Метод капиллярного электрофореза в судебной взрывотехнической экспертизе

Метод капиллярного электрофореза в судебной взрывотехнической экспертизе

Метод капиллярного электрофореза в судебной взрывотехнической экспертизе

В практической деятельности правоохранительных органов значительное место занимают уголовные дела по расследованию фактов совершения преступлений, связанных с применением взрывчатых веществ, взрывных устройств, боеприпасов или незаконным их хранением, ношением, изготовлением, сбытом, хищением.

Важная роль в расследовании таких дел отводится специальным экспертным исследованиям боеприпасов, взрывных устройств, взрывчатых веществ и продуктов их взрыва, в которых большой объем занимают исследования по определению состава и вида (марки) взрывчатых веществ, обнаружению остатков взрывчатых веществ на руках и одежде подозреваемых, микроколичеств непродетонировавших взрывчатых веществ в продуктах взрыва, отлагающихся на предметах вещной обстановки в зоне его действия.

Для решения этих задач необходимо проведение исследований с применением соответствующих методик, основанных на современных физико-химических методах, позволяющих получать документированные протоколы измерений, свободные от субъективного фактора, что повышает доказательственную значимость проведенных исследований.

Наибольшее распространение при проведении таких исследований получили хроматографические методы: тонкослойная хроматография (ТХ), высокоэффективная жидкостная и газовая хроматография (ВЭЖХ).

В последнее время в практике экспертно-криминалистических служб интенсивно развивается капиллярный электрофорез. Интерес к данному методу обусловлен рядом причин, среди которых простота аппаратуры, возможность разделения широкого круга как ионогенных соединений, так и незаряженных молекул, очень высокая эффективность разделения, недоступная для ВЭЖХ, — до 2 млн. т.т./м, короткое время анализа, малый расход реактивов и др. Метод капиллярного электрофореза может быть применен для исследования как индивидуальных взрывчатых веществ, так и смесевых взрывчатых систем на основе неорганических окислителей и пиротехнических составов.

Для анализа нейтральных молекулярных форм веществ, каковыми являются большинство индивидуальных взрывчатых веществ, на системах капиллярного элек-трофореза реализуется вариант мицеллярной электрокинетической хроматографии (МЭКХ).[1][2][3] [4]

Научно-производственная фирма аналитического приборостроения «Люмэкс» первой из отечественных приборостроительных предприятий освоила серийное производство систем капиллярного электрофореза «Капель» нескольких модификаций. Для них были разработаны, апробированы и аттестованы методики катионного и анионного анализа водных объектов, а также методики анализа с применением техники мицеллярной электрокинетической хроматографии, в частности, определение производных аминокислот.

Целью настоящей работы, проведенной в Средне-Волжском региональном центре судебной экспертизы, лаборатории судебной взрывотехнической экспертизы Российского федерального центра судебной экспертизы при Минюсте России и научно-производственной фирме «Люмэкс», явилось изучение возможности применения системы капиллярного электрофореза «Капель» для анализа индивидуальных взрывчатых веществ и продуктов их взрыва в практике производства взрывотехнической экспертизы.

Исследования проводились на коммерческих приборах производства НПФ «Люмэкс»: базовой модели «Капель-103р» с фотометрическим детектором 254 нм и воздушным охлаждением капилляра, а также «Капель-105» со спектрофотометрическим детектором 190-380 нм. Оба прибора оснащены 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.

Для исследований применялись ацетонитрильные растворы следующих штатных взрывчатых веществ заводского изготовления:

  1. тротил (2,4,6-тринитротолуол) — ГОСТ В-7059-73;
  2. гексоген (циклотриметилентринитрамин) — ГОСТ В-20395-74;
  3. октоген (циклотетраметилентетранитрамин) — ОСТ В 84-1344-76;
  4. тетрил (2,4,6-тринитрофенил-N-метилнитрамин) — ГОСТ 7725-55;
  5. ДИНА (N-диэтанол-N-нитроаминдинитрат) — ТУ 84520-318-81;
  6. 2,4-динитротолуол и нитроглицерин (НГЦ), синтезированные в специализированной лаборатории.

С целью установления оптимальных условий определения исследуемых веществ и разделения их смесей были проведены эксперименты с варьированием концентраций составляющих ведущего электролита, состава раствора пробы, а также способа и времени ввода пробы.

Проведены исследования по отработке режимов промывки (кондиционирования) капилляра.

Раствор пробы представлял собой ацетонитрильный раствор исследуемого вещества, разбавленный дистиллированной водой в соотношении 1:1 ÷ 1:2.

Ввод пробы осуществлялся двумя способами: гидродинамическим при давлении 20 мбар, 3-4 с и электрокинетическим при напряжении 2 кВ, 5-9 с.

В результате проведенной работы экспериментально подобраны оптимальные соотношения компонентов ведущего электролита, обеспечивающего при данных размерах капилляра разделение смесей нитросоединений ароматического ряда, нитропроизводных ароматических, алифатических и гетероциклических аминов с эффективностью до 300-500 тыс. т.т/м.

Значения пределов обнаружения при отношении сигнал/шум = 2:1 для исследованных взрывчатых веществ приведены в таблице.

Пример разделения модельной смеси семи взрывчатых веществ приведен на электрофореграмме (рис.1).

Пример разделения модельной смеси семи взрывчатых веществ приведен на электрофореграмме (рис.1).

Пример разделения модельной смеси семи взрывчатых веществ приведен на электрофореграмме (рис.1).

Рис.1. Разделение модельной смеси октогена, ДИНА, гексогена, нитроглицерина, тротила, тетрила, 2,4-ДНТ Рабочий электролит - 4 мМ борат+75 мМ ДДСН, напряжение +20 кВ, электрокинетический ввод пробы 2 кВ, 7 с, детектирование 200 нм, температура капилляра 200 С

Рис.1. Разделение модельной смеси октогена, ДИНА, гексогена, нитроглицерина, тротила, тетрила, 2,4-ДНТ
Рабочий электролит — 4 мМ борат+75 мМ ДДСН, напряжение +20 кВ, электрокинетический ввод пробы 2 кВ, 7 с, детектирование 200 нм, температура
капилляра 20° С

Сравнение результатов, полученных на системах капиллярного электрофореза «Капель», с данными авторов показывает, что анализаторы «Капель» обеспечивают как пределы обнаружения, так и эффективность разделения на уровне зарубежных аналогов систем капиллярного электрофореза.

Электрофореграмма разделения неочищенного после лабораторного синтеза 2,4,6-тринитротолуола показана на рис. 2.

Рис. 2. Электрофореграмма неочищенного 2,4,6-тринитротолуола Пики: 2 - 2,4,6-тринитротолуол, 3 - 2,4-ДНТ, 4 - 2,6-ДНТ, 5 и 6 - другие примеси. Рабочий электролит - 4 мМ борат+50 мМ ДДСН+5% метанол, напряжение +20 кВ, электрокинетический ввод пробы 2 кВ, 7 с, детектирование 230 нм, температура капилляра 150 С

Рис. 2. Электрофореграмма неочищенного 2,4,6-тринитротолуола Пики: 2 — 2,4,6-тринитротолуол, 3 — 2,4-ДНТ, 4 — 2,6-ДНТ, 5 и 6 — другие примеси.
Рабочий электролит — 4 мМ борат+50 мМ ДДСН+5% метанол, напряжение +20 кВ, электрокинетический ввод пробы 2 кВ, 7 с, детектирование 230 нм,
температура капилляра 15° С

С целью проверки результатов, полученных на модельных смесях взрывчатых веществ, были проведены натурные эксперименты по обнаружению следов гексогена и тротила в продуктах их взрыва. Для реализации данного эксперимента были проведены подрывы ручной осколочной гранаты РГД-5 (разрывной заряд из тротила массой 110-115 г) и разрывного заряда от осколочной гранаты ВОГ-25 для подствольного гранатомета ГП-25 (флегматизированный гексоген массой 48 г). Подрыв данных объектов производился на поверхности растительного грунта.

После подрыва ручной гранаты РГД-5 с поверхности образовавшейся в результате взрыва воронки с помощью магнита были извлечены осколки корпуса. Общая масса этих осколков составила 20 г.

Из углубления в грунте (воронки), образовавшейся после взрыва разрывного заряда из флегматизированного гексогена, был снят поверхностный слой грунта общей массой около 200 г. Образец грунта был высушен до постоянного веса при комнатной температуре. Затем осколки гранаты РГД-5 и навеска сухого грунта массой 100 г были замочены в ацетоне в отдельных бюксах на два часа. Полученные экстракты были отфильтрованы через бумажный фильтр, упарены при комнатной температуре досуха. Сухие остатки были растворены в 120 мкл ацетонитрила каждый. Полученные экстракты ацетонитрила были разделены на две равные части, которые были перенесены в пробирки Эппендорф 1,5 см3, применяемые в системе «Капель», и разбавлены дистиллированной водой в соотношении ацетонитрил-вода=1:2. Полученные в микропробирках растворы и представляли собой растворы проб, содержащие определяемые следовые количества взрывчатых веществ. Общий объем растворов подготовленных к анализу проб составлял 180 мкл.

Анализ экстракта осколков гранаты РГД-5 проводился при следующих условиях: ведущий электролит 2 мМ борат + 35 мМ ДДСН +25% об. метанол, ввод пробы давлением 20 мбар, 3 с, напряжение анализа 20 кВ, детектирование 254 нм. Полученная электрофореграмма приведена на рис. 3.

Рис. 3. Электрофореграмма экстракта с осколков ручной гранаты РГД-5

Рис. 3. Электрофореграмма экстракта с осколков ручной гранаты РГД-5

С помощью программы «МультиХром» на основе предварительно полученной градуировки смесей взрывчатых веществ пик № 2 на электрофореграмме исследуемого раствора был определен как тротил.

Дополнительно пик был идентифицирован методом добавки — в результате добавления ацетонитрильного экстракта тротила к раствору пробы произошло увеличение пика «тротил» как по высоте, так и по площади, других (новых) пиков не появилось. Это означает, что пик № 2 на электрофореграмме рис. 3 действительно принадлежит тротилу.

Анализ экстракта образца грунта после взрыва заряда А-1Х-1 (флегматизированного гексогена) проводился при следующих условиях: ведущий электролит 2 мМ борат + 25 мМ ДДСН, ввод пробы давлением 20 мбар, 4 с, напряжение анализа +20 кВ, детектирование 254 нм. Полученная электрофореграмма приведена на рис. 4.

Рис. 4. Электрофореграмма экстракта образца грунта после взрыва заряда взрывчатого вещества из флегматизированного гексогена

Рис. 4. Электрофореграмма экстракта образца грунта после взрыва заряда взрывчатого вещества из флегматизированного гексогена

Аналогично предыдущему опыту методом добавки была проведена идентификация пика № 2 «гексоген» на электрофореграмме рис. 4.

В Средне-Волжском региональном центре судебной экспертизы Минюста России была проведена апробация полученных методик при производстве взрывотехнических экспертиз по фактам взрыва. С применением систем капиллярного электрофореза «Капель-103р» и «Капель-105″ выполнено 36 исследований по обнаружению следовых количеств взрывчатых веществ на поверхности объектов и в составе продуктов взрыва.

Объектами исследования являлись осколки корпусов боеприпасов и взрывных устройств, смывы и соскобы с поверхности объектов, имеющих следы взрывного воздействия, предметы одежды потерпевших, находившихся в зоне действия взрыва, и др.

На рис. 5 приведена электрофореграмма экстракта с осколков красного кирпича, изъятых с места происшествия — места взрыва ручной гранаты РГН, снаряженной флегматизированным гексогеном массой 97 г.

Определение проводилось на анализаторе «Капель-105″ при следующих условиях: рабочий электролит — 4 мМ борат + 35 мМ ДДСН, напряжение + 20 кВ, ввод пробы давлением 20 мбар, 4 с, детектирование 200 нм, температура капилляра 20° С.

Идентификация пика «гексоген» на электрофореграмме рис. 5 проводилась как методом добавки, так и по УФ-спектру. Для этого были получены спектры идентифицируемого компонента как зависимости относительных площадей пиков (отношение площади пика при i-той длине волны к площади пика при длине волны 254 нм, Si/S254) от длины волны УФ-детектора в диапазоне длин волн 200 ÷ 270 нм и сопоставлены с аналогичными градуировочными зависимостями для взрывчатых веществ. Таким образом было установлено, что УФ-спектры идентифицируемого компонента в пробе совпадают с градуировочным УФ-спектром гексогена.

Рис. 5 Электрофореграмма ацетонитрильного экстракта с осколков кирпича, изъятых с места взрыва ручной гранаты РГН

Рис. 5 Электрофореграмма ацетонитрильного экстракта с осколков кирпича, изъятых с места взрыва ручной гранаты РГН

В результате проведенной работы установлено, что система капиллярного электрофореза «Капель» позволяет реализовать условия:

  1. для определения и идентификации взрывчатых веществ и эффективного разделения их смесей;
  2. для обнаружения следовых количеств взрывчатых веществ, в том числе в составе продуктов их взрыва, отлагающихся на объектах, находившихся в зоне действия взрыва.

Предел обнаружения при отношении сигнал/шум = 2:1 для исследованных индивидуальных взрывчатых веществ составляет около 1 мкг/см3. В целом система капиллярного электрофореза характеризуется простотой и надежностью в эксплуатации, коротким временем анализа, высокой эффективностью разделения, малым расходом химических реактивов, возможностью получать документированные протоколы измерений.

Результаты проведенной работы позволяют рекомендовать систему капиллярного электрофореза «Капель» для внедрения в практику исследования взрывчатых веществ и продуктов их взрыва при производстве взрывотехнических экспертиз.

Авторы:

В.Н. Будников — зав. отделом Средне-Волжского регионального ЦСЭ Минюста России, к.т.н., доцент.

Я.С. Каменцев — научный сотрудник научно-производственной фирмы аналитического приборостроения «Люмэкс».

В.В. Кондратьев — зав. лабораторией РФЦСЭ при Минюсте России, к.т.н.

В.Н. Цветкова — главный эксперт РФЦСЭ при Минюсте России, к.ю.н.


  1. Руководство по капиллярному электрофорезу / под ред. А.М. Волощука. М., 1996.
  2. 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.
  3. Беленький Б.Г., Белов Ю.В., Касалайнен Г.Е., Медведева М.И., Хор С.Т. Высокоэффективная мицеллярная электрокинетическая хроматография взрывчатых веществ // Журн. аналит. химии. 1998. Т. 53. № 3.C. 329-333
  4. 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. 17751083.
Нашли в тексте ошибку? Выделите её, нажмите Ctrl + Enter, и мы всё исправим!