Вход

Применение физики в криминалистических исследованиях

Реферат по криминалистике и криминологии
Дата добавления: 26 января 2003
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 1.3 Мб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу

СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. Общие методы исследования материально-фиксированных отображений в криминалистике 2. Исследование внешнего строения объектов 2.1. Обнаружение и исслед ование следов внешнего строения объектов 2.2. Оптический микроскоп 2.3. Электронный микроскоп 2.4. Основные физические методы , используемые для выявления плохо видимых и невидимых следов 3. Исследование состава и внутренней структуры объектов 3 .1 Понятие внутренней структуры материальных источников информации 3.2. Методы и техника исследования состава и внутренней структуры объектов 3.2.1. Методы анализа химического состава 3.2.1.1. Атомно-эмиссионная спектрометрия 3.2.1.2. А томно-абсорбционная спектрометрия 3.2.1.3. Рентгеноспектральный анализ 3.2.1.4. Молекулярный спектральный анализ 3.2.2. Методы исследования внутренней структуры Заключение Список использованной литературы ВВЕДЕНИЕ Криминалистика – юридическая наука о методах расследования преступл е ний , собирания и исследования судебных доказательств. Преступления ис следуются криминалистикой с точки зрения закономерн о стей механизма и способа их совершения и возникновения порождаемой этими событиями информации , необходимой для их раскрытия и предупреждения. Расследуемое событие отображается в следах , содержащих приз наки (инфо р мацию ) о совершенном преступлении . Способы обнаружения и использования этой информации составляют методы расследования. В зависимости от физической природы и структуры информации в следах преступлений избирается та или другая группа техничес ких приемов обнар у жения , фиксации и исследования . Поэтому в практике предупреждения и ра с крытия преступлений правоохранительные органы используют широкий арс е нал научных методов и технических средств , среди которых достойное место отведено криминалистическ ой технике , рекомендациям о наиболее рационал ь ных приемах и методах обнаружения и исследования вещественных доказ а тельств . И в этом отношении уже с первых шагов криминалистики эксперты-криминалисты при исследовании вещественных доказательств использовали законы физики , приборы и приспособления , работающие на их основе. В последние годы произошли существенные изменения криминалистической техники , благодаря интенсивному освоению и внедрению достижений физики , физической химии , химической физики , аналитиче ской химии , развитию мет о дов этих наук применительно к задачам судебной экспертизы . Этими методами оперируют судебные эксперты всех специальностей : физики , химики , биологи , почерковеды , автотехники , медики и др . После соответствующей криминал и стической оце нки получаемые результаты образуют мощный источник розыс к ной и доказательственной информации , способствующей установлению объе к тивной истины в процессе предварительного следствия и последующего суд о производства . Через изучение химического состава (постоянс тво или измен е ние , сходство или различие ) получают фактические данные о расследуемом происшествии и его участниках. Целью настоящей работы является : показать связи физики и криминалист и ки , что объединяет эти две такие , на первый взгляд , непохожие обла сти знания , две самостоятельные науки . 1 . ОБЩИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛЬНО - -ФИКСИРОВАННЫХ ОТОБРАЖЕНИЙ В КРИМИНАЛИСТИКЕ В качестве вещественных источников криминалистической информации м о гут фигурировать любые предметы , способные нести информацию о фактич е ских обстоятельствах , имеющих значение для раскрытия и расследования пр е ступления . Это – информация о внешних признаках объекта , оставившего сл е ды ; о его внутренних свойствах и структуре ; о функционально-динамических комплексах лица , о тобразившихся вовне ; о механизме следообразования , сп о собе действия преступника и других обстоятельствах события преступления. Информация о механизме совершения преступления отражается в изменении положения объекта , его перемещении , возникновении матери ально-фиксиро- ванных следов как результата взаимодействия объекта и отражающей среды, появлении новых предметов в данном месте и в определенный период и т.п. Познавая механизм таких изменений , можно судить как об отдельных фра г ментах преступного действ ия , так и в целом о преступном событии. Общий подход к исследованию вещественных источников криминалистич е ской информации обусловлен в первую очередь тем , какой круг свойств подл е жит исследованию в объекте : собственные свойства предмета или отображе н ные в нем свойства другого предмета , события , явления . Исследование со б ственных свойств объекта с точки зрения его происхождения , назначения , о т несения к классификационным группам и т.п . осуществляется преимуществе н но методами естественных и технических наук. Исследование же отражений с целью идентификации отображенных объектов и установление обстоятельств преступления составляет специфическую криминалистическую проблему. Особая актуальность проблемы исследования отображений , т.е . “следов” в широком смысле слова , для криминалистики обусловлена не только тем , что всякое преступление расследуется по следам , но и тем , что исследование ото б ражений требует особого методического и технического подхода и разработки специально криминалистических средств и методов. 2 . ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНЕГО СТРОЕНИЯ ОБЪЕКТОВ 2.1 . Обнаружение и исследование следов внешнего строения Внешнее строение объекта , понимаемое как его пространственные границы , представляет чрезвычайно существенное в криминалистическом отношении к а ч ество вещи . Поверхности , образующие пространственные границы вещи , участвуют практически во всех материальных взаимодействиях , связанных с образованием криминалистически значимых следов. Трактовку понятия внешнего строения обычно начинают с определения предмета . Предмет – это дискретная часть материи , имеющая устойчивые пр о странственные границы в любом его агрегатном состоянии . Вещества могут быть при одних температурных условиях и давлении жидкостями , при других – газообразными , а при третьих – твердыми телами . Внешнее строение объектов приобретает криминалистическое значение только у твердых тел , жидкие и г а зообразные вещества могут быть сохранены только в хранилище , сосуде , пр и нимая формы данного сосуда. Признаки внешнего строения объекта , как и вся кие признаки вещи , являются выразителями ее свойств . Внешние признаки как выразители соответствующих свойств объекта характеризуют в первую очередь форму предмета , его разм е ры , рельеф его поверхности. Исследование внешнего строения объекта , независимо о т того , к какой кат е гории (классу , роду ) экспертизы оно относится , осуществляется на основе кр и миналистического учения о следах и следообразовании. Форма предмета - это поверхностная граница его материальной субстанции ; размеры – это величины , относимые к определенным эталонам измерения . Ук а занные характеристики способны ограничивать объект от ему подобных , выд е лить его среди других. Неразрывное единство формы и содержания проявляется и во взаимосвязи внешних и внутренних признаков . Например , рельеф п редмета зависит не тол ь ко от его обработки и других внешних воздействий , но и от внутреннего стр о ения , например , от кристаллической структуры вещества. Изучению рельефа в криминалистике придается особое значение . Объясняе т ся это тем , что рельеф каждого объекта индивидуален . Доказательством этого являются как философские предпосылки , так и анализ условий формирования и существования рельефной поверхности . При этом учитываются кристаллич е ское строение всякого твердого тела , изменение структуры кристалличе ской решетки под влиянием механических помех при формировании твердого тела и , как следствие этого , обусловленность строения поверхности (рельефа ) пре д мета формами и размерами кристаллических зерен , а также размещением. Индивидуальность внешнего строени я каждого предмета является объекти в ной предпосылкой его отождествления . Поверхность индивидуализирует отн о сительно мелкое ее строение . Методика обнаружения , изъятия и фиксации следов зависит от их свойств и создается для каждого вида следов с учетом существующих классификаций . Исследования следов внешнего строения в своей основе сводятся к установл е нию физических характеристик , которые описывают особые свойства , испол ь зуемые для сравнения с отождествляемым объектом (следом ). По степени видимости (различимости ) следы делятся на видимые и неразл и чимые . Если для обнаружения первых не приходится прибегать к каким-то сп е циальным приемам и способам , то обнаружение плохо видимых и невидимых следов требует применения специальных приемов. Огромную кропо тливую работу приходится проводить , чтобы собрать вещ е ственные доказательства путем исследования частичек различных материалов , которые криминалисты называют микроследами или микрообъектами. Микрочастицы и микроследы – это значит , что мы имеем дело с оч ень н е большими количествами вещества , но , кроме того , и размеры отдельных таких частичек (следов ) так малы , что они оказываются на грани возможностей орг а нов чувств человека , так что уже не могут быть различимы без напряжения . Для того чтобы разглядеть и исследовать микрочастицы , необходимо приб е гать к помощи различных приборов и инструментов . Одним из первых таких инструментов , взятым на вооружение судебными экспертами , стал микроскоп . 2.2 .Оптический микроскоп За очень длительную историю своего применения оптическая микроскопия ст а ла универсальным и очень эффективным методом получения судебных доказ а тельств . Даже простой осмотр различных предметов под микроскопом выявл я ет множество деталей , очень важных для проведения следствия . Рассмотрим принци п действия простейшего оптического светового микроскопа . Увеличительная , или выпуклая , линза дает изображение двух типов : действ и тельное и мнимое . Действительное изображение можно спроектировать на к а кой-нибудь экран , а мнимое изображение возникает тол ько в нашем сознании , которое воспринимает изображение , создаваемое не оптическими лучами , а их продолжениями, Важнейшим параметром выпуклой линзы является ее фокусное расстояние . Фокусом называется особая точка , в которой пересекаются после прохождения линзы лучи , падающие на линзу в виде параллельного пучка . При помещении в эту точку источника света после преломления должен возникнуть пучок пара л лельных лучей (рис . 1). Если по одну сторону выпуклой линзы поместить об ъ ект так , чтобы он находился между ф окусным и удвоенным фокусным рассто я нием , по другую сторону линзы возникает обратное , действительное увеличе н ное изображение . Если же объект поместить между фокусом и линзой , по эту же сторону линзы возникает прямое мнимое увеличенное изображение (рис . 2). Это явление положено в основу применения простейшего визуального прибора - лупы . Увеличение лупы тем больше , чем меньше фокусное расстояние , т.е . чем больше ее кривизна . В принципе с помощью лупы можно добиться любого ув е личения , но на практике возникает м ножество ограничений . Прежде всего , из-за технических трудностей нельзя изготовить линзу очень большой кривизны , которая бы давала четкое изображение объекта , а расстояние от глаза до линзы уменьшить практически невозможно. Преодолеть эту трудность помо гла одна простая идея , автором которой был Левенгук еще в 19 в . Идея понятна из рис .3. Для получения больших увелич е ний надо использовать сразу две линзы . Одна из них - объектив - дает действ и тельное обратное увеличенное изображение объекта , а вторая – оку ляр – и с пользуется как лупа . Рассматривая через окуляр картину , полученную с пом о щью объектива , мы видим увеличенное мнимое изображение объекта . Таким образом , большое увеличение достигается в две ступени , и в результате в ми к роскопе возникает обратное (пе ревернутое ) по отношению к объекту изображ е ние . Современный оптический микроскоп – это не просто прибор , состоящий из одного объектива и одного окуляра . Для того чтобы изображение не портилось из-за различных недостатков линз , микроскоп приходится дела ть в виде сло ж ной системы , состоящей из множества линз . Максимальное увеличение являе т ся одной из важнейших характеристик микроскопа , но важнейшим его пар а метром надо признать разрешающую способность , которая показывает , на к а ком минимальном расстоянии две точки , разрешенные с помощью данной с и стемы объектива и окуляра , воспринимаются глазом раздельно . Если рассто я ние между двумя точками равно разрешающей способности , то на этом приборе уже нельзя улучшить изображение . Точно также нельзя , например , восстан о вить изображение детали , неразличимой на плохом негативе , путем увеличения этого негатива до размеров огромного стенда . Теоретически оптический микр о скоп (рис .4) позволяет разрешить (увидеть ) объекты , отстоящие друг от друга на расстоянии , близком половине длины волны лучей света , используемого для освещения. Для того чтобы выявить и отобрать для изучения в оптическом микроскопе микрочастицы , а также , подготовить , их , для более подробных исследований , судебные эксперты пользуются стереомикроскопом . В отл ичие от изображ е ний , которые получаются с помощью микроскопов других типов , изображение в стереомикроскопе является объемным и прямым . Эти особенности очень важны , потому что , работая со стереомикроскопом , объекты можно перемещать на предметном столике , а при необходимости даже обрабатывать теми или иными инструментами . Ясно , что такие операции были бы очень утомительны , если бы их пришлось проводить , наблюдая в окуляре не за прямым , а за пер е вернутым изображением. Оптическая схема стереомикроскопа модел ирует систему объемного зрения человека . Представим себе , что мы держим на небольшом расстоянии перед с о бой какой-то текст , и наши глаза зафиксированы на какой-то точке . Тогда угол между направлениями от этой точки к каждому из глаз будет равен 14 градусов . Каждый глаз воспринимает и передает в мозг свое собственное изображение , но в мозгу оба изображения складываются в единую объемную картину . Ст е реомикроскоп представляет собой по существу систему из двух микроскопов , направление оптических путей , в которы х составляет угол 14 градусов . Подо б ная конструкция позволяет увеличить изображение исследуемого предмета и сохранить его привычный для наблюдения облик . Благодаря встроенным в ок у ляр переводным призмам наблюдатель имеет возможность наблюдать прямое изобра жение предметов , рассматриваемых в стереомикроскоп. Для создания объемных эффектов очень важно уметь использовать «игру» светотени . У обычного оптического микроскопа осветительное устройство дает почти параллельный поток лучей , которые направлены к объе кту практически под прямым углом . Стереомикроскоп позволяет осветить объект с любой ст о роны . Тем самым удается рассмотреть многие детали объекта , обычно скрытые в тени , и сохранить светотеневые эффекты. Максимальное увеличение почти никогда не бывает бо льше 50-кратного , и с пользовать более сильное увеличение нецелесообразно , потому что при этом начинает падать резкость изображения . Однако для выявления судебных улик очень сильного увеличения и не требуется , потому что и при 50-кратном увел и чении размер пр едметов увеличится от 10 мкм в натуре до 0,5 мм при рассмо т рении в микроскопе . Такие размеры уже вполне различимы человеческим гл а зом. 2.3. Электронный микроскоп При исследовании микрообъектов бывает очень важно выяснить их морфол о гические характеристик и , и для этого используют данные , полученные с пом о щью растрового электронного микроскопа. Известно , что пучок электронов , также как и поток света , в одних случаях проявляет свойства дискретных частиц , а в других – волновые свойства . Эти особенности леж ат в основе получения изображения с помощью электронного микроскопа . Длина волны электронного пучка , который перемещается под де й ствием электрических и магнитных полей , зависит только от энергии электр о нов . Чем выше эта энергия , тем меньше длина волны . У э лектронов , ускоря е мых полем с напряжением 60 000 В , длина волны составляет 0,005 нм . Как и световые оптические приборы , электронные микроскопы позволяют «видеть» (т.е . разрешать ) объекты , находящиеся друг от друга на расстоянии порядка половины длины во лны . Однако на практике трудноустраняемые дефекты эле к тронных микроскопов ограничивают предельное разрешение : разрешаются точки , отстоящие друг от друга на расстояние в несколько десятых нанометра . Это почти в 1000 раз лучше предельного разрешения оптическ ого микроскопа. В электронном микроскопе (рис .5) источником электронов служит раскале н ная вольфрамовая спираль . Испускаемые электроны ускоряются в электрич е ском поле при наложении напряжения в несколько десятков тысяч вольт . Роль , которую в световом опт ическом микроскопе играют оптические линзы , у эле к тронных микроскопов выполняют электростатические или магнитные поля . И в оптическом , и в электронном микроскопе изображение формируется в соотве т ствии с законами геометрической оптики , однако в отличие от с ветового изл у чения , распространяющегося прямолинейно , пучок электронов перемещается в поле по спирали . Траектория движения электрона резко изменится , если на св о ем пути эта частица столкнется с газообразными атомами и молекулами . П о этому , прежде чем начина ть работу , надо добиться , чтобы пространство внутри микроскопа не содержало ни воздуха , ни других газов . С этой целью в микр о скопе создается разрежение (давление < 10 -2 – 10 -3 Па ), и в дальнейшем вся р а бота ведется в условиях так называемого глубокого вак уума. Электронно-микроскопическое изображение создается потоком электронов , невидимых для человеческого глаза , и поэтому его нельзя воспринимать виз у ально . Чтобы полученное изображение сделать видимым для глаза , пучок эле к тронов подают на специальные эк раны , покрытые светящимися составами. Особенности строения поверхности различных объектов чаще всего исслед у ют с помощью растрового электронного микроскопа . В этом микроскопе на объект подается очень тонкий пучок электронов . Такой пучок с помощью сп е циа льных полей отклоняется , последовательно («по строчкам» ) «обегает» все точки объекта и формирует изображение поверхности . Однако изображение с о здается не электронным пучком , который падает на образец , а так называемыми вторичными электронами ; последние выб ираются из образца электронным «л у чом» , улавливаются приемником-коллектором и преобразуются в электрич е ский сигнал , который затем усиливается и используется для создания изобр а жения уже на экране. По сравнению с оптическим растровый электронный микроско п отличается не только более высокой разрешающей способностью , но и значительно лу ч шей глубиной резкости . Предположим , например , что на какой-то поверхности отдельные детали вполне различимы при 500-кратном увеличении . Если эта п о верхность совершенно ровна я , ее можно исследовать с помощью светового микроскопа , который дает большие увеличения . Однако если на поверхности имеются неровности , необходимо использовать электронный микроскоп , пот о му что при 500-кратном увеличении в световом микроскопе рельеф поверх н о сти достаточно четко прослеживается на глубину лишь 1-2 мкм от плоскости поверхности . Поэтому , наблюдая поверхность обрывков первичных волокон с сечением 20-30 мкм в оптическом микроскопе , можно различить только наиб о лее крупные детали , а многие особенно сти морфологии останутся неразлич и мыми . В электронном микроскопе мы увидим очень четкое объемное изобр а жение такого волокна , и его поперечный срез можно исследовать очень п о дробно. 2.4. Основные физические методы , используемые для выявления плохо видимых и невидимых следов Основой выделения таких следов является усиление контраста между следом и фоном предмета-носителя , на котором расположен след . Усиливаемый ко н траст бывает яркостным и цветовым . Первый относится к усилению яркости беспигме нтных следов , второй – к усилению цветоразличения , т.е . к делению объектов одного цвета , но разной степени насыщенности или двух цветов , один из которых маскирует другой . Разновидностью яркостного контраста является теневой . Он возникает за счет такого ос в ещения рельефного объекта , при кот о ром возвышающиеся детали рельефа отбрасывают тени на соседние участки , благодаря чему становятся отчетливо различимыми . Так , неглубокие вдавле н ности (0,1-0,2 мм ) можно обнаружить при освещении объекта боковым косоп а дающим светом. Усилением теневого контраста широко пользуются при работе со всеми рел ь ефными (объемными ) следами в трасологии , судебной баллистике . Особое внимание при идентификации таким следам уделяют тому , чтобы и исследу е мый , и экспериментальный следы был и освещены одинаковым образом . За счет усиления яркостного контраста могут быть обнаружены и поверхностные сл е ды . Так , в косопадающем свете удается выявить следы , являющиеся блестящ и ми по отношению к поверхности . Неокрашенные следы , отличающиеся от фона то лько структурной поверхностью (след резиновой обуви на паркете ) или опт и ческими свойствами вещества (потожировые следы папиллярных узоров ), н е редко удается обнаружить , усилив яркостный контраст следа и фона за счет освещения . На фоне блестящей поверхности следы могут казаться матовыми (темными ). Происходит это за счет поглощения следом части лучей света или их рассеивания . На прозрачных предметах следы обнаруживают в косонапра в ленном проходящем свете. Как мы видим , все эти приемы основаны на законах отра жения известных из раздела оптики. Для усиления цветового контраста используют методы цветоделения : подб и рают светофильтры и чувствительные к определенным зонам фотоматериалы , обеспечивающие четкое изображение следов на предмете . Подбор светофил ь тров ос уществляется либо эмпирически (методом проб и ошибок ), либо расче т но-теоретическим путем , с предварительным фотометрированием объектов. Если следы отражают или поглощают невидимые ультрафиолетовые или и н фракрасные лучи , то для их обнаружения используют электронно-оптические преобразователи (отпечаток окровавленной поверхности орудия преступления на одежде жертвы ) или ультрафиолетовые осветители. Если вещество следа может содержать радиоактивные изотопы , то для его обнаружения прибегают к методам радио графии . При выявлении следов давл е ния на металле , которые в последствии были сглажены (перебитые номера ), применяют электролитические методы или проявляют следы в магнитном поле с помощью специальных суспензий . При расположении следов на внутренних частях металлических устройств (следы взлома в замке , следы внутри оружия ) для обнаружения следов нарушения частей механизмов используют рентген о графию и гаммаграфию. 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЫ ОБЪЕКТОВ 3.1. Понятие внутренней структуры ма териальных источников информации Объект как материальный источник информации , изучаемый криминалистами , - это целостная система взаимосвязанных свойств , придающая ему качестве н ную и количественную определенность . Каждый объект обладает неисчерпа е мым множе ством свойств . Однако криминалист-исследователь подвергает из у чению лишь те из них , которые могут отразиться в материальной среде пр е ступления , и доступны научному познанию с использованием достижений с о временной науки и техники. Характерным для совреме нного периода развития криминалистики является стремление решать комплекс криминалистических задач , вплоть до идентиф и кации единичного объема с максимально широким использованием информ а ции о его внутренней структуре. Структура вообще – это относительн о устойчивая связь элементов , их отн о шений , обусловливающая целостность объекта . В криминалистике методолог и чески важно различать при учете их неразрывной связи внешнее и внутреннее строение объектов . Внешнее строение объекта , его форма в широком смысле слова проявляют с е бя непосредственно во внешних связях и взаимодействиях вещей : оно обусло в лено внутренним строением , составом объекта . Граница «внешнего» и «вну т реннего» в ряде случаев условна , например , при исследовании внешнего стро е ния микрочастиц , во локон тканей , кристаллов. В криминалистических исследованиях критерий разграничения внешних и внутренних свойств , внешности и внутреннего строения обусловлен механи з мом их проявления , отражения в следах преступления . Если взаимодействие материальных тел осуществляется в пространственных границах и связано с изменением последних , то в процессе криминалистического исследования и с пользуются признаки внешнего строения ; если взаимодействие связано с изм е нением вне внутренней структуры , физических , химических и биологических свойств объекта , то при криминалистическом исследовании на основе спец и ально разработанных методик используются эти последние . Вместе с тем учет неразрывной связи внешнего и внутреннего строения является методологич е ской основой комплексног о использования признаков внешнего и внутреннего строения в криминалистических исследованиях. К числу свойств внутреннего строения относятся : внутренняя структура , х и мический состав (элементный , молекулярный , изотопный ), физические сво й ства объектов. В связи с развитием криминалистических аналитических инструментальных методов последовательно расширяется круг исследуемых объектов , в который в настоящее время включаются жидкие и газообразные , сыпучие и другие тела , не имеющие устойчивой внешней формы. Объекты криминалистической идентификации выделяются и индивидуализ и руются по комплексу свойств внутреннего строения объекта , а именно : а ) о б щему компонентному составу (структуре ) объекта (размещению его компоне н тов ); б ) субмикроскопической структуре ; в ) химическому составу – элементн о му , молекулярному , изотопному ; г ) фракционному составу – виду и соотнош е нию компонентов (например , связующих наполнителей , пигменту лакокрасок ); д ) физическим (или физико-химическим ) константам – твердости , температуры плавл ения , теплоемкости , электропроводности , плотности и т.п. 3.2. Методы и техника исследования состава и внутренней структуры объектов Методы криминалистического исследования могут классифицироваться в з а висимости от характера изучаемых свойств для исследования : 1)морфологических свойств объекта , в том числе отображающихся в следах (визуальные , измерительные , фотографические , микроскопические , иные физ и ко-технические ); 2) компонентного состава смесей , сложных разнокачественных ча стей изд е лия , агрегата . Для этого наряду с вышеназванными , могут использоваться хр о матографические исследования , рентгеновский фазовый анализ , биологический анализ фракционного состава почвы и др .; 3) внутренней структуры объекта : инртоскопические , микр оскопические , кристаллографические исследования , рентгеновский фазовый анализ , рентгено-структурный анализ и т.п .; 4) физических констант – цвета , упругости , проводимости , магнитных , эле к трических и других свойств – специализированные физико-технические устройства , приборы ; 5) атомного (элементного ) состава объекта – вещественного доказательства – группа спектральных методов анализа и др .; 6) молекулярного состава объекта – вещественного доказательства – комплекс методов молекулярной спектроскопии ; 7) физико-химических свойств объектов экспертизы – электронно-химические методы (полярография , электрофорез , электрография ). Рассмотрим общие характеристики и возможности отдельных методов для изучения состава и внутренней структуры веществен ных доказательств. 3.2.1. Методы анализа химического состава 3.2.1.1. Атомно– эмиссионная спектрометрия Атомно-эмиссионная спектрометрия применяется как метод элементного ан а лиза вещества . Принципиально метод основан на том , что измеряю тся спектры испускания (разность энергии электронов на энергетических уровнях , распол о женных на периферии атома , то есть валентных электронов ). Поскольку эти в е личины характеристические для каждого элемента , по положению линий в эмиссионных спектрах можно судить о составе исследуемого вещества. Известно , что при нагревании тела скорость перемещения (диффузии ) о т дельных компонентов увеличивается По мере увеличения температуры тверд о го тела , прежде всего , разрушается кристаллическая решетка , затем вещество переходит в жидкое состояние и , в конце концов , происходит испарение (пер е ходит в пар ). Что же произойдет при дальнейшем повышении температуры ? Представим себе , танцевальные пары в переполненном зале вынуждены дв и гаться все быстрее и быстрее ; столкновения станут неизбежны со всеми выт е кающими последствиями . В паровой фазе также при нагревании , то есть при поступлении дополнительной энергии , молекулы вынуждены разрушаться , то есть диссоциировать на отдельные атомы . Энергию , сообщаемую атомам при многократны х соударениях , прежде всего воспримут электроны , расположе н ные на внешних оболочках , то есть валентные электроны . Допустим , что после очередного удара валентный электрон поглощает дополнительную энергию . Если последняя достаточна для перехода электрона на незанятый электронный уровень с более высокой энергией , совершается соответствующий электронный переход , и атом оказывается в так называемом возбужденном состоянии . Во з бужденное состояние атома неустойчиво , и рано или поздно электрон вновь возвратится на с вою основную орбиту , и атом потеряет приобретенную эне р гию , испуская фотон (рис .6). Итак , энергия излучения (фотона ) равна разности энергетических уровней двух электронных орбит , между которыми произошел переход , и , как мы уже говорили , эта величина за висит от природы атома . За исключением металлов , составляющих первую группу периодической системы , все атомы обладают н е сколькими валентными электронами , расположенными , как правило , на н е скольких валентных электронных орбитах (уровнях ). Таким образом , для пер е ходов валентных электронов может быть использовано несколько орбит , и в з а висимости от того , на какой энергетический уровень выйдет электрон при п е реходе атома в возбужденное состояние , меняется и энергия фотона , испуска е мого при возвращении атома в о сновное состояние . Поэтому атом характериз у ется не одной полосой испускания , а набором (спектром ) этих полос. Энергия фотонов и длина волны излучаемого света связаны обратной пр о порциональной зависимостью : чем выше энергия излучения , тем меньше длина во лны . При переходах валентных электронов испускаются фотоны с длинами волн , соответствующими электромагнитному излучению в видимой или ул ь трафиолетовой области спектра . Длину волны , то есть энергию , излучения в видимой области можно оценить по получающейся окраске. При изучении спектров испускания (эмиссионных спектров ) к пробе необх о димо подвести энергию , достаточную для того , чтобы разорвать связи между атомами , то есть атомизировать вещество , а затем возбудить образовавшиеся атомы . Испускаемые фотоны ф окусируют , разделяют по энергиям и оценивают излучение по энергии при интенсивности (рис .7). Для получения энергии , необходимой для атомизации пробы и возбуждения образовавшихся атомов , можно использовать различные источники . При и с пользовании высокотем пературных пламенных источников основную роль для возбуждения атомов играют многократные столкновения , о которых уже гов о рилось . В качестве источника возбуждения используют и дуговой разряд , то есть разряд между двумя электродами , один из которых содержит анализиру е мую пробу . При дуговом способе возбуждения атомы получают дополнител ь ную энергию не только в результате столкновений , но и благодаря увеличению кинетической энергии электронов . В последние годы появились новые , в час т ности плазменные , эмиссионные источники . Высокочастотный плазменный «факел» по существу – это разряд в аргоновой атмосфере . Проба в виде аэроз о ля поступает в высокотемпературное пламя разряда , а источником возбуждения служит высокотемпературная плазма , образованная ионами и электронам и , возникающими при высокочастотных колебаниях поля. Находясь в возбужденном состоянии , атомы излучают свет разной длины волны . Для выделения характеристического излучения используют разные о п тические приспособления , основанные на преломлении и фокусиро вке света . Если свет , выходя из узкой щели , встречает на пути стеклянную призму (углы призмы специально подбираются ), то световой поток делится на отдельные компоненты , которые затем проектируются на экране в виде нескольких цве т ных линий (рис .8). В послед нее время появились новые оптические устройства , основанные на совместном применении явлений дифракции и интерференции . Аналогичные результаты дает и использование оптических решеток с набором щелей (рис .9). Разложенный свет содержит собственные окрашен ные возбужденные комп о ненты – фон спектра , на котором четко выделяются более яркие линии возбу ж денных атомов анализируемого вещества . При появлении метода атомно– эмиссионного анализа дифракционную ка р тину регистрировали на фотопластинке . Этот способ р егистрации спектров ш и роко используется и в настоящее время . Спектр на проявленной фотопластинке представляет собой набор различных по интенсивности довольно четких те м ных линий (полос ). Для того чтобы определить состав образца , необходимо п о лосы на спектр е идентифицировать (отнести по длинам волн ). Подобную зад а чу можно решить , совместив изображения на фотопластинке со шкалой длин волн , но на практике лучше всего зарекомендовал себя иной метод . На верхней или нижней части той самой фотопластинки , на которо й записывают спектр анализируемой пробы , предварительно отпечатывают спектр металлического железа . Спектр железа содержит множество линий , и , зная их точное полож е ние , можно легко провести градуировку полос в спектре объекта неизвестного состава . Фирмы , вы пускающие детектирующие устройства к атомно– эмиссионным спектрометрам , поставляют фотопластинки с нанесенным на них спектром железа , где обозначены также положения характеристических линий некоторых других элементов . После необходимой обработки спектр с ф о топл а стинки проецируется на небольшой экран и путем сравнения положений линий в спектрах железа и анализируемого образца проводится отнесение неизвес т ных линий. В последнее время для регистрации излучения применяются уже электронные устройства в комбина ции с ЭВМ . Внедрение компьютеров позволяет использ о вать для идентификации вещества не только несколько отдельных характер и стических линий , а весь спектр , разрешенный с точностью до нанометра . 3.2.1.2. Атомно-абсорбционная спектрометрия Еще один м етод спектрального анализа – атомно-абсорбционная спектроме т рия – представляет собой очень распространенный метод элементного анализа . Метод основан на измерении разности энергетических уровней валентных электронов , то есть по существу на тех же самых физи ческих принципах , что и атомно-эмиссионная спектрометрия , но в атомной абсорбции используется не излучение , а поглощение световых квантов . В зависимости от своей природы атомы поглощают кванты определенной энергии причем , чем большую эне р гию поглощают элек троны , тем на более отдаленные от ядра орбиты они поп а дают . Итак , если анализируемая проба переведена в атомарное состояние , то при прохождении света определенной длины волны поток квантов на выходе должен ослабеть . Положение полосы поглощения в спектре за висит от природы определяемых атомов , а уменьшение интенсивности поглощения – от колич е ства этих атомов. В методе атомно-абсорбционной спектрометрии пробу надо предварительно испарить , а сухой остаток атомизировать . Естественно , что проще всего атом и зац ия протекает при тепловом воздействии . Правда , температура в атомизат о рах ниже , чем в источниках возбуждения атомно-эмиссионных спектрометров , что недостаточно для того , чтобы возбудить атомы . Этой цели служит внешний источник излучения . При сравнительно м ягких температурных режимах атом и затора многие вещества не переходят в парообразное состояние и их приходи т ся вначале превращать в такие химические соединения , которые легко подд а ются атомизации . Чаще всего их предварительно растворяют и для анализа и с поль зуют водные растворы. В атомно-абсорбционной спектрометрии используется пламенная и непл а менная атомизация . В первом случае раствор вводят в пламя , во втором – пр о бы наносят на графитовые стержни , находящиеся внутри маленькой печи и нагревают . При пламе нной атомизации продукты сгорания легко воспламеня е мых смесей поднимаются в верхнюю часть языка пламени , то есть атомы опр е деляемого элемента быстро выносятся на воздух . При использовании графит о вых атомизаторов атомы поступают в почти закрытую камеру и на ходятся там довольно долго . Понятно , что именно второй способ атомизации позволяет анализировать очень малые пробы , поэтому он и нашел наиболее широкое применение в криминалистических лабораториях. Графитовый атомизатор освещается от внешнего источника световым пот о ком , направленным вдоль главной оси атомизатора . При прохождении пробы интенсивность светового потока уменьшается , так как атомы определяемого элемента поглощают свет определенной длины волны . Измерить уменьшение интенсивности при использовани и белого света довольно сложно , потому что трудно точно оценить потемнение отдельной линии на общем светлом фоне . Однако можно пойти по другому пути и предварительно разложить белый цвет на отдельные компоненты , пропуская его , например через призму . После этого на образец можно направить только ту часть спектра , которая излучает линию , характерную для поглощения атомов определяемого элемента . Тем самым мы устраняем сразу два недостатка использования белого цвета . Во– первых , уменьшается время нахождения в а т омизаторе испаренной пробы и тем самым снижается вероятность потери пробы при диффузии через концы трубки . Во– вторых , отпадает необходимость прибегать к высокоинтенсивным лампам , сп о собным донести ослабленный абсорбцией сигнал до фотоприемника. Поиск и сточника освещения увенчался замечательным открытием : свет до л жен исходить от возбужденных атомов того самого элемента , который нужно обнаружить в пробе . Простым оказалось и техническое решение проблемы . Практически на любой элемент стали изготавливать сво ю собственную лампу с полным катодом . Внутри катодной полости , покрытой металлом или сплавом требуемого элемента , можно создать высоковольтный разряд ; если на лампу подать напряжение , то атомы материала катода начнут излучать характерист и ческие фотоны . Ког да излучение пропускают через газообразную пробу , его интенсивность уменьшается , и по разности в интенсивностях определяют с о держание элемента в пробе. Как и в других количественных методах , в атомно-абсорбционной спектр о метрии широко используется постр оение градуировочных графиков по ста н дартным образцам. 3.2.1.3. Рентгеноспектральный анализ Основа метода проста . Образец бомбардируют рентгеновскими лучами , кот о рые выбивают электроны из внутренних оболочек , и затем определяют энергию испускаемых фотонов . Известно , что высокоэнергетическое излучение может выбить электрон , занимающий внутреннюю электронную орбиту , расположе н ную вблизи атомного ядра . Если место выбитого электрона займет электрон , ранее находившийся на соседней оболочке , то за счет р азности в энергиях двух электронов произойдет излучение рентгеновских фотонов. Среди излучений , сопровождающих переходы между различными электро н ными оболочками , рентгеновское излучение отличается наибольшей энергией , а рентгеновские лучи попадают в диа пазон наиболее коротких волн электр о магнитного спектра (5 – 0,01 нм ). Испускание рентгеновских лучей связано с переходами электронов между внутренними оболочками , энергетические уро в ни которых не зависят от состояния валентных электронных оболочек . Это по з воляет использовать рентгеноспектральный анализ для определения конце н трации элементов , находящихся как в виде свободных атомов , так и входящих в состав молекул . Не отражается на ходе анализа и агрегатное состояние образца : метод пригоден для анализа газов , жидкостей и твердых тел . Отсутствие вли я ния свободных и связанных валентных электронов приводит к тому , что на электронные переходы , вызывающие испускание рентгеновских фотонов , не «накладываются» изменения состояния других электронных оболочек . В р е зуль тате в рентгеновском спектре наблюдаются не размытые полосы , а ди с кретные линии. Для возбуждения образца используют высокоэнергетический источник , с о здающий пучок электронов , рентгеновских лучей или радиоактивное излуч е ние . В отличие от атомно-эмиссионн ой спектрометрии в рентгеновской спе к троскопии оптическими элементами являются не линзы , а система коллимат о ров и кристалл-ионохроматор . Однако назначение этих элементов такое же , как и линз : сфокусировать излучение исследуемого образца в пучок и разделить его по длинам волн . Диспергирующее действие кристалла-монохроматора основ а но на дифракции рентгеновских лучей при взаимодействии с атомами , расп о ложенными в строго определенных узлах кристаллической решетки . При д и фракции рентгеновского излучения на крист аллографических плоскостях х о рошо образованного кристалла в зависимости от угла падения лучей и ориент а ции плоскостей в пространстве излучение может усиливаться либо ослабляться . Поскольку в кристалле имеется очень много плоскостей , на которых и прои с ходит дифракция , угол отражения рентгеновских лучей от кристалла будет и з меняться в соответствии с длиной волны излучения . Как и в оптическом спе к трофотометре , вращающийся монохроматор последовательно направляет лучи с различной длиной волны на детектор . Де тектирующее устройство должно отвечать многим требованиям . Это связ а но с тем , что рентгеновское излучение имеет большую энергию , но низкую и н тенсивность . Невелика и вероятность того , что возбуждение под действием рентгеновского излучения приведет к выбиван ию электрона из внутренней оболочки . Поэтому детектор должен регистрировать каждый рентгеновский фотон , испущенный образцом. Для детектирования применяют счетчики разной конструкции . Один из них – счетчик Гейгера – Мюллера . Он представляет собой цилиндр ический катод , по оси которого протянута металлическая нить , образующая анод . Между катодом и анодом поддерживается разность потенциалов . Счетчик наполнен газом и в отсутствие заряженных частиц ток в цепи не проходит . Если , однако , через входное окошко в ц илиндр попадает рентгеновский фотон , одна из молекул г а за ионизируется . При некоторых условиях ионизации подвергается даже не о д на , а сразу несколько молекул газа . Появление заряженных частиц приводит к падению разности потенциалов между электронами , в цеп и возникает ток , в е личину которого легко измерить . Ионы , образованные при попадании заряже н ной частицы , притягиваются электродами и быстро нейтрализуются ; между к а тодом и анодом вновь устанавливается первоначальная разность потенциалов , и ток прекращается до появления в пространстве между электродами следующего фотона. 3.2.1.4.Молекулярный спектральный анализ Молекулярный спектральный анализ основан на изучении спектров электр о магнитного излучения в инфракрасном , видимом и ультрафиолетовом диапаз о нах эле ктромагнитных волн. При спектрофотометрическом анализе световой поток видимого или ультр а фиолетового излучения от источника света через систему оптических зеркал попадает в монохроматор , где свет разлагается на отдельные компоненты , из которых выходная щель монохроматора в зависимости от угла поворота реше т ки выделяет свет определенной длины волны (близкого диапазона волн ). Такой «профильтрованный» свет и попадает на образец . Путем поворота монохром а тора можно добиться того , что на анализируемый образец . Путем поворота м о нохроматора можно добиться того , что на анализируемый образец будет поп а дать свет заданной длины волны . Интенсивность светового потока , продела в шего путь от источника излучения через монохроматор и образец , измеряется в фотоприемнике . По устройству спектрофотометры , работающие в видимой и ультрафиолетовой областях спектра , между собой почти не отличаются , однако для исследования в ультрафиолетовой области необходим особый источник и з лучения и специальные кварцевые кюветы , поскольку обычно е стекло погл о щает ультрафиолетовые лучи. Возможность применения явления поглощения света в количественном ан а лизе основана на строгих математических зависимостях. На первом этапе работы со спектрофотометром необходимо обеспечить п о стоянную плотность светового потока , то есть качество источника излучения и всей оптической системы преобразований светового потока . Затем готовят «х о лостые пробы» , которые по своему составу близки к анализируемым образцам , но не содержат даже следовых количеств определяемы х компонентов . Инте н сивность света , пропущенного холостым раствором , принимается за нулевое значение . Эта операция , получившая название установки нуля , очень важна , потому что свет определенной длины волны зачастую поглощает не один , а сразу несколько комп онентов раствора . В этих случаях результаты анализов оказываются неточными , и чтобы уменьшить погрешности , приходится пров о дить довольно сложные расчеты и вносить затем соответствующие поправки . Таким образом , в ходе анализа на пути светового потока помеща ется , прежде всего «холостой» раствор , показание регистрирующего прибора выводится на нулевую отметку , затем на место «холостого» образца устанавливается анал и зируемый образец и регистрируется показание прибора. В современных спектрофотометрах такая дву хступенчатая схема измерений заменена на одноступенчатую . Для этого свет , выходящий из монохроматора , делится на два потока , которые направляются на две кюветы (специальные е м кости , в которые наливаются растворы для измерения ) с растворами образца и «холос той» пробы . Детектор воспринимает сигналы от каждого светового п о тока , и , если плотности этих потоков между собой заметно отличаются , то часть светового потока начинают отсекать путем введения оптического клина . По мере того как толщина клина увеличивается , интенсивность потока света снижается , и , наконец , при определенном положении клина плотность обоих потоков становится одинаковой . Аналитику остается только зарегистрировать положение клина , которое зависит от поглощения анализируемого образца . П о следнюю операцию – пересчет показаний детектора на концентрацию анализ и руемого компонента – выполняет микропроцессор. Молекула не является какой-то жесткой конструкцией . В то время пока эле к троны непрерывно вращаются по своим орбитам , атомы , объединенные в мол е кулу , также не статичны , а , как правило , совершают те или иные движения о т носительно друг друга . В двухатомных молекулах движения (называемые кол е баниями ) вдоль линии связи приводят к изменению расстояния между сосе д ними атомами (валентные колебания ), а в многоатомных и к изменению угла между соседними связями (деформационные колебания ). Каждый атом коле б лется с собственной частотой и амплитудой . Тепловая энергия , выделяющаяся при таких колебаниях , по своей величине соответствует излучению возбужде н ной моле кулы в инфракрасной (ИК ) области спектра . Это означает , что , погл о тив энергию одного ИК-фотона , атомы , образующие химическую связь , начнут колебаться быстрее , а испустив энергию ИК-фотона , уменьшают частоту кол е баний. Для атомов , входящих в молекулу , ха рактерны движения еще одного вида – вращения атомов вокруг б-связи . Переходы между вращательными энергетич е скими уровнями сопровождаются меньшими изменениями энергий , чем между колебательными уровнями , и их можно наблюдать в дальней инфракрасной или микров олновой областях. Интерпретацию ИК-спектров чаще всего проводят , сопоставляя спектральную картину анализируемого вещества со спектрами ряда известных соединений . Возможность применения такого подхода основана на том , что одни и те же группы атомов , соед иненные одинаковыми связями , обнаруживают одну и ту же характеристическую частоту колебаний в самых разных соединениях , и для каждого типа колебаний характерна своя энергетическая область . Спектроск о писты научились довольно точно интерпретировать ИК-спектр ы и по появл е нию в спектре тех или иных полос могут установить присутствие определенных функциональных атомных групп в исследуемом образце. Существуют два основных способа идентификации химических соединений по ИК-спектрам . Первый из них – определение п рироды функциональных групп по положению полос в спектре и реконструкцией целой молекулы ; это напоминает сборку отдельных деталей из кубиков в детской игре «Мозаика» . Однако с увеличением числа атомных групп возрастает и число вариантов их сочленения , поэ т ому проводить идентификацию только по ИК-спектрам можно лишь в случае очень простых соединений . При изучении более сложного стр о ения на помощь приходят другие методы анализа , в частности масс-спектрометрия . Другой способ идентификации – метод «отпечатков п альцев» . С этой целью для спектра исследуемого вещества подыскивают «двойник» из набора спектров различных веществ в спектральном атласе . Подобным образом можно идентифицировать уже достаточно сложные молекулы , хотя данный м е тод эффективен только при испол ьзовании компьютера . Задача ЭВМ заключ а ется в том , чтобы отобрать из памяти 2-3 спектра , наиболее близких к спектру исследуемого вещества , а окончательное решение вопроса о том , к какому из них ближе всего подходит полученный спектр , остается за исследоват елем. 3.2.2. Методы исследования внутренней структуры По уровню выявления деталей внутренней структуры объектов (например , изделий из металлов и сплавов , керамики , лакокрасочных покрытий и т.п .) ра з личают две группы методов. 1) Методы выявления мик родефектов (пустоты , неравномерности распред е ления плотности вещества ). При этом используются : рентгеновская , ул ь тразвуковая , магнитная дефектоскопия , методы просвечивающей и рас т ровой электронной микроскопии . Эти же методы применяются для уст а новления деф ектов технологии (например , при исследовании тонких пл е нок и покрытий ), особенностей надмолекулярной структуры полимерных материалов и т.п . 2) Методы исследования структуры на молекулярном и атомарном уровне : молекулярная спектроскопия и рентгеноструктур ный анализ . Среди п о следних различают : рентгеноструктурный анализ поликристаллов и мон о кристаллов , который позволяет исследовать качественный и количестве н ный состав индивидуальных компонентов (химических соединений ) вещ е ства , определить кристаллическую ст руктуру монокристаллов : рентгено в ский фазовый анализ , который позволяет исследовать наряду с фазовым составом также текстуру материалов , эффекты малоуглового рассеивания полимерных материалов . Рентгеновский структурный анализ монокр и сталлов открывает возмо жности для определения пространственного ра с положения атомов в индивидуальных химических соединениях , межато м ных расстояний , углов между химическими связями . Благодаря этому уд а ется идентифицировать вещества по информации на атомном уровне. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Итак , вещественные доказательства , исследуемые судебными экспертами , обладают многими физическими и химическими свойствами , существенными для решения криминалистических задач . Физические констан ты , результаты анализа химических свойств часто дополняют друг друга . Для установления этих свойств применяются методы и приборы , сущность и принцип которых основаны на законах физики . Поэтому эффективное применение данных мет о дов и приборов требует зн ания этих законов , а некоторые экспертные спец и альности – высшего физического , физико-химического , химико-физического образования. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1.Васильев А.Н ., Яблоков Н.П . Предмет , система и теоретические основы криминалистики . М ., 1984. 2.Митричев В.С . Криминалистическая экспертиза материалов , веществ и и з делий . Саратов , 1980. 3.Криминалистика социалистических стран . Под редакцией проф . В.Я . Ко л дина , М ., 1986. 4.Шляхов А.Р . Судебная экспертиза : организация и проведение . М .,1979. 5.Корухов Ю . Г . Исследование объектов криминалистической экспертизы с помощью некоторых оптических приборов . – Методика криминалистической эксперти зы , № 2,М .,1961. 6.Спектральный анализ чистых веществ . Л .,1971 7.Физический энциклопедический словарь . Гл . ред . Прохоров А.М ., М .,1984. Ход лучей через выпуклую линзу а б а – параллельный пучок света , проходя через линзу , соби рается в фокусе F ; б – расходящийся из фокуса F пучок света , проходя через линзу , образует п а раллельный пучок. рис . 1 Два примера возникновения изображения при использо вании выпуклой линзы а б а– точка P ’ – действительное обратное (перевернутое ) увеличенное изобр а жение точки P ; б – точка P ’ – мнимое прямое увеличенное изображение то чки P . рис .2 Принципиальная схема работы оптического микроскопа Рис .3 Оптический микроскоп Рис .4 Принципиальная схема электронного микроскопа Рис .5 Диаграмма электронных переходов между ра зличными энергетическими уровнями при поглощении и излучении света р ис .6 Блок-схема эмиссионного спектрометра Рис .7 Принципиальная схема призменного монохроматора Рис .8

© Рефератбанк, 2002 - 2017