Британським дослідникам вдалося зняти відбитки пальців з гільзи патрона за допомогою часопролітної мас-спектроскопії вторинних іонів. На отриманих зображеннях видно чіткі епідермальні гребінці та потові пори, причому метод візуалізації виявився неруйнівним, а тому після нього гільзи можна використовувати і для отримання інших типів доказів на кшталт ДНК. Однак головною метою роботи було довести можливість отримати зображення як з невеликих поверхонь розміром у кілька сотень мікрон, так і з усієї вигнутої поверхні гільз. Результати експериментів з револьвером Webley MkII вчені опублікували у журналі Analyst.
Charles J. Lee et al. / Analyst, 2021
Навіщо потрібні відбитки з гільз?
Візуалізація прихованих відбитків пальців на гільзах може бути вагомим доказом судово-медичної експертизи. Відбиток пальця може зв'язати людину з гільзою до того, як вона була завантажена у вогнепальну зброю, і, отже, потенційно може забезпечити зв'язок із злочинцем. І хоча на місці скоєння злочинів часто можна знайти як стріляні, так і необпалені гільзи, витяг відбитків пальців на гільзах патронів насправді приносить великі труднощі криміналістам.
Це пов'язано як із фізичними умовами, в яких знаходяться гільзи під час пострілу, так і з методами, які використовуються для прояву та зображення слідів від пальців. Коли куля вистрілює, гільза зазнає високих температур, тиску і великих сил тертя всередині стовбура зброї. Також вона покривається залишками пороху, що призводить до видалення, випаровування або розкладання більш летких компонентів, якими можна ідентифікувати відбиток пальців (таких як вода, амінокислоти і жири). Ці фактори роблять неефективними традиційні методи вилучення відбитків пальців, таких як обробка ціаноакрилатом та флуоресцентне фарбування.
Крім того, кривизна та оптичні властивості гільз створюють додаткові труднощі при спробі отримати зображення відбитка пальця, навіть якщо його можливо виявити з використанням звичайних методів.
Оптичні (флуоресцентні) зображення патронів Webley MkII після нанесення відбитка пальця та подальшої обробки цианакрилатом (а) через один день (b), через сім днів і (c) через сім місяців після нанесення відбитка. Charles J. Lee et al. / Analyst, 2021
Чи є тоді сенс шукати?
Однак не зважаючи на все це, багато неорганічних речовин, такі як прості солі, що містяться у виділеннях поту, можуть зберегтися в умовах усередині зброї. Крім того, солі викликають прискорену локальну корозію сплавів, таких як латунь, що як очікується, змінить фізико-хімічні властивості гільзи. Ці шари корозії можуть залишати на корпусі стійкий відбиток слідів пальців.
І хоча поверхневі шари корозії дуже тонкі та їх нелегко візуалізувати за допомогою звичайних методів відновлення відбитків пальців, їх можна виявити за допомогою складніших методів дослідження поверхні. Наприклад, за допомогою скануючої мікроскопії з зондом Кельвіна (Kelvin microscopy) або з використанням електрохімічних окислювально-відновних реакцій з металом можна візуалізувати відбиток пальця навіть якщо відмити гільзу з милом.
Однак переконати поліціянтів використовувати такі експериментальні методи до того, як вони застосують якийсь із традиційних підходів для пошуку відбитків пальців, є надзвичайно складним завданням, і тому ці методи рідко використовуються у реальних судових справах.
У своїй роботі дослідники університету Ноттінгема вирішили вдатися до ще одного перспективного методу, який дозволить одержати відбитки з нерівної поверхні гільзи навіть після тривалого зберігання — часопролітної мас-спектроскопії вторинних іонів (ToF-SIMS).
Зображення ToF-SIMS, отримані через один день, сім днів і сім місяців після нанесення мітки та отримані за допомогою етапу обертання зразка. Charles J. Lee et al. / Analyst, 2021
Як працює метод?
У цьому методі використовується іонний пучок для видалення невеликої кількості матеріалу з поверхні зразка. У цей час мас-аналізатор використовується для сортування будь-яких вторинних іонів, які випускаються з поверхні, відповідно до їхнього відношення маси до заряду. Таким чином, можна отримати мас-спектр у кожній точці поверхні зразка. Цей підхід можна використовувати для визначення того, де на цій поверхні можуть бути компоненти відбитків пальців (наприклад, прості солі). Той факт, що видаляється так мало матеріалу зі зразка, означає, що цей метод практично неруйнівний, і зразки можуть бути відображені багато разів, не побоюючись знищення доказів. Дослідження продемонстрували, що ключові компоненти відбитків пальців, такі як неорганічні солі, харчові метаболіти, ліпіди та прості поверхнево-активні речовини (забруднення від мила, наприклад) залишаються стабільними, незважаючи на багаторазовий вплив з боку.
Додатковою перевагою використання ToF-SIMS для зображення поверхні гільз є те, що він забезпечує одночасне виявлення та візуалізацію різних хімічних речовин без необхідності забруднення поверхні будь-якими реагентами. Це означає, що можна отримати й інші типи доказів після завершення візуалізації ToF-SIMS. Саме неруйнівний характер цього методу дуже привабливий і дає значні переваги порівняно із звичайними методами.
Одним із потенційних недоліків ToF-SIMS є те, що він обмежений аналізом виключно плоских зразків. Це означає, що зразки з більш складною чи вигнутою геометрією важко аналізувати. У багатьох випадках це часто призводить до того, що відображається лише невелика ділянка поверхні, а властивості інших виводяться з кількох точок відбору проб. Тому у своїй роботі дослідники використовували платформу, що обертається, у тримачі пластини для зразків, яку помістили в умови надвисокого вакууму. Ця робота стала першою демонстрацією можливості відобразити всю вигнуту поверхню циліндричного об'єкта (гільзи) за допомогою ToF-SIMS.
Як отримали відбитки?
Для експерименту двоє чоловіків вимили руки звичайним милом і одягли нітрилові рукавички на дві години, щоб піт міг природно накопичуватися на кінчиках пальців. Потім вони залишили свої відбитки на різних ділянках поверхні гільзи, яку потім зберігали в скляному герметичному контейнері при кімнатній температурі. Сліди від пальців також нанесли на папір за допомогою чорнила – з ними потім порівнювали отримані відбитки з гільз за допомогою нового та традиційних методів.
Потім зразок гільзи повертали в спектрометрі — на кожну сторону для отримання повного зображення у сотню пікселів на міліметр йшло приблизно по чотири хвилини. Потім за допомогою алгоритму ці знімки склеїли в один і отримали повноцінний відбиток пальця. Так з ToF-SIMS вдалося отримати виразні відбитки пальців з гільзи через день, тиждень та сім місяців, тоді як для традиційних методів сліди почали зникати вже через тиждень.
Наскільки цей метод практичний?
Важливо відзначити, що поки результати експериментів мають суттєві обмеження. По-перше, всього два учасники, тому невідомо, якими вийдуть результати з великою кількістю пальців і людей. Також в експериментах використовували нестріляні гільзи (щоб перевірити можливість зображення з кривих поверхонь), тож техніку необхідно застосувати до обпалених гільз, щоб визначити, наскільки спотворюються сліди після пострілу.
Порівняння відбитків пальців, отриманих за допомогою ToF-SIMS (A) та відбитків чорнилом на папері (панель B). Charles J. Lee et al. / Analyst, 2021
Додаткові обмеження пов'язані з впливом чинників середовища — у цій роботі патрони зберігалися у ретельно контрольованих умовах, що дуже мало схоже реальні місця злочинів. Останнім обмеженням методу ToF SIMS є висока вартість, порівняно з традиційними методами, а також необхідність у принаймні 12 годинах на проведення аналізу. Тож свій метод вчені пропонують використовувати тільки для розкриття серйозних злочинів або в умовах, коли вважається, що інші методи не спрацюють, або коли висока ймовірність згодом отримати інші типи доказів (наприклад, ДНК).
Окрім пошуку відбитків пальців, криміналісти на місцях злочинів досліджують сліди крові. І насправді це також має велику кількість перешкод, зокрема — подібність людської і тваринної крові. Щоб обійти це, вчені створили портативний пристрій, який за допомогою інфрачервоної спектроскопії зміг відрізнити кров лося, оленя і тхора від людської з точністю 99,6 відсотка. Стовідсоткової точності завадив досягти єнот, кров якого алгоритми віднесли до людської.
Оновлено о 13:56: Помилкове «гільза кулі» замінили на «гільза патрона»