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