Επιλύοντας εγκλήματα με τη βοήθεια της Χημείας Teach article

Μετάφραση από τον Θοδωρή Χαραλάμπη (Theodoros Charalampis)-Χημικός. Χρησιμοποιώντας μία χημική τεχνική από τον χώρο της εγκληματολογικής έρευνας μπορεί κάποιος να…

Ένα δακτυλικό αποτύπωμα
αποκαλύπτεται

domnitsky/Shutterstock.com
 

Η ανίχνευση των δακτυλικών αποτυπωμάτων αποτελεί βασικό στοιχείο στις ποινικές έρευνες για πάνω από 100 χρόνια. Αποτελεί σημαντικό εργαλείο της εγκληματολογίας για δύο λόγους : πρώτον, τα δακτυλικά αποτυπώματα είναι μοναδικά (ακόμα και τα πανομοιότυπα δίδυμα έχουν διαφορετικά μοτίβα), και δεύτερον, τα δακτυλικά αποτυπώματα δεν αλλάζουν με τα χρόνια : αν κάποιος καεί ή κοπεί στο δάκτυλό του, το σχέδιο θα αποκατασταθεί στην αρχική του μορφή. Σε μία σκηνή εγκλήματος, τα ορατά αποτυπώματα είναι εύκολο να ανιχνευθούν. Πρόκειται, για παράδειγμα, για ορατά μοτίβα που αφήνονται από δάχτυλα καλυμμένα με αίμα. Τα λανθάνοντα αποτυπώματα, ωστόσο θέτουν περισσότερα προβλήματα. Πρόκειται για αόρατα μοτίβα που οφείλονται στα φυσικά έλαια και τον ιδρώτα του δέρματός μας.

Με τον καιρό, οι εγκληματολόγοι ανέπτυξαν τρόπους για να καθιστούν ορατά τα λανθάνοντα αποτυπώματα. Η πιο παλιά τεχνική στηρίζεται στη χρήση κατάλληλης σκόνης, σύμφωνα με την οποία εφαρμόζουμε ξερή σκόνη στο αποτύπωμα με τη βοήθεια μίας λεπτής βούρτσας. Η σκόνη προσκολλάται στην υγρασία και τα έλαια του αποτυπώματος, καθιστώντας το ορατό. Σήμερα υπάρχουν εκατοντάδες σκόνες με διαφορετική σύσταση ανάλογα με την επιφάνεια στην οποία θα εφαρμοστούν. Γενικά, οι διάφορες σκόνες περιέχουν χρωστικές για να παρέχει αντίθεση, και συνδετικά υλικά για είναι δυνατή η προσκόλλησή τους στο αποτύπωμα. Η μέθοδος με την σκόνη εφαρμόζεται ακόμα και σήμερα καθώς είναι αποτελεσματική σε όλες σχεδόν τις μη πορώδεις επιφάνειες, όπως για παράδειγμα το γυαλί.

Μία άλλη κοινή τεχνική οπτικοποίησης είναι η χρήση κυανοακρυλικού αερίου. Αυτή η μέθοδος αξιοποιείται από την αστυνομία όχι στον τόπο του εγκλήματος αλλά στο εργαστήριο. Τα κυανοακρυλικά είναι μόρια που υπάρχουν στις σούπερ κόλες, για το λόγο αυτό και η μέθοδος αυτή λέγεται επίσης μέθοδος της σούπερ κόλας. Όπως η μέθοδος της σκόνης, και η μέθοδος με το αέριο είναι κατάλληλη για την ανίχνευση αποτυπωμάτων σε μη πορώδεις επιφάνειες. Η τεχνική αυτή πραγματοποιείται σε έναν θάλαμο ανάπτυξης. Το κυανοακρυλικά σχηματίζει ατμούς που προσκολλώνται στο αποτύπωμα ύστερα από μία αντίδραση πολυμερισμού, δημιουργώντας ένα ορατό λευκό αποτύπωμα.

Μετά την ανάπτυξη με κυανοακρυλικά, σκόνες ή βαφές μπορούν να εφαρμοστούν στο αποτύπωμα για να βελτιώσουν την αντίθεση και να το κάνουν πιο ορατό. Τα αποτυπώματα συνήθως βάφονται με διάλυμα κρυστάλλων ιωδίου, που τα κάνει μωβ.

Η δραστηριότητα που περιγράφεται σε αυτό το άρθρο επιτρέπει στους μαθητές να ανιχνεύσουν τα δικά τους αποτυπώματα χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της σούπερ κόλας. Αφού κάνουν ορατά τα αποτυπώματά τους, οι μαθητές προσθέτουν φθορίζουσα βαφή στα αποτυπώματα για να δημιουργήσουν αντίθεση. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει στους μαθητές να εφαρμόσουν μία ασφαλή εναλλακτική αντί της βαφής  των αποτυπωμάτων, καθώς το κρυσταλλικό ιώδιο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην τάξη εξαιτίας των τοξικών και καρκινογόνων επιπτώσεων της. Συνίσταται στους μαθητές να εργαστούν σε μικρές ομάδες. Κάθε μέρος της δραστηριότητας διαρκεί περίπου 30 λεπτά.

Μέρος 1ο: Οπτικοποιώντας τα λανθάνοντα αποτυπώματα

Σε αυτή τη διαδικασία, οι μαθητές ανιχνεύουν λανθάνοντα αποτυπώματα με την μέθοδο της σούπερ κόλας προκειμένου να μάθουν για τις αντιδράσεις πολυμερισμού. Η μέθοδος της σούπερ κόλας περιλαμβάνει την εξάτμιση της σούπερ κόλας σε έναν κλειστό θάλαμο. Χρησιμοποιήθηκε ένα κουτί Tic Tac® ως θάλαμος και το καπάκι αντικαταστάθηκε από ένα ενισχυμένο πλαστικό καπάκι για να διασφαλιστεί ότι οι ατμοί δεν θα διαφύγουν. Εναλλακτικά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα κουτί Tic Tac® με καπάκι ένα δισκίο Petri ή να αντικατασταθεί το κουτί με ένα γυάλινο ποτήρι νερού χρησιμοποιώντας και πάλι ως καπάκι ένα δισκίο Petriw1. Ας σημειωθεί ότι αυτός ο εξοπλισμός δεν θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί αλλού μετά το πείραμα, γι’ αυτό και θα πρέπει να απορριφθεί.

Σημειώσεις για την ασφάλεια

Φορέστε μία εργαστηριακή ποδιά, γάντια και γυαλιά ασφαλείας. Να είστε προσεχτικοί κατά τη χρήση της σούπερ κόλας καθώς μπορεί να κολλήσει το δέρμα – όπως για παράδειγμα τα δάχτυλα και τα βλέφαρα – σε λίγα δευτερόλεπτα. Το κυανοακρυλικό αέριο είναι ερεθιστικό για το αναπνευστικό σύστημα, γι’ αυτό η δραστηριότητα θα πρέπει να πραγματοποιηθεί σε μία καλά αεριζόμενη αίθουσα. Αν το εργαστήριο του σχολείου σας διαθέτει απαγωγό αερίων, συνίσταται η εκτέλεση των βημάτων 6 και μετά μέσα στον απαγωγό των αερίων.

Υλικά

  • Μεγάλο Tic Tac® κουτί (8 εκ. x 4 εκ. x 1.5 εκ.)
  • Ενισχυμένο πλαστικό κάλυμμαw1
  • Θερμαντική πλάκα
  • Λαβίδες
  • Ψαλίδι
  • Ρολό χαρτί κουζίνας
  • Φύλλα κυτταρίνης (π.χ. πάνες μίας χρήσης)
  • Αλουμινόχαρτο
  • Αιθανόλη
  • Σούπερ κόλα (σε υγρή μορφή είναι πιο αποτελεσματική)

Διαδικασία

Figure 1: Experimental setup for the superglue method
Σχήμα 1 : Πειραματική
διάταξη για τη μέθοδο με
την σούπερ κόλα

Rachel Fischer
  1. Κόψτε με το ψαλίδι ένα κομμάτι από το φύλλο κυτταρίνης διαστάσεων 10 εκ. x 15 εκ. και τοποθετήστε το μέσα στο κουτί Tic Tac®.
  2. Κόψτε ένα κομμάτι αλουμινόχαρτου διαστάσεων 4 εκ. x 4 εκ.. Προσθέστε λίγη αιθανόλη σε ένα κομμάτι χαρτιού κουζίνας και με αυτό καθαρίστε καλά την επιφάνεια του αλουμινόχαρτου.
  3. Επιλέξτε ένα άτομο της ομάδας για να δημιουργήσετε το αποτύπωμά του. Το άτομο αυτό θα πρέπει να τρίψει το δάχτυλό του στο μέτωπό του ή στη μύτη του για να συγκρατήσει έλαια και ιδρώτα, και στη συνέχεια προσεχτικά να πιέσει το δάχτυλο του στο κομμάτι του αλουμινόχαρτου για δύο δευτερόλεπτα.
  4. Μεταφέρετε με τη βοήθεια της λαβίδας το κομμάτι του αλουμινόχαρτου μέσα στο κουτί.
  5. Προσθέστε 10 σταγόνες σούπερ κόλας στο κομμάτι του φύλλου κυτταρίνης. Η κυτταρίνη αυξάνει την επιφάνεια εξάτμισης και αποτρέπει την σούπερ κόλλα από το να πάει στον πάτο του κουτιού και να σκληρύνει.  
  6. Καλύψτε το κουτί με το καπάκι και τοποθετήστε το στη θερμαντική πλάκα.
  7. Ρυθμίστε τη θερμοκρασία στους 75oC. Αν η θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη των 100oC, το κουτί θα λιώσει. Γι’ αυτό βεβαιωθείτε ότι η θερμοκρασία διατηρείται στους 75oC (δες σχήμα 1). Αν χρησιμοποιήσετε υάλινα σκεύη αντί του κουτιού Tic Tac, οι κίνδυνοι περιορίζονται.
  8. Μόλις το αποτύπωμα γίνει ορατό, απομακρύνετε το κουτί από την πλάκα. Περιμένετε 10 δευτερόλεπτα και αφαιρέστε το αλουμινόχαρτο με τη λαβίδα. Για να αποφύγετε τη διαφυγή της σούπερ κόλας, ανοίξτε ελαφρά το κουτί.
  9. Αν δεν έχει αναπτυχθεί πλήρως το αποτύπωμα, προσθέστε άλλες 10 σταγόνες σούπερ κόλας στο κομμάτι κυτταρίνης και επαναλάβετε τη διαδικασία.
  10. Επαναλάβετε τη διαδικασία με όλους τους μαθητές της ομάδας και συγκρίνετε τα αποτυπώματά τους. Να σημειωθεί ότι μετά από 5 επαναλήψεις θα πρέπει να αντικατασταθεί το κομμάτι κυτταρίνης.
  11. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας με όλους τους μαθητές, τοποθετήστε το κουτί στον απαγωγό αερίων με το καπάκι ανοιχτό. Μετά από λίγα λεπτά το κουτί θα μπορεί να απορριφθεί στον κάδο των απορριμάτων.

Συζήτηση

Συζητήστε μέσα στην τάξη μερικά από τα ακόλουθα ερωτήματα :

  • Τι παρατηρήσατε όταν κλείσατε τη θερμαντική πλάκα ;
  • Με τι μοιάζει το αποτύπωμα μετά το πείραμα ;
  • Γιατί το αποτύπωμα γίνεται άσπρο, ενώ το υπόλοιπο αλουμινόχαρτο παραμένει αμετάβλητο ;
  • Τι είδους αντίδραση πραγματοποιείται όταν η σούπερ κόλα προσκολλάται στο αποτύπωμα ;
  • Ποια είναι τα αντιδρώντα και ποια είναι τα προϊόντα σε αυτή τη χημική αντίδραση ;
  • Πως μπορεί η σούπερ κόλα να κολλήσει τα χέρια σου και τα βλέφαρά σου μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα ;

Εξήγηση

Λίγα λεπτά αφού θερμανθεί η πλάκα, η σούπερ κόλα εξατμίζεται από το κομμάτι της κυτταρίνης. Οι ατμοί της σούπερ κόλας προσκολλώνται στο αποτύπωμα αφήνοντας ένα λευκό ίχνος (δες σχήμα 2). Αυτή η αντίδραση πραγματοποιείται διότι οι κυανοακρυλικοί εστέρες της σούπερ κόλας πολυμερίζονται όταν θα έρθουν σε επαφή με τα μόρια στο αποτύπωμα (π.χ. νερό, λιπαρά οξέα, αμινοξέα). Στη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, ένας κυανοακρυλικός εστέρας (συνήθως ένα μονομερές κυανοακρυλικού αιθυλεστέρα) δίνει μία μοριακή αλυσίδα (ένα πολυμερές του κυανοακρυλικού αιθυλεστέρα∙ δες σχήμα 3). Σε θερμοκρασία δωματίου το πολυμερές του κυανοακρυλικού αιθυλεστέρα είναι στερεό και λευκό και δημιουργείται στο σημείο του αποτυπώματος. Αυτή η μέθοδος είναι αποτελεσματική μόνο σε στεγνά αντικείμενα. Αν όλο το κομμάτι του αλουμινόχαρτου ήταν νοτισμένο, η αντίδραση πολυμερισμού θα πραγματοποιούνταν σε όλη την επιφάνεια του κομματιού.

Figure 2: Fingerprints on aluminium foil visualised with superglue
Σχήμα 2 : Τα αποτυπώματα γίνονται ορατά στο αλουμινόχαρτο με τη βοήθεια της σούπερ κόλας
Rachel Fischer

 

Figure 3: Polymerisation reaction of the ethyl cyanoacrylate monomer with water
Σχήμα 3 : Αντίδραση πολυμερισμού του μονομερούς κυανοακρυλικού αιθυλίου με νερό
Rachel Fischer
Start reaction: Αντίδραση έναρξης;
Chain growth reaction: Αντίδραση επέκτασης της αλυσίδας

Μέρος 2ο : Κάνοντας τα αποτυπώματα να φθορίζουν

Σε αυτό το μέρος της δράσης, οι μαθητές βάφουν τα αποτυπώματα από το 1ο μέρος χρησιμοποιώντας μία χειροποίητη βαφή. Για τη δημιουργία της βαφής, οι μαθητές διαλύουν μελάνι από μαρκαδόρους υπογράμμισης σε αιθανόλη. Οι μαθητές μαθαίνουν για το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και τον φθορισμό, καθώς και για τα πολικά και μη πολικά μόρια.

Σημειώσεις για την ασφάλεια

Φορέστε μία εργαστηριακή ποδιά και γυαλιά ασφαλείας – ιδανικά για την προστασία από την UV ακτινοβολία. Μην κοιτάτε απευθείας στη λάμπα UV ή στρέψτε τη λάμπα στα μάτια κάποιου άλλου.

Υλικά

  • Λάμπα UV (λ = 395 nanometres)
  • Λαβίδα
  • Τρία δισκία Petri
  • Τρία κομμάτια διηθητικού χαρτιού
  • Μαρκαδόροι υπογράμμισης Stabilo Boss® χρώματος κίτρινου, πορτοκαλί και ροζ
  • Αλουμινόχαρτο με αποτυπώματα σούπερ κόλας από το 1ο μέρος
  • Αιθανόλη
  • Χαρτοκιβώτιο
  • Πιστολάκι για τα μαλλιά (προαιρετικά)

Διαδικασία

  1. Πάρτε ένα κομμάτι διηθητικού χαρτιού και χρωματίστε την με τον κίτρινο μαρκαδόρο. Επαναλάβετε τη διαδικασία με τα άλλα δύο κομμάτια διηθητικού και τους άλλους μαρκαδόρους (δες σχήμα 4).
  2. Τοποθετήστε κάθε κομμάτι χαρτιού σε διαφορετικό δισκίο Petri. Προσθέστε αιθανόλη σε κάθε δισκίο έως ότου καλυφθεί κάθε κομμάτι χαρτιού (δες σχήμα 5).
  3. Μετά από 10 λεπτά αφαιρέστε τα διηθητικά χαρτιά από τα δισκία Petri χρησιμοποιώντας τη λαβίδα και πετάξτε τα στον κάδο των απορριμμάτων.
  4. Επιλέξτε τρία από τα κομμάτια αλουμινόχαρτου με τα αποτυπώματα από το 1ο μέρος και τοποθετήστε από ένα σε καθένα από τα διαλύματα στα δισκία Petri (δες σχήμα 6).
  5. Περιμένετε 5 λεπτά και απομακρύνετε το κάθε κομμάτι αλουμινόχαρτου από τα διαλύματα με τη λαβίδα. Αφήστε το κομμάτι να στεγνώσει (η αιθανόλη θα εξατμιστεί) ή χρησιμοποιήστε το πιστολάκι των μαλλιών για να επιταχύνετε τη διαδικασία.
  6. Παρατηρήστε τα χρωματισμένα αποτυπώματα σε ένα σκοτεινό χαρτοκιβώτιο ή σε ένα σκοτεινό δωμάτιο κάτω από μία λάμπα UV (δες σχήμα 7).
     
Figure 4: Filter papers coloured with highlighter pens
Σχήμα 4 : Διηθητικά χαρτιά χρωματισμένα με μαρκαδόρους υπογράμμισης
Rachel Fischer
 
Figure 5: Highlighted filter papers covered with ethanol
Σχήμα 5 : Χρωματισμένα διηθητικά χαρτιά καλυμμένα με αιθανόλη
Rachel Fischer
 
Figure 6: Superglue fingerprints on aluminium foil in highlighter solutions
Σχήμα 6 : Αποτυπώματα από την σούπερ κόλα σε κομμάτι αλουμινόχαρτου σε διάλυμα υγρού από τους μαρκαδόρους
Rachel Fischer
 
Figure 7: Fluorescent superglue fingerprints under UV light
Σχήμα 7 : Φθορίζοντα αποτυπώματα από την σούπερ κόλα κάτω από λάμπα UV
Rachel Fischer

Συζήτηση

Συζητήστε μερικά από τα ακόλουθα ερωτήματα μέσα στην τάξη :

  • Τι συμβαίνει όταν προστίθεται αιθανόλη πάνω στο χρωματισμένο διηθητικό χαρτί ;
  • Για να δουλέψει το συγκεκριμένο πείραμα, θα πρέπει η βαφή να περιέχει τόσο ένα πολικό όσο κι ένα μη πολικό συστατικό. Γιατί ;
  • Με τι μοιάζει το αποτύπωμα κατά την έκθεσή του στην UV ακτινοβολία ;
  • Γιατί το αποτύπωμα φθορίζει κατά την έκθεσή του στην UV ακτινοβολία ;

Εξήγηση

Όταν τα χρωματισμένα διηθητικά χαρτιά έρθουν σε επαφή με την αιθανόλη, η φθορίζουσα χρωστική των μαρκαδόρων υπογράμμισης διαχέονται από το χαρτί στο διάλυμα. Για να διαλυθεί στην αλκοόλη (ένα πολικό μόριο), η χρωστική θα πρέπει να περιέχει μερικά πολικά συστατικά. Για να χρωματιστεί το αποτύπωμα από τη σούπερ κόλα (που αποτελείται από μη πολικά πολυμερή του κυανοακρυλικού αιθυλεστέρα), η χρωστική θα πρέπει να περιέχει, επίσης, μη πολικά συστατικά. Ένας μαρκαδόρος υπογράμμισης της Herlitz®, για παράδειγμα, δεν χρωμάτιζε τα αποτυπώματα, γιατί η χρωστική τους (πυρανίνη) είναι πολική (Ducci & Oetken, 2018).

Αφού εξατμισθεί η αιθανόλη από το κομμάτι του αλουμινόχαρτου και γίνει η χρώση του αποτυπώματος, το αποτύπωμα θα φθορίζει κατά την έκθεσή του σε ακτινοβολία UV. Αυτό συμβαίνει διότι η χρωστική διαθέτει φθορίζοντα μόρια που απορροφούν ακτινοβολία συγκεκριμένου μήκους κύματος (όπως την ακτινοβολία UV) και την επανεκπέμπουν σε μεγαλύτερα μήκη κύματος, όπως κίτρινο, πορτοκαλί ή ροζ στην περιοχή του ορατού φάσματος. Αυτό δεν είναι ιδιαίτερα αισθητό στο φως της ημέρας, αλλά είναι πιο εμφανές κάτω από την ακτινοβολία UV.

Download

Download this article as a PDF

References

  • Ducci M, Oetken M (2018) Fluoreszierende Farbenspiele. Spektrum der Wissenschaft 3: 56-59.

Web References

  • w1 – Αν επιθυμείτε να αποκτήσετε ενισχυμένα πλαστικά καπάκια για τα κουτιά Tic Tac®, μπορείτε να επικοινωνήσετε με τον Bernd Mößner (info@experimente-zur-energiewende.de) για περισσότερες πληροφορίες και για να κάνετε την παραγγελία σας.

Resources

  • Για περισσότερες πληροφορίες για την ανάλυση των δακτυλικών αποτυπωμάτων, επισκεφτείτε την ιστοσελίδα Forensic Science Simplified.

Author(s)

Η Rachel Fischer είναι διδακτορική φοιτήτρια στην ομάδα του Καθηγητή Marco Oetken στο Πανεπιστήμιο της Εκπαίδευσης του Freiburg, Γερμανία. Η έρευνά της εστιάζεται στην οπτικοποίηση των λανθανόντων αποτυπωμάτων στη σχολική διδασκαλία.

Ο Marco Oetken είναι καθηγητής χημείας και διδακτικής στο Πανεπιστήμιο της Εκπαίδευσης του Freiburg, Γερμανία. Η έρευνά του εστιάζεται στην ανάπτυξη μοντέλων πειραμάτων για συστήματα αποθήκευσης ενέργειας.


Review

Στο άρθρο περιγράφεται μία απλή μέθοδος που αξιοποιεί εξοπλισμό που εύκολα μπορεί να βρεθεί για να απεικονιστεί μία σύγχρονη μέθοδος απεικόνισης των λανθανόντων αποτυπωμάτων. Καταλληλότερη για χημικούς ηλικίας 16 – 19 ετών, η τεχνική επιτρέπει στους μαθητές να συλλογιστούν μία εναλλακτική εκδοχή του πολυμερισμού ως ένα πολύτιμο εργαλείο στην εγκληματολογική έρευνα, αντί του να επικεντρώνονται στο ρόλο του στην παραγωγή υλικών.

Δοκίμασα τη μέθοδο με δύο τάξεις μαθητών (ηλικίας 16-17 ετών) οι οποίοι σχολίασαν πόσο απήλαυσαν το γεγονός ότι στη μέθοδο χρησιμοποιήθηκε κοινός, καθημερινός εξοπλισμό για να απεικονίσει μια ενδιαφέρουσα επιστημονική τεχνική. Η μέθοδος είναι εύκολο να ακολουθηθεί, δίνει καλά αποτελέσματα και μπορεί να αναπαραχθεί.

Σίγουρα θα ενσωματώσω αυτή την δραστηριότητα στη διδασκαλία της χημείας, καθώς πρόκειται για μία νέα δράση, θα μου επιτρέψει να εφοδιάσω τους μαθητές μου με την υπέρβαση και την πρόκληση της θεώρησης ενός ανιονικού μηχανισμού για τον πολυμερισμό, και θα ενθαρρύνουν τη συζήτηση για την επιστημονική σταδιοδρομία στην ιατροδικαστική και την εγκληματολογία.


Caryn Harward, επικεφαλής της χημείας, St Mary’s Calne, Ηνωμένο Βασίλειο




License

CC-BY