Risolvere i crimini con la chimica Teach article

Tradotto da Rocco G. Maltese. Utilizzo di comuni tecniche di chimica in campo forense per rilevare le impronte digitali in laboratorio.

Una impronta digitale
rilevata

domnitsky/Shutterstock.com
 

Individuare le impronte digitali è sempre stato un fattore chiave nella investigazione criminale per oltre 100 anni. E’ un mezzo nelle metodologie forensi per due ragioni: Le impronte digitali sono uniche (anche gemelli identici hanno differenti impronte), e secondo, le impronte digitali non variano nel tempo: se le bruciate o le tagliate esse ricrescono con lo stesso disegno di prima. Su una scena del crimine , le impronte digitali ‘evidenti’ (terminologia forense, N.d.T.)  sono facili da individuare. Sono delle vere e proprie stampe visibili lasciate a seguito di dito ricoperto di sangue, ad esempio. Impronte digitali ‘latenti’, pongono più di un problema. Queste sono delle impronte invisibili lasciate da oli naturali e da sudore della nostra pelle.

Nel corso del tempo, scienziati forensi hanno sviluppato alcuni modi di visualizzare le impronte digitali latenti. La tecnica più vecchia consiste nel metodo delle polveri, dove l’impronta digitale viene visualizzata spargendola con polvere asciutta con un pennello molto morbido. La polvere aderisce all’umidità e a grasso dell’impronta, rendendola visibile. Vi sono attualmente centinaia di tipi di polveri di differenti composizioni a seconda della superficie che si deve trattare. In generale, la povere contiene dei pigmenti che creano il contrasto, e leganti per aderire all’impronta digitale. Il metodo delle polveri è ancor oggi utilizzato perchè funziona su quasi ogni superficie non assorbente, come ad esempio, il vetro.

Un’altra tecnica di visualizzazione è quella del cianocrilato fumante. Questo metodo è però utilizzato dalla polizia in laboratorio e non in situ. I cianocrilati ha le stesse molecole delle super colle, per questa ragione il metodo è stato rinominato il metodo della super colla. Come il metodo delle polveri, quello del cianocrilato fumante è adatto per la rilevazione delle impronte digitali su superfici non assorbenti. Il fumogeno si realizza con una camera di sviluppo. Il cianocrilato forma un vapore che aderisce alle impronte digitali dopo la reazione di polimerizzazione, creando una impronta visibile di colore bianco.

Dopo lo sviluppo del cianocrilato, si può applicare alle impronte della polvere o delle macchie per aumentarne il contrasto e renderle maggiormente visibili. Le impronte digitali spesso sono macchiate con una soluzione cristallina di colore violetto, che le rende di colore violetto.

L’attività presentata in questo articolo insegna agli studenti a rivelare le proprie impronte digitali utilizzando il metodo della supercolla. Dopo aver reso visibili le proprie impronta digitali, gli studenti le renderanno otterranno l’impronta aggiungendo del colorante fluorescente per aumentarne il contrasto. Questa procedura permette gli studenti di far esperienza con una alternativa sicura per macchiare le impronte, perchè il liquido cristallino violetto non può essere utilizzato in classe per la sua tossicità e i suoi effetti carcinogenici. Raccomandiamo di lavorare in piccoli gruppi di tre studenti. Ogni parte dell’attività impegna approssimativamente per 30 minuti.

Parte 1: Visualizzazione delle impronte digitali latenti

In questa procedura, gli studenti dovranno individuare delle impronte digitali latenti con  il metodo della super colla per imparare le reazioni di polimerizzazione. Il metodo della super colla implica l’evaporazione della super colla in una camera chiusa. Noi useremo una scatola dei Tic Tac® al posto della camera e sostituiamo il coperchietto con uno più resistente per assicurare che i vapori non possano fuoriuscire. Potremo usare in alternativa una scatoletta dei Tic Tac®  con un disco di Petri al posto del coperchietto, o sostituire la scatoletta con un bicchiere di vetro, con il disco di Petri come coperchiow1

Note di sicurezza

Indossare un camice da laboratorio, guanti e occhiali di sicurezza. Fate attenzione quando maneggiate la super colla poiché può incollare la pelle – delle dita o delle palpebre- nel giro di pochi secondi. Il cianocrilato è irritante del tratto respiratorio, così l’attività dovrà essere condotta in un ambiente ben ventilato. Se il laboratorio della vostra scuola ha una cappa aspirante, è opportuno che realizzaste il passo 6 sotto questa cappa aspirante.

Materiale

  • Una scatoletta grande di Tic Tac® (8 cm x 4 cm x 1.5 cm)
  • Un coperchio rinforzato di plasticaw1
  • Una piastra riscaldante
  • Pinzette
  • Forbici
  • Rotolo da cucina
  • Un batufolo di cellulosa (p.e. Un pannolino usa e getta)
  • Foglio di alluminio
  • Etanolo
  • Super colla (la colla liquida è meglio)

Procedura

Figure 1: Experimental setup for the superglue method
Figure 1: Experimental setup
for the superglue method

Rachel Fischer
  1. Con le forbici ritagliate un pezzo di cellulosa 10 cm x 15 cm e inseritela all’interno della scatola di Tic Tac®.
  2. Tagliate un pezzo del foglio di alluminio approssimativamente di 4 cm x 4 cm. Aggiungere un po’ di etanolo su un foglio del rotolo da cucina, e utilizzarlo per pulire della del foglio per rimuovere qualsiasi traccia di sporcizia.
  3. Scegliere una persona del gruppo per creare una impronta digitale sul foglio di alluminio. La persona scelta dovrebbe passarsi il suo dito sul naso o sulla fronte per ricavarne  il grasso della pelle, quindi molto attentamente dovrà posare il suo dito sul foglio e lasciarcelo per circa due secondi.
  4. Utilizzando le pinzette, porre il foglio di alluminio all’interno della scatola.
  5. Aggiungere dieci gocce di super colla sulla cellulosa. La cellulosa aumenta la superficie di evaporazione e previene che la super colla raggiunga il fondo della scatola e indurirla.
  6. Chiudere il coperchio della scatola e riponetela sulla piastra riscaldante.
  7. Controllare se la piastra raggiunge i 75 °C. Se la temperatura superasse i 100 °C la scatola fonderebbe, perciò assicurarsi che la temperatura rimanga sotto i 75 °C (vedi figura 1). Notate che se aveste usato un oggetto di vetro al posto della scatola di Tic Tac®, avreste eliminato il rischio di fonderla.
  8. Non appena l’impronta digitale diventa visibile, togliere la scatola dalla piastra. Attendete dieci secondi, e rimuovete il foglio di alluminio con le pinzette. Per evitare che la super colla evapori, aprite solo brevemente il coperchio.
  9. Se l’impronta digitale non si è ancora sviluppata completamente , aggiungete altre dieci gocce di super colla e ripetete la procedura.
  10. Ripetere questa procedura con ogni studente del gruppo, e confrontate le vostre impronte digitali. Attenzione dopo cinque ripetizioni dovete cambiare il pezzo di cellulosa.
  11. Una volta che avete completato la procedura per tutti i membri del gruppo, porre la scatola sotto la cappa per fumi con il coperchio aperto. Dopo alcuni minuti, la scatola può essere disposta nel raccoglitore di rifiuti domestici.

Discussione

Discutere con la classe le seguenti questioni:

  • Che cosa vedete quando accendete la piastra riscaldante?
  • A cosa assomigliano le impronte digitali dopo l’esperimento?
  • Perchè le impronte digitali diventano bianche, mentre il resto del foglio d’alluminio rimane uguale?
  • Che tipo di reazione avviene quando la super colla aderisce all’impronta digitale?
  • Quali sono il reagente e il risultato di questa reazione chimica?
  • Perchè la super colla può incollare in pochi secondi le vostre dite o le ciglia?

Spiegazione

Alcuni minuti dopo aver acceso la piastra, il gas della super colla è emanato dal pezzo di cellulosa. Questi vapori aderiscono all’impronta, lasciando una traccia bianca (vedi figura 2). Questa reazione avviene poiché gli esteri rilasciato dal cianocrilato nella polimerase della super colla a contatto con le molecole contenute nell’impronta digitale (p. e. acqua, acidi grassi, amino acidi). In questo processo, un estere cianocrilato (piú comunemente conosciuto come monomero etil cianocrilato) diventa una catena molecolare (un polimero di etil cianocrilato; vedi figura 3). A temperatura ambiente, un polimero di etil cianocrilato diventa solido e muta il suo colore in bianco, ed è prodotto nell’area dove avete lasciato la vostra impronta digitale. Questo metodo funziona esclusivamente sugli oggetti asciutti. Se l’intero pezzo del foglio di alluminio fosse umido, l’acqua fa avvenire la polimerase sull’intera superficie del foglio.

Figure 2: Fingerprints on aluminium foil visualised with superglue
Figura 2: Impronta digitale sul foglio di alluminio visualizzata mediante la super colla.
Rachel Fischer

 

Figure 3: Polymerisation reaction of the ethyl cyanoacrylate monomer with water
Figura 3: La reazione di polimerizzazione del monomero dell’etil cianocrilato con l’acqua. Rachel Fischer​
Rachel Fischer
Start reaction: Inizia la reazione;
Chain growth reaction: Reazione di accrescimento della catena

Parte 2: Rendere fluorescenti le impronte digitali

In questa parte dell’attività, gli studenti utilizeranno un colorante per colorare le impronte digitali prodotte nella prima parte, utilizzando un colorante fatto in casa. Per creare il colorante, gli studenti devono utilizzare l’ inchiostro all’etanolo degli evidenziatori. Gli studenti acquisiscono conoscenze dello spettro elettromagnetico e sulla fluorescenza, e pure sulle molecole polari e non-polari.
 

Note di sicurezza

Indossate un camice di laboratorio, guanti e occhiali di sicurezza, come gli occhiali a protezione UV. Non guardate direttamente la lampada ad UV, e non indirizzate la lampada a UV agli occhi dei vostri compagni.

Materiali

  • Lampada UV (λ = 395 nanometri)
  • Pinzette
  • Tre dischi di Petri
  • Tre fogli di carta filtrante
  • Evidenziatore Stabilo Boss® giallo arancio e rosa
  • Foglio di alluminio con l’impronta digitale sulla super colla ricavato nella prima parte
  • Etanolo
  • Scatola di cartone
  • Fon asciugacapelli (a discrezione)

Procedura

  1. Prendere un foglio di carta filtrante e colorarne la superficie con l’evidenziatore giallo. Ripetere il processo con altri due fogli di carta e i due evidenziatori rimasti (vedi figura 4).
  2. Mettete ciascun foglio di carta su un disco di Petri, separatamente. Versare etanolo su ciascun disco sino a che il foglioo è completamente coperto (vedi figura 5).
  3. Dopo 10 minuti, rimuovere i fogli di carta filtrante dai dischi di Petri utilizzando le pinzette e disporli nel contenitore dei rifiuti domestici.
  4. Scegliere tre fogli di alluminio con le impronte ricavati nella parte 1, e mettere uno ciascuno nella soluzione dei dischi di Petri (vedi figura 6).
  5. Attendere cinque minuti e quindi rimuovete i fogli di alluminio dalla soluione usando le pinzette. Lasciate che i fogli si asciughino (l’etanolo evaporerà) o potrete utilizzare un asciugacapelli per accelerare il processo.
  6. Osservate le impronte digitali colorate su un cartoncino scuro o in una stanza oscura  avendoli illuminati con la lampada UV (vedi figura 7).
Figure 4: Filter papers coloured with highlighter pens
Figura 4: Fogli di carta filtrante colorata con gli evidenziatori
Rachel Fischer
 
Figure 5: Highlighted filter papers covered with ethanol
Figura 5: Fogli di carta filtrante illuminati ricoperti con l’etanolo
Rachel Fischer
 
Figure 6: Superglue fingerprints on aluminium foil in highlighter solutions
Figura 6: Impronte digitali sui fogli di alluminio con la super colla con la soluzione evidenziante
Rachel Fischer
Figure 7: Fluorescent superglue fingerprints under UV light
Figura 7: impronte digitali ottenute con la super colla rese  fluorescenti sotto la luce UV
Rachel Fischer

Discussione

Potete aprire una discussione con la classe su:

  • Cosa succede quando versi dell’etanolo sui fogli colorati di carta filtrante?
  • Affinchè l’esperimento funzioni, il colorante deve contenere componenti sia polari che non  polari. Perchè?
  • Cosa succede  all’impronta digitale sottoposta alla luce UV?
  • Perchè l’impronta digitale diventa fluorescente quando si illumina con luce UV?

Spiegazione

Quando la carta da filtro illuminata viene a contatto con l’etanolo, il colorante fluorescente dell’evidenziatore si diffonde dal foglio alla soluzione. Per dissolversi nell’etanolo (una molecola polare), il colorante deve contenere alcuni componenti polari. Per colorare l’impronta digitale che ha la super colla (compresi polimeri etil cianocrilati non polari), occorre che il colorante abbia anche, componenti non polari. Un evidenziatore della Herlitz®, per esempio, non dovrebbe macchiare le impronte digitali, perché il colorante (piranina) è polare (Ducci & Oetken, 2018).

Una volta che l’etanolo è evaporato, dal foglio di alluminio e l’impronta digitale è macchiata  dal colorante, l’impronta digitale diventerà fluorescente se viene illuminata con la luce UV. Questo accade poiché il colorante contiene delle molecole fluorescenti che assorbono la luce di una certa lunghezza d’onda (come la luce UV) e riemette luce ad una frequenza di lunghezza d’onda maggiore, come la luce gialla o rosa dello spettro visibile. Questa fluorescenta non è particolarmente visibile alla luce del giorno, ed piú ovvio utilizzare luce UV.

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References

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

Web References

  • w1 – Se desiderate acquistare coperchi di plastica rinforzata per le scatole  di Tic Tac®, potete contattare Bernd  Mößner (info@experimente-zur-energiewende.de) se volete piazzare un ordine.

Resources

Author(s)

Rachel Fisher è una studentessa che frequenta il suo PhD nel team del Professor Marco Oetken all’Università dell’Educazione di Friburgo, Germania. I suo obiettivo è focalizzato sulla visualizzazione delle impronte digitali latenti nell’isegnamento per le scuole.

Marco Oetken è un professore di chimica e didattica all’Università dell’Educazione di Friburgo, Germania. La sua ricerca è focalizzata sullo sviluppo di un modello sperimentale per i sistemi di immagazinamento dell’energia.


Review

L’articolo descrive un semplice metodo che utilizza dei mezzi di facile reperimento per dimostrare un metodo contemporaneo per la visualizzazione delle impronte digitali latenti. Adatto per gli studenti in chimica di 16-19 anni, la tecnica illustrata permette agli studenti di considerare la polimerizzazione come una valida alternativa per la visializzazione delle impronte in campo forense, piuttosto che concentrarsi sul ruolo della manifattura dei materiali.

Io ho avuto l’occasione di provare questo metodo con due classi di studenti (età 16-17) che hanno commentato di come si sono divertiti contenti di poter utilizzare materiali di tutti i giorni per illustrare una interessante tecnica scientifica . Il metodo si segue facilmente, e fornisce dei buoni risultati ed è riproducibile.

Questa attività può essere benissimo inserito nel mio curiculum di insegnamento della chimica, come nuovo metodo, mi ha permesso di fornire ai miei studenti una sfida con il meccanismo di polimerizzazione anionica , e incoraggerò la discussione sulla carriera scientifica in criminologia e scienza forense.


Caryn Harward, direttrice di chimica, al St Mary’s Calne, UK




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