia Rimuovere la striscia di carta e aspettare che si asciughi. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno Test del luminol per il rivelamento di tracce di sangue Prendere il pezzo di camicia su cui possono essere presenti macchie di sangue, disporlo su una superficie e spruzzarlo con la soluzione di luminol. Porre il pezzo di stoffa in una provetta, recarsi in un luogo buio, quindi spruzzare con acqua ossigenata. Se sono presenti macchie di sangue si osserverà in corrispondenza di esse l’emissione di luce. Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno

Dipartimento di Chimica, Università di Salerno BUON LAVORO! Dr. A . Albunia Dipartimento di Chimica, Università di Salerno