Kiedyś w laboratorium (46.)

Kiedyś na zajęciach z chemii nieorganicznej robiliśmy doświadczenie z barwieniem skrobi jodem. Zawiesinę zabarwionej skrobi obserwowaliśmy potem przez mikroskop. Niestety użyliśmy za dużo jodu i zamiast struktury ziarna, obserwowaliśmy tylko czarne grudki:

Skrobia zabarwiona jodem, pow. około 400 razy

Jednak gdy przeglądałem preparat, szukając jakiegoś ładnego kadru, natrafiłem na nieoczekiwany bonus - fragment tkanki roślinnej, który bardzo ładnie zabarwił się na niebieskawo:

Widać dobrze jądro jednej z komórek i chyba jakieś zawieruszone organelle.

Chemik na miejscu zbrodni - wykrywanie odcisków palców

Ilekroć przewracając kartki książki mamy problem z rozdzieleniem stron i ilekroć chwytamy ciężkie przedmioty, starając się ich nie upuścić, zwracamy uwagę na to co poza samą siłą uścisku daje nam dobry chwyt - szorstkość skóry. Skóra zasadniczo jest z zewnątrz gładka i śliska, zwłaszcza gdy jest wilgotna, tymczasem wilgotne palce zazwyczaj zachowują dużą szorstkość, za sprawą drobnych listewek na powierzchni skóry, nazywanych liniami papilarnymi. Ewolucyjne mechanizmy postarały się aby nasze palce były wystarczająco chwytne właśnie dzięki tym nierównościom, zarazem jednak nie miało znaczenia w jaki sposób będą rozłożone na skórze, byle ich przebieg utrudniał ześlizgiwanie się zarówno wzdłuż jak i w poprzek opuszki palca. Dlatego kształt i przebieg linii nie jest specjalnie regulowany, zależąc zapewne od mnóstwa przypadkowych czynników związanych z rozrostem stopniowo rozciąganej skóry w okresie rozwoju embrionalnego. Ponieważ zaś możliwości fałdowania jest przeogromna liczba a ostateczny wzór może zależeć na przykład od ruchów embrionu, rozwój linii przypomina rozwój płatków śniegu - i podobnie jak one pomimo powtarzalnego ogólnego schematu, układ linii jest dla każdego człowieka inny, wyjątkowy. Wydaje się zaskakujące że dopiero tak późno, bo aż w XIX wieku ktoś wpadł na pomysł, że skoro te układy są tak różnorodne, to można by po nich zidentyfikować człowieka. Także takiego który popełniwszy przestępstwo, odbił swe unikalne układy na miejscu zbrodni.

Już w starożytności odciśnięcie palca bądź ręki na glinianej tabliczce mogło być uznane za sposób poświadczenia własności czy swoistego podpisania się przez nie znającego pisma, chińskie opowieści o mądrych sędziach rozwiązujących sprawy kryminalne czasem wspominały o identyfikacji za pomocą porównania dłoni z jej odciskiem, ale  wydaje się że była to raczej identyfikacja antropomorficzna (długość poszczególnych palców, szerokość dłoni itp) aniżeli daktyloskopowa. Próby opisu ich wyglądu i rodzajów podjęto w XVII wieku, jednak trzeba było trafu aby ktoś zajął się tym tematem poważnie i pod kątem kryminalistyki.

Historia
Szkocki chirurg dr Henry Faulds był ciekawą postacią. W ramach misji prezbiterianów w latach 70. XIX wieku udał się do Japonii gdzie wywarł duży wpływ na rozwój nowoczesnej chirurgii w tym kraju. Zakładał szpitale w których stosował antyseptyczny reżim Listera, zapobiegający zakażeniom. Założył pierwszy na wyspach zakład opiekujący się niewidomymi, propagował higienę i przyczynił się do zakończenia kilku epidemii. Napisał dwie książki podróżnicze a jego szpital w Tokio był uważany za najlepsza azjatycką placówkę zdrowotną.
W trakcie tych wszystkich zajęć miał jednak czas aby zajmować się różnymi drobnostkami. Na przykład pomagał w wykopaliskach przyjacielowi, Edwardowi Morse'owi, który przekopując starożytne kopce i ruiny segregował odnalezioną ceramikę, starając się określić osobne okresy kulturowe. Gdy przeglądali szczątki rozbitych waz, talerzy, dzbanów i drobnych przedmiotów, zwrócili też uwagę na odciśnięte ślady palców starożytnych rzemieślników, którzy kształtowali miękki materiał a po których po tysiącach lat jako jedyny ślad pozostał odcisk delikatnych linii. Faulds zaczął się wówczas przyglądać własnym palcom, i porównywał ich wygląd z palcami innych ludzi. Stwierdził, że w szczegółach różnią się one od siebie na tyle dobrze, że po samych śladach dałoby się, jak sądził, stwierdzić kto je zostawił. I być może uwaga ta skończyłaby się najwyżej drobnym artykułem czy też jakąś wzmianką w kolejnej książce o swej praktyce lekarskiej, gdyby nie sprawa która wręcz zmusiła go do działania.
Oto doktor stwierdził, że ktoś podkrada mu alkohol z szafki. Sprawca pozostawił na butelce wyraźne, tłuste odciski. Ponieważ do szafki miało dostęp tylko kilka osób, poprosił je aby pozostawiły mu odbitki opuszków swych palców umoczonych w atramencie. Po wskazaniu, że jego odciski wyglądają tam samo jak te z butelki, jeden z studentów przyznał się. Nieco później jednego z lekarzy oskarżono o kradzież z włamaniem do domu, gdzie sprawca, wspinając się po okopconym sznurze, pozostawił na ścianie odcisk całej dłoni. Wprawdzie nie było jeszcze wówczas pewne czy wzory się nie powtarzają, ale wszyscy się zgodzili, że skóra na dłoniach lekarza nie mogła zmienić się w ciągu jednego dnia, gdy więc Faulds pokazał że odcisk nie pasuje do dłoni oskarżonego, policja uznała siłę dowodu i uwolniła go.

Zachęcony tym sukcesem Faulds, napisał artykuł opisujący swe odkrycia,. zawierający wyraźne wskazanie, że dysponując obszerną bazą takich śladów można by ułatwić rozwiązywanie zagadek kryminalnych. Gdy zaś w roku 1880 opublikował go Nature, okazało się ze Faulds nie był pierwszy. Już w latach 60. XIX wieku brytyjski urzędnik sir William Hershel, urzędujący w kolonii w Indiach, uznał że najlepszym sposobem osłabienia fali fałszerstw, będzie nakazywanie wypełniającym dokumenty aby "podpisywali" je przystawiając obok tekstu odcisk całej dłoni. Ułatwiało to prace w przypadku niepiśmiennych, którzy nie mieli wyrobionego podpisu, zwiększało strach oszustów których identyfikacja byłaby szybsza i odwoływało się do przesądnego powiązania śladów z osobą.

Po pewnym czasie, przekonawszy się że na żadnym z tysięcy odcisków wzory się nie powtarzają, poprzestał na odbitkach palca środkowego i kciuka.
Po artykule w Nature, Hershel zgłosił się jako wcześniejszy odkrywca tej metody identyfikacji, zaś pomiędzy obydwoma panami rozpoczął się zacięty spór o pierwszeństwo, trwający aż do XX wieku. Faulds próbował zainteresować swymi wynikami Scotland Yard, ale rewelacje te przyjęto wówczas chłodno, przedkładając nad odciski będący nowością system antropometryczny Bertillona, opisujący przestępców a pomocą danych wielkości, długości i rozstawy charakterystycznych cech budowy fizycznej

Jeszcze przed publikacją Faulds opisał swe badania w liście do Karola Darwina, którego jednak niespecjalnie one zainteresowały. Przekazał jednak list swemu kuzynowi Francisowi Galtonowi, który zajął się tą sprawą sądząc, że będzie w stanie znaleźć jakieś specyficzne cechy rasowe i dziedziczne, mogące pozwalać ocenić cechy charakteru, umysłowości czy wyglądu. Nie udało mu się to, ale uczynił co innego - opierając się na kartach Hershela i własnych badaniach wykazał unikalność linii papilarnych, a tym samym przydatność w identyfikacji. On też opisał występowanie we wzorach charakterystycznych punktów - minucji - będących miejscami zakończeń, skrzyżowań lub rozwidleń linii. Pozwoliło to lepiej porównywać ze sobą odciski. Owocem badań była książka wydana w 1892, a także liczne artykuły.

Przydatność nowej metody ujawniła się bardzo szybko, bo już w tym samym roku. 19 czerwca 1892 roku w argentyńskiej miejscowości Necochea popełnione zostaje brutalne morderstwo - nieznany sprawca zabija nożem dwójkę małych dzieci 27-letniej Franceski Rojas. Oskarża ona o zabójstwo swego sąsiada, którego zaloty odrzucała od dłuższego czasu. Tamtejsza policja bierze go na przesłuchanie, bardzo długie i brutalne, ale nie dochodzi do rozstrzygnięcia - podejrzany nie przyznaje się zaś jego znajomi potwierdzają alibi. Równocześnie wyjawia, że matka zabitych dzieci znalazła ostatnio narzeczonego, który, jak podsłuchał z jej narzekań, nie chce się z nią ożenić "dopuki ma te przeklęte bachory". Poszlak mogących potwierdzić którąś z teorii brakowało.Śledczy znaleźli się w impasie. Inspektor prowadzący sprawę odkrywa jednak, że mimo upływu kilku dni na futrynie drzwi zachował się bardzo wyraźny krwawy ślad palca sprawcy, i przypomina sobie Juliana Vuceticha, który mówił mu niedawno o tego typu dowodach.
Vucetich, będący urzędnikiem policyjnym z centrali, był nieoczekiwanie Chorwatem, a przy tym człowiekiem bardzo postępowym. Już w poprzednim roku natknął się na artykuły Galtona, po których ściągnął publikację Fauldsa i zaciekawiony nakazał policjantom pobierać odbitki palców od zatrzymywanych więźniów, mając nadzieję zestawienia bazy pomocnej w razie ich recydywy. Jego inspektor badający sprawę w Necochea pamiętając o tym, odpiłował od futryny kawałek ze śladem, po czym kazał zostawić odbitki palców wszystkim zamieszanym w sprawę. Wprawdzie techniki analizy były wówczas bardzo prymitywne, ale nie trzeba było wielkiego rozeznania, aby zobaczyć, że ślad pasuje do linii papilarnych matki.
Po okazaniu dowodów, Francesca Rojas przyznała się. Została skazana na dożywocie. Był to pierwszy taki przypadek w historii kryminalistyki.

Już w 1885 roku pobieranie śladów palców więźniów stało się standardową procedurą w Indiach. W miarę upływu czasu kolejne kraje przyjmowały tą technikę - na terenach Polski pierwsze przypadki stosowania pochodzą z 1909 roku.

Jak powstają ślady linii papilarnych?
Skóra jest stale zwilżana potem wydzielanym przez odpowiednie gruczoły. Pot zawiera głównie wodę, sole mineralne i proste związki organiczne, w tym węglowodany, aminokwasy i kwasy tłuszczowe. W dodatku skóra jest natłuszczana łojem. Mieszanka obu substancji tworzy na powierzchni opuszek palców cienką warstewkę. Gdy dotykamy jakiejś powierzchni, substancja potowo-tłuszczowa zostaje na nią naniesiona, ale z oczywistych względów tylko ta pokrywająca wystające listewki linii papilarnych nie zaś ta wewnątrz głębokich rowków między nimi. Na powierzchni pozostaje więc ślad listewek skórnych.
Jeszcze kwestia terminologii - przyjęło się powszechnie mówić o odciskach palców, jednak specjaliści uznają ten termin za niedokładny. Odcisk powstaje w wyniku odciskania kształtu w miękkim materiale, toteż za odcisk palca możemy uznać ślad pozostawiony na przykład w glinie, plastelinie, wosku czy nawet grubej warstwie brudu - i takie są też znane kryminalistyce. Inaczej wygląda rzecz gdy chodzi o dotykanie powierzchni twardych, wówczas pozostaje jedynie odbicie wzoru linii, ale nie wgłąb materiału. Dlatego za poprawny uważa się termin odbitki palców czy odbitki linii papilarnych. Można też mówić o śladach daktyloskopijnych czy wreszcie śladach palców.
Powstawanie odbitki linii papilarnych jest podobne do odbijania druku ze wzoru czcionki czy drzeworytu, co znalazło odzwierciedlenie w angielskim określeniu "fingerprint" czyli dosłownie "palcodruk".

Linie na opuszku palców są na dłuższą metę nieusuwalne - wprawdzie niektórzy przestępcy próbowali takich metod jak wytrawianie naskórka kwasem czy ścieranie, ale wraz z odradzaniem skóry, linie powracały. Potrafią odtworzyć się nawet po odcięciu skóry, zwłaszcza że końcówki palców mają dużą skłonność do odrastania. Kiedyś przy wycinaniu chwastów na działce zdarzył mi się przykry wypadek w wyniku którego odciąłem sobie nożem pół opuszka palca serdecznego. Miejsce to zagoiło się tak że dziś nie da się zauważyć śladów po cięciu. Z drugiej strony na jednym z kciuków w odcisku daje się zauważyć cieniutką bliznę - ślad po głębokim skaleczeniu z wczesnego dzieciństwa.

W sytuacji gdy ślad jest odciśnięty w miękkim materiale lub odwzorowany substancją o wyraźnym kolorze, a więc krwią czy smarem, nie ma problemu w jego znalezieniu i skopiowaniu. Wiele jednak odbitek jest niewidocznych, zwłaszcza na matowej powierzchni. Standardowym sposobem ujawniania tych śladów utajonych, jest nanoszenie drobnego proszku mającego większą skłonność do przylepiania się do potowo-tłuszczowej substancji niż do podłoża, zazwyczaj przy pomocy pędzelka o delikatnym włosiu. Standardowo używanymi proszkami są różne odmiany sadze, proszki metaliczne czy tlenki metali. Ciekawym przypadkiem są proszki magnetyczne, nakładane na powierzchnię w formie "pęczka" przyklejonego do magnesu, co zapewnia bardziej delikatne naniesienie bez ryzyka zostawienia rys po włoskach

Tak ujawnione ślady przenosi się na lepką folię, do której przykleja się proszek, i którą można umieścić w kartotekach.

Jednak poza tymi prostymi technikami, stosowane mogą być specyficzne odczynniki ujawniające utajnione ślady, zwłaszcza te starsze, które po wyschnięciu straciły lepkość i słabo przyklejają do siebie proszek. Jakie są to odczynniki? Pisałem już kiedyś o chemicznych testach na wykrycie krwi, teraz więc skupię się na chemicznych odczynnikach pozwalających na ujawnienie i utrwalenie niewidocznych odbitek daktyloskopowych nawet po upływie wielu lat

Jod
Użycie par jodu do ujawnienia niewidocznych odcisków było pierwszą nie proszkową metodą, znaną już od 1863 roku ale w kryminalistyce użytą dopiero na początku XX wieku. Zasada działania opiera się na niezwykle prostym mechanizmie - stały jod, mający postać grafitowego proszku, powoli paruje, zwłaszcza po lekkim podgrzaniu. Jego opary chętniej rozpuszczają się i gromadzą w tłuszczowym śladzie odcisku palca niż na większości badanych powierzchni. W efekcie po pewnym czasie odcisk zabarwia się na żółto lub pomarańczowo:

Metoda nadaje się do materiałów porowatych, zwłaszcza tych które mogłyby zostać uszkodzone przez płynne odczynniki a więc dokumentów a w pewnym stopniu też tkanin, dziś jednak ma ograniczone zastosowanie i chyba nie jest często używana. Ślady ujawnione tą metodą z czasem zanikają z powodu odparowywania jodu, toteż utrwala się je fotograficznie. W przypadku gdy uzyskany kontrast będzie zbyt słaby (powiedzmy - pomarańczowy odcisk na pożółkłym papierze) można go zwiększyć napryskując na powierzchnię zawiesinę skrobi. W reakcji z jodem tworzy ciemnogranatowy kompleks, wyraźnie odcinający się od tła. W tej formie jod jest nieco trwalszy ale i tak po pewnym czasie zabarwienie zanika. Opary jodu są silnie trujące i drażniące, toteż chcącym się bawić w takie próby radzę zachować dużą ostrożność, i zamiast dużych komór użyć szczelnie zamkniętego słoika. Po zaniknięciu jodowych śladów można użyć innych technik pozwalających na długotrwałe utrwalenie, może być to zatem metoda wstępna.[1]


Ninhydryna
Ninhydryna formalnie rzecz biorąc może być uznana za wodzian, czyli pochodną ketonu, o dużej reaktywności za sprawą oddziaływań dwóch sąsiadujących takich grup. Chętnie w związku z tym reaguje z aminami a także aminokwasami, będącymi składnikiem śladu tłuszczowego odcisku palca, tworząc w szeregu reakcji produkty o purpurowej barwie:

Tylko z niektórymi aminokwasami daje inne zabarwienie, a z aminami drugorzędowymi pomarańczowe sole. Znana w chemii do oznaczania aminokwasów i białek, w kryminalistyce znalazła zastosowanie w latach 50. do ujawniania odcisków na materiałach porowatych i chłonnych, jak papier czy drewno, na których wchodzący w drobne szczelinki proszek zupełnie zaciemniałby obraz.
Ninhydryna rozpuszczona w bezwodnym alkoholu musi być napryskana na badaną powierzchnię przy pomocy spryskiwacza dającego drobne kropelki lub przy pomocy spreju bo i takie zestawy stworzono. Ma bardzo drażniący zapach i prowokuje kaszel dlatego lepiej robić to przy dobrej wentylacji. Powierzchnia powinna być równo pokryta ale nie zmoczona. Aby zaszła reakcja pokrytą powierzchnię należy ogrzać - gdy tą metodą ujawniałem chromatogram bibułowy aminokwasów, wystarczało potraktowane suszarką nastawioną na grzanie, choć dla papieru dobrym sposobem mogłoby być użycie żelazka.

Z oczywistych względów metoda nie nadaje się do powierzchni ze skóry naturalnej, która zabarwiłaby się nam cała. W przypadku papieru nakredowanego, o lekko zasadowym odczynie, reakcja może bądź nie zajść bądź dać słabe zabarwienie. Zwykle przeciwdziała się temu przez dodatek kwasu octowego do roztworu.
Częstą metodą obróbki ujawnionych odbitek jest potraktowanie ich eterowo-alkoholowym roztworem soli cynku. Tworzy on z purpurowym związkiem kompleks o kolorze słabo pomarańczowym, ale za to świecący w ultrafiolecie, co może mieć znaczenie w przypadku gdy powierzchnia badana jest kolorowa. W późniejszych latach wymyślono szereg pochodnych ninhydryny oraz związków o podobnej reaktywności, mających zastosowanie w szczególnych przypadkach. Jednym z nich jest Diazafluorenon (DFO).
Związek ten został zastosowany w kryminalistyce stosunkowo niedawno. Pod względem budowy oraz działania jest podobny do ninhydryny dając przy tym dość słabe, pomarańczowe zabarwienie, ma jednak pewną cenną właściwość - w świetle niebieskim fluoryzuje na żółto, co pozwala zauważyć ujawnione ślady nawet gdy są one bardzo słabe, działa więc podobnie do cynkowego kompleksu ninhydryny ale jest prostszy w użyciu.
Dobre cechy ninhydryny i DFO łączy w sobie inna pochodna, 5-metylotioninhydryna(5-MTN). Ze śladami aminokwasów daje purpurowe zabarwnienia, lecz po potraktowaniu solami cynku staje się ono tylko ciemniejsze. Pod wpływem zielonego światła cynkowy kompleks fluoryzuje na żółto co obserwuje się przez filtr czerwony. Istnieje jeszcze specjalna wersja ninhydryny do zastosowania na papierze termicznym (paragony sklepowe).[2] [3]


Super klej
Często dziś używaną metodą ujawniania niewidocznych odcisków na twardych, gładkich powierzchniach jest metoda cyjanoakrylowa. Odkryto ją w dużej mierze przypadkowo - japoński technik kryminalistyki Fuseo Matsumur zajmował się śladami mikrowłókien i włosów, które zbierał i zabezpieczał na szklanych płytkach pokrytych warstewką szybko schnącego kleju. Płytki przechowywał potem w pojemniku z przegródkami, tak aby płytki nie stykały się ze sobą i aby nie zanieczyszczały ich włókna spoza miejsca zbrodni. Przeglądając płytki zauważył w 1977 roku, że na odwrotnej stronie po pewnym czasie przechowywania ujawniają się odciski jego palców, dając niezmywalne białe ślady. Zainteresował tym kolegów i wkrótce Japończycy opracowali metodę w takiej formie jaką znamy dziś.
Wszystkie szybko schnące superkleje cyjanoakrylowe, zawierają głównie takie związki jak 2-cyjanoakrylan metylu, etylu lub butylu. Są to zatem estry pochodnej kwasu akrylowego podstawionej grupą nitrylową przy drugim węglu. Taka struktura jest bardzo nietrwała, grupa nitrylowa z jednej strony a estrowa z drugiej, odciągają elektrony z fragmentu łańcucha z wiązaniem podwójnym. W efekcie ten fragment staje się podatny na atak grup nukleofilowych, a więc aktywnych cząstek z parą elektronową. Przykładem takiego nukleofila może być grupa hydroksylowa powstająca z dysocjacji wody. Jej przyłączenie do końcówki wiązania podwójnego powoduje jego pęknięcie i wytworzenie karboanionu. Ten jest dobrym nukleofilem i reaguje z kolejną cząsteczką akrylanu. Zapoczątkowana śladami jonów hydroksylowych reakcja biegnie dalej sama, tworząc polimer dobrze wiążący ze sobą powierzchnie klejone.

A co to ma wspólnego z ujawnianiem odcisków palców?
Monomery cyjanoakrylowe są lotne, co zresztą jest jedną z ich wad, bowiem w większych stężeniach stają się trujące. Monomer akrylowy nie powinien reagować z większościami powierzchni, może natomiast wchodzić w reakcję z aminokwasami, lipidami i cukrami substancji śladów palców, zwłaszcza w obecności wilgoci.

Badany przedmiot umieszcza się w szczelnej komorze, w której umieszcza się naczynie z klejem, bądź posmarowaną nim płytkę czy folię. Komora jest podgrzewana a powietrze wewnątrz nawilżane. Po upływie odpowiedniego czasu kombinacja par kleju i wilgoci powoduje ujawnienie śladów. Możliwe jest też użycie namiotów gdy badany przedmiot jest większy, bądź miejscowo specjalnego "pistoletu" odparowującego klej i wydmuchującego opary na badaną powierzchnię.

Ujawnione tą metodą ślady są białe lub kremowe,  aby zwiększyć kontrast i lepiej je uwidocznić, na przykład proszkami; często stosuje się fluorescencyjne barwniki chętnie łączące się z substancją polimerowo-tłuszczową, na przykład Basic Yellow 40 świecący w ultrafiolecie na żółto-zielono, Safranina O świecąca w zielonym świetle na czerwono albo Rodamina 6G świecąca na żółto. Używa się kilkunastu takich preparatów, zależnie od rodzaju powierzchni i dostępności[4][5]

Azotan srebra
Ta metoda nie jest zbyt często używana, choć znano ją już w XIX wieku. Właściwie używa się jej do poszukiwania śladów tak starych że pozostałe metody nie są w stanie ich ujawnić, ale dopiero na końcu, jest bowiem niszcząca. Jako pierwsza ze śladu ulatnia się woda, po niej krótkołańcuchowe kwasy tłuszczone (skóra dziecka wytwarza tylko takie kwasy przez co odciski palców dziecka dość szybko zanikają) na koniec rozkładowi ulegają aminokwasy. Co więc może pozostać na powierzchni, gdy wszystko inne już zniknie? Sole mineralne a przede wszystkim chlorek sodu obecny w pocie.
Badane powierzchnie należy spryskać azotanem srebra ale tak aby nie były zupełnie zmoczone. Jony srebra w reakcji z jonami chlorkowymi dadzą biały, nierozpuszczalny osad chlorku srebra, który po wystawieniu na słońce ciemnieje pozostawiając ciemne plamy. Takie same plamy powstaną na ubraniu oraz naszej skórze, dlatego przy użyciu tego związku można się na prawdę mocno i dosyć trwale pobrudzić. Metoda nadaje się do papieru i skóry, nie sprawdza się przy drewnie i tkaninach. Jeśli badana powierzchnia była wystawiona na działanie wody, ślady zostaną zmyte. Z oczywistych względów przeszkadzają tu sole mineralne których obecność zaciemnia tło. [6]

Gencjana
Fiolet krystaliczny lub metylowy, to mieszanina związków o budowie podobnej do fenoloftaleiny. Dawniej używana do farbowania wełny czy jako barwnik ołówka kopiowego, dziś też niekiedy do odkażania ran. Jest barwnikiem lipofilowym, w związku z tym ma skłonność do wchłaniania przez tłuszcze. Na tym też opiera się jej działanie.

W kryminalistyce znalazła zastosowanie do uwidaczniania odcisków na materiałach lepkich, jak na przykład taśmy klejące, etykietki itp. Badany przedmiot zanurza się w jej ok. 2% roztworze na dwie minuty, po czym spłukuje czystą wodą. Odbitki linii papilarnych zabarwiają się wówczas na fioletowo[7]

Czerń Sudan 
Ciemny barwnik o właściwościach lipofilowych, działający tak samo jak gencjana - chętniej absorbuje się w tłuszczowym śladzie niż w podłożu. Ma zastosowanie na materiałach klejących, zatłuszczonych lub woskowatych, na przykład nawoskowany papier czy folie spożywcze. Może być też użyta do zabarwienia śladów ujawnionych metodą cyjanoakrylową na przykład w przypadkach gdy dotyczą one powierzchni jasnych, nie chłonnych i fluoryzujących.[8]

Lumicyano?
Najnowsza technika kryminalistyczna, jest połączeniem kilku wartościowych cech. Tak jak pochodne ninhydryny miały łączyć zdolność ujawniania kontrastowych śladów z fluorescencją, tak lumicyano łączy technikę cyjanoakrylową z luminescencyjną bez potrzeby stosowania dodatkowych odczynników. Pomysł jest prosty - do cząsteczki cyjanoakrylanu podczepiono odpowiednią grupę, w tym przypadku jest to tetrazyna - pięciokątny pierścień z czterema atomami azotu.
Tak samo jak superklej, po ogrzaniu paruje i polimeryzuje w śladzie tłuszczowym. Ujawniony kremowy odcisk fluoryzuje w ultrafiolecie.[9]
Technika została już przetestowana w laboratoriach kryminalistycznych. Wyniki badań pojawiły się w tym roku.
-------
* http://en.wikipedia.org/wiki/Fingerprint
* http://onin.com/fp/fphistory.html
* http://www.bvda.com/EN/sect1/en_1_6a.html
* http://en.wikipedia.org/wiki/Henry_Faulds
* http://en.wikipedia.org/wiki/Sir_William_Herschel,_2nd_Baronet
* http://en.wikipedia.org/wiki/Francis_Galton
* http://en.wikipedia.org/wiki/Juan_Vucetich
* http://en.wikipedia.org/wiki/Francisca_Rojas

[1] http://makezine.com/forensics-laboratory-82-revealing-l/
[2] www.viewsfromscience.com/documents/webpages/led_fluorescence_p7.html
[3]  http://makezine.com/forensics-laboratory-83-revealing-l/
[4]  http://www.bvda.com/EN/sect1/en_1_9a.html
[5] http://makezine.com/projects/fingerprinting-with-super-glue/
[6] http://makezine.com/laboratory-84-revealing-latent-fing/
[7] http://makezine.com/laboratory-86-revealing-latent-fing/
[8] http://www.bvda.com/EN/sect1/en_1_12a.html
[9]  Cosimo Prete, Laurent Galmiche, Fifonsi-Gwladys Quenum-Possy-Berry, Clémence Allain, Nicolas Thiburce, Thomas Colard (2013). Lumicyano™: A new fluorescent cyanoacrylate for a one-step luminescent latent fingermark developmen Forensic Science International , 1-3 DOI: 10.1016/j.forsciint.2013.07.008

Ostatnio w domu - otrzymywanie i wykrywanie tlenu

Nudząc się dziś w domu i przegrzebując rzeczy, znalazłem w jakiejś fiolce tabletkę nadmanganianu potasu, co przywiodło mi na myśl pewne bardzo proste doświadczenie, jakie każdy może przeprowadzić. Więc oczywiście je zrealizowałem.

Wbrew temu co się często mówi w szkołach, próba z żarzącym się łuczywkiem nie jest właściwie metodą wykrywania tlenu, lecz raczej pokazowym doświadczeniem obrazującym najważniejszą z jego właściwości - zdolność do utleniania a tym samym podtrzymywania spalania. Doświadczenie to jest tak stare i klasyczne, że w jego opisach zachowało się rzadko już dziś stosowane słowo łuczywko, oznaczające drewnianą drzazgę czy cienkie drewienko, do przenoszenia ognia na przykład do odpalania papierosa od pieca. Ciasno skręcony pasek papieru służący do tego samego celu, to fidybus - też rzadkie słowo. W moim przypadku zamiast łuczywka zastosowanie znalazł patyczek szaszłykowy.

Samo przeprowadzanie doświadczenia jest bardzo proste: od tabletki nadmanganianu potasu (manganian VII potasu), łatwo dostępnej w aptekach jako środek odkażający, odłupałem mały okruch i wrzuciłem do próbówki. Równie dobrze może to być fiolka czy tuba, byle długa i nie zbyt szeroka. I dolałem wody aby się rozpuściła.

Otrzymałem więc intensywnie fioletowy roztwór. Z braku stojaka próbówkę włożyłem do butelki. Następnie przyniosłem opakowanie wody utlenionej. Miałem więc zestaw - próbówka z nadmanganianem, woda utleniona, patyczek i zapalona świeca aby odpalić. Mając już wszystko gotowe wlałem wodę utlenioną do próbówki. Fioletowa barwa zanikła, zaś w zamian zawartość zaczęła się burzyć i wydzielać bąbelki czystego tlenu, zgodnie z reakcją:

KMnO
4 + 3 H
2O
2 → 2 MnO
2 + 2 KOH + 2 H
2O + 3 O
2

Powstający tlenek manganu sam jest katalizatorem rozkładu, dlatego do zapoczątkowania reakcji wystarczy dosłownie okruszek. Teraz zapaliłem patyczek, zdmuchnąłem i jeszcze żarzący wsunąłem do próbówki. Czerwony żar pojaśniał aż do żółci a na drewienku pojawił się płomyczek. Zdmuchnąłem go i jeszcze raz wsunąłem do próbówki ale tym razem skończyło się na rozżarzeniu. Najlepiej pokaże to film:

Gdy zawartość przestała już się burzyć, na dno zaczął opadać kłaczkowaty, ciemnobrunatny osad dwutlenku manganu.

Wysokie stężenia tlenu mogą nie tylko rozpalać już istniejący płomień, ale mogą też doprowadzać do samozapłonu lub wybuchu podatnym na to materiałów. Tragicznym przykładem może być historia programu Apollo 1, zakończonego w trakcie wstępnych testów na ziemi. Astronauci ćwiczyli podstawowe sytuacje w module wypełnionym czystym tlenem pod ciśnieniem. W którejś chwili doszło do pożaru, który rozprzestrzeniał się tak gwałtownie, że po kilkunastu sekundach ciśnienie gazów spaleniowych rozszczelniło kabinę. Wszyscy trzej astronauci zginęli.
Podczas późniejszego dochodzenia okazało się, że w tak wysoce natlenionych warunkach do zapłonu mogły wystarczyć iskry elektryczności statycznej, wywołane ocieraniem kombinezonów o fotele, zaś gumowy rzep użyty w kilku miejscach, staje się wręcz wybuchowy. Podobny przypadek zdarzył się kilkanaście lat temu w jednej z polskich hut szkła. Gwałtowny pożar w części zajmującej się przetłaczaniem sprężonego tlenu zabił kilka osób. Media głupio pisały wówczas że był to pożar tlenu. W rzeczywistości pod wpływem bardzo sprzyjających warunków, zapaliła się uszczelka jednej z pomp. Fala sprężonego tlenu wraz z iskrami zapaliła wszystko w pomieszczeniu - w tym pracowników.

Próba z rozpalaniem żaru jest dla wykrycia tlenu zbyt mało czuła. To właściwie doświadczenie pokazowe. Dla wykrycia tlenu tam, gdzie go być nie powinno, używa się bardziej czułych metod, zwykle są to związki chemiczne wrażliwe na utlenianie, podlegające wyraźnym zmianom, na przykład sole żelaza II.  W wielu urządzeniach przenośnych stosuje się techniki elektrochemiczne - tlen utlenia substancje na małym ogniwie paliwowym, natężenie powstałego prądu jest miarą jego stężenia.

Co nieco o Jodzie

 Wpis początkowo mający być migawką z tego co też zdarzyło mi się kiedyś w laboratorium nieco mi się poszerzył, dlatego będzie ogólnie o jodzie i jego analityce.Na początek opowiem o pewnej często stosowanej próbie analitycznej.
Dla wykrycia w badanym roztworze jodków, za pomocą klasycznej "próbówkowej" analizy jakościowej, zazwyczaj dodaje się do niego wody chlorowej i wytrząsa z chloroformem. Chloroform nie miesza się z wodą i osiada przy dnie jako odrębna warstewka, która po wytrząśnięciu z roztworem zawierającym jod, zabarwia się na różowo:

W tym przypadku roztwór był dosyć stężony, więc kolor jest bardzo wyraźny. Widać też różnicę między kolorem wodnego i organicznego roztworu jodu. W wodzie, w której rozpuszcza się słabo, daje zabarwienie brunatne, z pomarańczowym odcieniem. Skąd ta różnica?

Aby wyjaśnić takie zachowanie trzeba zacząć od przyczyny fioletowej barwy pierwiastka, widocznej w stanie gazowym. W stanie stały większe grudki przypominają grafit o niebieskawym odcieniu, dopiero w drobnych, prześwitujących ziarnach lub właśnie oparach, widać dobrze intensywny fiolet.
Jod tworzy cząsteczki dwuatomowe, między którymi istnieje wiązanie kowalencyjne. Wiązanie tego typu polega na połączeniu w parę po jednym wolnym elektronie z łączących się pierwiastków i umieszczeniu jej w przestrzeni między atomami. Ta "wiążące para elektronowa" oddziałuje wespół zespół z obydwoma atomami, dlatego jest dla nich "uwspólniona", zaś każdy uzyskuje w ten sposób wrażenie oktetu - najtrwalszej konfiguracji elektronów w otoczeniu. Jednakowoż jeśli opiszemy rzecz metodami mechaniki kwantowej, widzącej elektrony raczej jako rozmyte chmurki aniżeli kulki na orbitach, to rzecz stanie się nieco bardziej zawikłana.
W kwantowym modelu atomu zamiast mknących kulek mamy jak rzekłem chmurkę - a właściwie przestrzeń nazywaną orbitalem. Wiemy że elektron jest w tej przestrzeni, ale z różnym prawdopodobieństwem, co w istocie przekłada się na różne rozłożenie jego ładunku. Wiązanie pomiędzy atomami jodu tworzą zewnętrzne elektrony sigma, których orbitale są kuliste, i przez ich nakładanie się powstaje wspólny orbital molekularny obejmujący całą cząsteczkę z grubsza na kształt piłki do rugby:

Jednak sposobów łączenia się orbitali jest znacznie więcej, każdemu zaś odpowiada nieco inna energia. W tym przypadku najwyższemu rzeczywistemu orbitalowi sigma (HOMO) towarzyszy leżący nad nim najniższy potencjalny orbital (LUMO) nie zapełniony. Poziomy energetyczne tych orbitali leżą na tyle blisko, że stan elektronu może przechodzić z jednej możliwości w drugą, musi jedynie mieć dostarczoną ściśle określoną porcję energii. Na przykład może pochłonąć kwant światła odpowiadający konkretnej barwie.
Jeśli z białego światła, będącego mieszaniną wszystkich kolorów, wyciąć jakiś jeden, to suma reszty będzie widoczna jako kolor przeciwny. W tym przypadku intensywne pochłanianie zieleni, powoduje powstanie koloru fioletowego swobodnych par tego pierwiastka. Nieco inaczej rzecz przedstawia się w roztworach.

Już tu kiedyś pisałem, że w dydaktyce szkolnej opis rozpuszczania przedstawia ten proces tak, jakby zachodził w próżni, w rzeczywistości bowiem rozpuszczalnik zawsze w jakimś stopniu oddziałuje z cząsteczkami rozpuszczanych substancji. Niejednokrotnie cząsteczka zostaje otoczona warstewką silnie przyciągniętych cząsteczek rozpuszczalnika, co nie pozostaje bez wpływu na jej właściwości.
W przypadku Jodu rozpuszczalniki polarne oddziałują na tyle silnie, że tworzą kompleks, przenosząc część ładunku na jod. Poziomy energetyczne orbitali molekularnych rzeczywistego i potencjalnego rozsuwają się, jod zaczyna pochłaniać inną długość fali i zmienia kolor w stronę brunatnej czerwieni. Dlatego w wodzie i acetonie tworzy roztwory o takiej barwie. W rozpuszczalnikach słabiej oddziałujących, jak dichlorometan, jest intensywnie czerwony. W jeszcze słabszych, jak chloroform czy benzen jest różowy, a w najsłabiej oddziałujących jak heksan, tworzy roztwór fioletowy, tak jak w powietrzu. Jest to jeden z najwyraźniejszych przykładów solwatochromizmu.

Barwa skrobi zabarwionej jodem

Tak więc wyjaśniłem już o co chodzi w opisywanej próbie analitycznej. Nie jest ona zbytnio czuła i ma raczej znaczenie historyczne. Jest jednak jeszcze inna próba, bardziej dokładna i nadająca się do wykrywania śladowych ilości - mianowicie reakcja ze skrobią.
Skrobia, jak to już niedawno tłumaczyłem, jest naturalnym polimerem złożonych z połączonych w długie łańcuchy cząsteczek glukozy. Zależnie od typu łańcucha wyróżniamy prostą amylozę i rozgałęzioną amylopektynę - w przypadku tej ostatniej oddziaływania powodują, że łańcuchy te skręcają się w sprężynki.
Jod rozpuszcza się w wodzie bardzo słabo, chyba że obecne będą w niej jony jodkowe - łączy się wówczas w jony trójjodkowe, będące cząsteczkami wydłużonymi. Roztwór taki nazywa się płynem Lugola (natomiast klasyczna jodyna to roztwór w alkoholu). Tak się akurat składa, że rozmiar "sprężynki" amylozy, pasuje do wielkości cząsteczki trójjodkowej, toteż wpasowuje się ona między skręcone zwoje, tworząc dosyć trwały kompleks o intensywnym, granatowym zabarwieniu.

Barwa kompleksu zależy w pewnym stopniu od stężenia jodu - dla bardzo małych, jest granatowy, dla większych staje się brunatny do czerwonego. Barwa jest zauważalna już dla ilości 0,00002 mol/l jodu w roztworze. Tą samą metodą można wykryć jodki - same co prawda nie reagują ze skrobią, ale mogą być przeprowadzone w jod przez utlenienie. Jeśli do badanego roztworu dodamy zawiesinę skrobi i na przykład wodę chlorowa, to część jodków utleni się i powstający kompleks to uwidoczni.
Nie trudno zgadnąć, że skoro możemy skrobią wykryć jod, to i jodem możemy wykryć skrobię - i rzeczywiście, próba jodowa jest używana do sprawdzenia ilości i rozkładu skrobi w roślinach i pożywieniu. Tak można testować na przykład stopień dojrzałości jabłek - młode owoce zawierają głównie skrobię i kwasy owocowe, skąd cierpki smak młodych jabłuszek; w miarę rozwoju skrobia jest zużywana a w jej miejsce pojawia się coraz więcej cukrów, które maskują kwaśny posmak. Po przekrojeniu owocu polewa się powierzchnię płynem Lugola - zależnie od wielkości i rozmieszczenia zabarwienia przypisuje się owocom różną dojrzałość. W ten sposób można też wykryć obecność skrobi (również jej modyfikowanych chemicznie pochodnych, o których pisałem) tam gdzie znaleźć się nie powinna - na przykład przetworach mlecznych co do których producent nie deklaruje dodatków. Opisał to pięknie Stobiński w "Chemii i życiu".
Ale to nie koniec - wiemy że do reakcji potrzebne są na przykład jodki, skrobia i utleniacze, zatem mając te dwa pierwsze, możemy wykryć ten trzeci składnik.
Mogą to być gazy będące silnymi utleniaczami, jak chlor i brom, czy też ozon. Papierek jodoskrobiowy, zawierający jodki i skrobię, po zwilżeniu i przyłożeniu do wylotu próbówki z której jak sądzimy ulatniają się te gazy, pociemnieje. Profesjonalne paski testowe mają często skalę na której można w pewnym zakresie wyznaczać stężenie utleniaczy - w ten sposób sprawdza się na przykład czy ilość chloru w wodzie pitnej i kąpielowej nie przekracza norm.
Mogą to być silne utleniacze w roztworze, na przykład chlorany czy nadtlenek wodoru, tu jednak przy większych ilościach barwa może pojawić się na krótko - wydzielony jod jest dalej utleniony do bezbarwnych jodanów. Mogą to być nawet słabsze utleniacze, jeśli tylko ulegają odpowiedniej reakcji - na przykład azotyny (azotany III), w odróżnieniu od azotanów V. Reakcji z wydzieleniem jodu ulegają też niektóre metale - na przykład kationy miedzi II i żelaza III, będące raczej słabymi utleniaczami - toteż można by zapewne użyć papierków do wykrycia tych metali, ale dla nich znamy inne testy. Tą trójkę powiązaną możliwościami analitycznymi przedstawiłem na grafice:

Tak więc wiemy już jak wykryć jod i co wykryć można za jego pomocą, jest jednak jeszcze jedno zastosowanie jodu w analityce - mianowicie analiza ilościowa za pomocą miareczkowania jodometrycznego.

Cały pomysł polega na prostej zasadzie - pierwiastkowy jod łatwo redukuje się do jodków. Jeśli będziemy miareczkować jego roztwór przy pomocy roztworu reduktora o znanym stężeniu aż do zaniku barwy, to będziemy mogli ze zużytej objętości wyliczyć stężenie analitu, czyli zawartość jodu. Jeśli zaś mamy roztwór substancji reagującej z jodem o nieznanym stężeniu, to możemy dodać do niej znaną ilość jodu tak aby był to nadmiar, i zmiareczkować pozostały jod. wiedząc ile ubyło z pierwotnej ilości dodanego jodu, możemy wyliczyć ile musiało być w roztworze reagującej substancji.
Odwrotny przypadek to sytuacja gdy mamy nieoznaczony roztwór substancji mogącej utlenić jodki do wolnego jodu - dodajemy wówczas znaną ilość jodków i odmiareczkowujemy  jod powstały w reakcji.

Jako reduktora zazwyczaj używa się tiosiarczanu sodu, który reaguje szybko wedle reakcji:

 I₃^- + 2 S₂O₃^2- → S₄O₆^2- + 3 I^-

Co zaś można oznaczać? W sposób bezpośredni siarczyny, siarczki, arsen III, glukozę i kwas askorbinowy, w pośredni wolny chlor, chlorany, azotyny, sole miedzi II i żelaza III.
Tak się akurat składa, że spośród filmów miareczkowań jakie zrobiłem, najwięcej jest miareczkowań jodometrycznych i jeden z nich niedawno udostępniłem. Wykonałem go podczas praktyk w Siedleckim LOŚP, zaś analizowanym roztworem był wzorzec siarczynów:

Jest to właściwie najistotniejsza minuta miareczkowania. Ilość jodu słabnie a wraz z nią odcień roztworu. Gdy roztwór jest już słomkowy dodaję zawiesinę skrobi - dzięki temu łatwiej będzie mi uchwycić punkt końcowy, gdy zanikają ostatnie tony zabarwienia.

Ot, i tyle.

Smocza krew

Nie miałem ostatnio zbyt dużo okazji aby pisać, stąd trochę zaległości na blogu. Aby się rozruszać skrobnę dziś notkę na temat ciekawego związku chemicznego - kompleksu, z powodu intensywnie czerwonej barwy nazywanego smoczą krwią. A przy okazji będzie też coś niecoś o tym dlaczego musztarda jest ostra, z czego robi się sztuczną krew i jaki ma to związek z chorobami płuc.

Chodzi tu po prostu o tiocyjanian żelaza III. Cyjanki i ich związki już omawiałem, żelazocyjanki też, więc będzie to w sumie trzeci wpis krążący wokół prostych nieorganicznych pseudohalogenów.
W anionie cyjankowym, jak wiadomo, mamy do czynienia z  węglem i azotem połączonymi silnym wiązaniem potrójnym. Na węglu pozostaje możliwość wytworzenia jednego wiązania chemicznego, zaś na azocie wolna para elektronowa umożliwia tworzenie związków kompleksowych.
Natomiast w tiocyjanianach do jonu dołączona została siarka, co skutkuje dwiema możliwymi strukturami elektronowymi:

Podobny związek może tworzyć tlen, są to cyjaniany i izocyjaniany.
Najprostszy sposób otrzymania tiocyjanianów to stapianie cyjanków z siarką, lub reakcja ich roztworów z tiosiarczanem sodu. Tak też postąpił Buchholz w 1798 roku. Wkrótce też stwierdzono że ten nowy związek w połączeniu z solami żelaza daje połączenie o intensywnie czerwonym kolorze, toteż przez analogię do cyjanków, nazwanych od koloru błękitu pruskiego, nowy związek nazwano rodankiem (od greckiego rhodon - czyli róża). W warunkach kwaśnych tworzy łatwo lotny tiocyjan, zaliczany do grupy pseudohalogenów - ma bowiem właściwości podobne do fluorowców: tworzy aniony jednoujemne, tworzy dimery jak Cl2 [tiocyjanogen (SCN)2] , jest lotny, po rozpuszczeniu w wodzie daje kwas, z metalami ciężkimi i srebrem daje nierozpuszczalne osady, roztwarzające się w nadmiarze odczynnika, w solach tworzy strukturę krystaliczną regularną. W zasadzie najbardziej jest podobny do jodu.

A jak rzecz się ma z tytułowym związkiem? Oczywiście jony żelaza tworzą z jonami tiocyjanianowymi sole, rzecz jest jednak bardziej skomplikowana jeśli zauważyć, że reakcję przeprowadza się w wodzie. Sposób rozpisywania dysocjacji soli, jakiego uczą w szkołach, jest bowiem dosyć mocno uproszczony - sole w takim zapisie rozpadają się na wolne jony tak, jakby rzecz zachodziła w próżni.

FeCl₃ + → Fe³⁺  + 3 Cl⁻

W rzeczywistości czynnikiem wywołującym dysocjację jest woda, która oddziałując na sieć krystaliczną związku prowokuje jej pękanie. Cząsteczki wody, choć elektrycznie obojętne, mają jednak ładunek rozłożony nierównomiernie stając się dipolem z nieco bardziej ujemnym tlenem i nieco bardziej dodatnimi wodorami. Skoro tak, to mogą być przyciągane jednym lub drugim końcem przez posiadające ładunek kationy lub aniony, w efekcie jon zostaje szczelnie otoczony przez 4-8 cząsteczek wody

Ponieważ ładunek kationu nadal występuje, a tylko rozłożył się na większą powierzchnię, do tej warstewki mogą przyłączać się kolejne, coraz bardziej nietrwałe i ruchliwe, aż do 4-5 warstw nazywanych łącznie otoczką solwatacyjną. W przypadku kationów żelaza połączenie z najbliższymi cząsteczkami wody przybiera formę kompleksu, zaś przenoszenie ładunku między cząsteczkami rozpuszczalnika i kationu skutkuje pomarańczową barwą roztworu *. Co to zaś ma do rodanku żelaza?
Gdy zmieszamy związek żelaza III z solą tiocyjanianową, kolejne aniony zastępują cząsteczki zsolwatowanej wody, tworząc  skomplikowane kompleksy o barwie znacznie bardziej intensywnej, głównie Fe[(SCN)(H2O)5] ²⁺ i Fe[(SCN)3(H2O)3 ]⁰  grupujące się w wielocząsteczkowe agregaty.
Już dla niedużych stężeń roztwór przybiera kolor świeżej krwi:

Stąd zwyczajowa nazwa. Zresztą używa się takich roztworów (po dodaniu zagęstników) do produkcji sztucznej krwi o dużej trwałości. Barwa jest zauważalna jeszcze przy stężeniu 0,00001 % stąd jej wykorzystanie do bardzo czułego oznaczania obecności żelaza

Tiocyjaniany występują w naturze stosunkowo pospolicie. Jak to już opisywałem przy cyjankach, powstają w organizmie jako produkt naturalnej detoksykacji cyjanków, będąc od nich blisko 100 razy mniej toksyczne. Już w 1824 roku stwierdzono jego obecność w ślinie, zauważając że zmieszana z solami żelaza daje w kwaśnym środowisku różowe zabarwienie. Dosyć duże ilości tiocyjanianów zawierają rośliny z rodziny kapustowatych (dawniej Krzyżowe), a więc kapusta, gorczyca, rzeżucha, rzodkiewnik, rzodkiew, chrzan, wasabi i wiele innych, stanowiąc składnik olejków nadających im ostry, piekący smak. Produkowane przez nie glikozydy tiocyjanogenne głównie synigryna i sinalbina pod wpływem enzymów rozkładają się z wydzieleniem izotiocyjanianu allilu (CH2CHCH2NCS), nazywanego olejkiem gorczycowym, o bardziej intensywnym smaku. Rozkład zachodzi po uszkodzeniu rośliny co wraz z właściwościami drażniącymi wskazuje, że związki te są obroną przed roślinożercami. Powstają też podczas przetwarzania roślin, podpowiadając za smak musztardy, tartego chrzanu i kaparów. Mają też wyraźne właściwości przeciwbakteryjne i owadobójcze - olejek gorczycowy może być używane jako insektycyd.

Kwestia właściwości bakteriobójczych izotiocyjanianu jest ciekawa, gdyż mechanizm ten jest wykorzystywany przez zwierzęta. Aniony SCN- wydzielane przez błony śluzowe dróg oddechowych, pod wpływem enzymu laktoperoksydazy, łączą się z nadtlenkami powstającymi jako uboczny skutek oddychania, tworząc hypotiocyjanian (OSCN) który atakuje bakterie prowadząc do ich śmierci. Równocześnie nie atakuje własnych komórek organizmu zwierzęcego, w przeciwieństwie do nadtlenków mających podobne właściwości. Hypotiocyjanian, wraz z lizozymem stanowi podstawowy czynnik broniący błony śluzowe przez zakażeniami, toteż występuje także w łzach, ślinie, wydzielinie z nosa i mleku. Największe poziomy tego związku stwierdzono w tzw. "siarze" - pierwszych porcjach mleka matki, pojawiających się niedługo po porodzie, której składniki mają zastępować niedojrzałą obronę układu pokarmowego dziecka. Z tego powodu mleko matki i mleko krowie dosłownie prosto z sutka, jest w zasadzie sterylne.
Jeśli u kogoś system ten szwankuje, staje się podatny na zakażenia płuc - takimi osobami są na przykład chorzy na mukowiscydozę. Genetyczne zmiany powodujące wydzielanie nadmiernej ilości gęstego śluzu, wywołują także zaburzenie mechanizmu izotiocyjanianowego, stąd częste zakażenia gronkowcem złocistym i innymi chorobami. Te zaburzenia może łagodzić suplementacja izotiocyjanianu i laktoperoksydazy. Nie znalazłem natomiast nic o tym, czy podobne złagodzenie braku odporności może dawać dieta bogata w rodanki.

Oprócz tych pozytywnych skutków, powodujących że rośliny zawierające rodanki powinny być spożywane, istnieje też pewien skutek negatywny. Tiocyjanian jest na tyle podobny do jodu, że organizm może pomylić obie te substancje. Gdy w diecie pojawia się zbyt dużo rodanków, są one wychwytywane przez tarczycę. Gdy tarczyca uzna że jest odpowiednio nasycona, przestaje wchłaniać jod. Jednak z rodanków nie da się wytworzyć hormonów tarczycowych więc w organizmie pojawia się niedobór, rekompensowany przez powiększenie organu. Jeśli więc u jakiejś osoby już zachodziła niedoczynność tarczycy, albo też jej dieta była uboga w jod, to zjadanie dużej ilości kapusty, gorczycy czy rzodkiewki może u niej spowodować powstanie wola. O produktach mających takie działanie mówi się, że są wolotwórcze.

Na koniec powrócę jeszcze do głównego tematu posta - do smoczej krwi. Reakcja powstawania kompleksu jest na tyle czuła, że używa się jej w analityce. Jedną z metod analizy strąceniowej jest oznaczanie chlorków metodą Volharda - do roztworu o nieznanym stężeniu chlorków dodaje się nadmiar soli srebra. Pozostała nie strącona ilość srebra jest odmiareczkowana przy pomocy rodanku amonu wobec dodatku soli żelaza. Dopóki w roztworze jest jeszcze srebro, tworzy z rodankiem biały osad. Gdy wytrąci się całe, kolejne porcje odczynnika reagują z żelazem dając nasz kompleks o wyraźnym zabarwieniu. Odejmując odmiareczkowany nadmiar od całkowitej ilości srebra w dodanym na początku roztworze, otrzymujemy ilość chlorków w roztworze badanym.

Podczas pierwszych lekcji analityki, gdzie omawialiśmy między innymi tą reakcję, dokonałem przypadkowego odkrycia - kropla roztworu barwnika, kapnięta na kartkę papieru zeszytowego, odbarwiła się całkowicie w ciągu kilku sekund. Zaciekawiony wydarłem z zeszytu pasek papieru i wrzuciłem do próbówki pełnej roztworu (nie tej ze zdjęcia) stwierdzając że kilka centymetrów kwadratowych kartki wystarczy aby odbarwić ok 10 ml roztworu. Nie bardzo wiedziałem jednak na czym polega reakcja. Albo zachodziła adsorpcja barwnika przez włókna papieru lub drobinki wypełniacza - co mogłem odrzucić, bo papier się nie barwił. Mogło być też, że wspomniane agregaty cząstek kompleksu ulegały rozbiciu po adsorpcji na papierze i na tyle osłabła ich barwa, że przestała być widoczna - co jednak odrzuciłem, bo reakcja zachodziła też w wodzie w której moczył się papier. Musiała być to zatem reakcja z czymś rozpuszczalnym. Początkowo obstawiałem, że może być to klej użyty do wzmocnienia masy papierowej, zważywszy że używa się w tym celu głównie dekstryn podobnych co skrobii, a skrobia może kompleksować jod, do którego rodanki są bardzo podobne. Inną możliwością było natomiast, że żelazo zawarte w kompleksie zostało przez coś zredukowane, dając nietrwały i bezbarwny kompleks rodanku żelaza II. Aby to sprawdzić na kolejnych zajęciach kapnąłem kroplę wody chlorowej na to miejsce zeszytu, gdzie wcześniej robiłem próby z kompleksem, i na powrót pojawiło się słabe, różowe zabarwienie - co mogłoby potwierdzać teorię, choć woda chlorowa jako agresywny odczynnik mogla oddziaływać też na kompleks rodanko-dekstrynowy. Niestety nie miałem jak dotąd okazji aby tę kwestię dokładniej przebadać, choć jak teraz sądzę czynnikiem sprawczym jest tutaj ditionian, dodawany jako reduktor do masy papierowej aby wolniej żółkła.
-------
* żeby nie wdawać się w poboczne wątki - pomarańczowy kolor to wynik kompleksów częściowo zhydrolizowanych, zamiast jednej-trzech cząsteczek wody zawierających aniony OH-, pełny akwajon jest słabo liliowy lub bezbarwny co można zauważyć w roztworach silnie kwaśnych gdzie hydroliza zostaje odwrócona - więcej na tej stronie.
Nieco informacji o związku:
http://www.md-institute.com/cms/ressorts/hygiene-antiseptik/Anorganische-Thiocyanate.pdf

Kiedyś w laboratorium (13.)

Będąc jeszcze w technikum miałem krótko przedmiot bioanalitykę, gdzie między innymi omawialiśmy analizy mikrobiologiczne. Teraz więc przedstawię przykład jednego z takich badań, pozwalającego odróżnić odmiany gronkowców:

Podłoże Chapmana. Od lewej: czyste, gronkowce mannitol + i mannitol -

Podłoże Chapmana to pożywka składająca się z agaru, hydrolizatów białkowych, mannitolu, i czerwieni fenolowej, wobec stosunkowo wysokiego stężenia soli (rzędu 8-10%). Sól hamuje rozwój bakterii innych niż gronkowce Gram+, więc wzrost lub jego brak na tym podłożu jest próbą wykluczającą, natomiast użyte dodatkowe składniki mają wykrywać różnice między szczepami. Jeśli dany szczep może metabolizować mannitol - alkohol cukrowy otrzymywany z mannozy - to wytwarza kwaśne metabolity, które zakwaszają podłoże. Użyty wskaźnik czerwień fenolowa, będący sulfonową pochodną fenoloftaleiny, w warunkach obojętnych ma różowo-czerwony kolor, po zakwaszeniu poniżej pH 4,8 staje się żółta - szczepy dające tą reakcję określamy jako Mannitol +. Natomiast w przypadku szczepów nie mogących przetwarzać mannitolu (Mannitol - ) podłoże teoretycznie nie powinno zmienić barwy, jak jednak widać słabo malinowy kolor zamienił się w nieco chłodniejszy odcień purpury. Źródła do których zaglądałem nic o tym nie wspominają ale najwyraźniej jest to skutek metabolizowania aminokwasów z dodanych hydrolizatów, z których powstaje amoniak zwiększający pH podłoża.

Do bakterii mannitolo-dodatnich zalicza się Gronkowiec Złocisty, będący najczęstszą przyczyną groźnych infekcji. Bakterie tego typu uważa się zasadniczo za bardziej zjadliwe.

Kiedyś w laboratorium (12.)

Trochę ostatnio mało mam czasu na pisanie, choć w zanadrzu czekają do dokończenia dwa dłuższe wpisy, dlatego dziś tylko taka migawka.

Na laboratorium z biochemii omawialiśmy tłuszcze i tłuszczowce i wykonywaliśmy próby na ich poszczególne składowe. Była więc próba na glicerynę, na nienasycone kwasy tłuszczowe, test zmydlania (czyli robienie mydełka ze smalcu) i wreszcie wykrywanie cholesterolu, czyli próba Salkowskiego. Próbkę badanego tłuszczu należało rozpuścić w chloroformie (w naszym przypadku dla pewności wzięliśmy chloroformowy roztwór cholesterolu), a następnie ostrożnie wkroplić do próbówki stężony kwas siarkowy tak, aby jako bardziej gęsty utworzył warstwę na dnie. Na granicy faz powino pojawiś się brunatno-czerwone zabarwienie. I rzeczywiście tak było:

Reakcja polega na odwodnieniu, przez protonowanie, cholesterolu zawierającego jedną grupę hydroksylową. Tworzący się nietrwały karbokation utlenia się, dimeryzuje i zostaje zsulfonowany, tworząc czerwono zabarwiony sulfonian bicholestadienu

Test opracował Ernst Leopold Salkowski, niemiecki biochemik z Królewca (dziś noszącego okropne miano Kalingradu).

Cholesterol to naturalny steroid, stanowiący prekursor wielu hormonów i witaminy D oraz składnik błon komórkowych, mając wpływ na ich prawidłowe funkcjonowanie. Jest zatem związkiem potrzebnym i w niewielkich ilościach produkuje go wątroba i inne organy. W organizmie transportowany w formie lipoprotein, zawierających cholesterol, jego estry, i inne tłuszczowce. Wobec nadmiernej podaży z jedzeniem nadmiar lipoprotein może odkładać się w żyłach prowadząc do rozwoju miażdżycy.

Kiedyś w laboratorium (10.)

Na zajęciach z biochemii przerabialiśmy cukry a tam porównywaliśmy reakcję różnych cukrów na odczynnik Fehlinga.

Odczynnik Fehlinga to roztwór soli miedzi II w winianie sodowo-potasowym. Przygotowanie odczynnika polega na zmieszaniu roztworu siarczanu miedzi z zasadowym roztworem winianu. Powstaje wówczas kompleks ditartratamiedzi :

 

 Ten w reakcji ze związkami o właściwościach redukujących łatwo redukuje się z wydzieleniem tlenku miedzi I Cu2O. Właściwym utleniaczem jest tutaj miedź II w środowisku zasadowym, zaś jej zakompleksowanie ma zapobiegać tworzeniu się słabo rozpuszczalnego wodorotlenku, z którym reakcja przebiega wolniej i który ma skłonność w gorącej wodzie rozkładać się do czarnego tlenku miedzi II CuO, mogąc tym samym zamaskować oczekiwany wynik.

Tymi związkami mogła być na przykład cukry zawierające wolną grupę aldehydową, utleniającą się do karboksylowej. Test wprowadził już w 1848 roku niemiecki chemik Hermann Fehling i do dziś jest używany do wykrywania glukozy w moczu.

W przypadku badań cukrów reakcji ulegają te dwucukry, w których wolna pozostaje któraś grupa aldehydowa. W tym konkretnym przypadku nalałem kolejno od lewej - wody (ślepa próba), glukozy, maltozy i sacharozy.

W próbówce z woda odczynnik nie zmienił koloru po ogrzewaniu, w tej z glukozą strącił się intensywnie pomarańczowy osad, w tej z maltozą też choć nieco mniej, a w tej z sacharozą...
Teoretycznie roztwór powinien pozostać bez zmian, bo sacharoza nie jest cukrem redukującym, jednak w rzeczywistości powstało nieco koloidalnego osadu, nadającego mu intrygujący kolor - niebieski z pomarańczowym poblaskiem, dobrze widocznym od strony oświetlonej i prawie zanikającym przy prześwietleniu. Najwidoczniej roztwór sacharozy stojący w pracowni był zanieczyszczony odrobiną innych cukrów, zapewne za sprawą użycia tej samej pipety do różnych próbek przez którąś z poprzednich grup.

Sama próba Fehlinga jest mało charakterystyczna, pozytywny wynik dają cukry redukujące, aldehydy z wyjątkiem aromatycznych a także kwas mrówkowy. Innym wariantem jest odczynnik Benedicta, gdzie miedź jest skompleksowana cytrynianem sodu.

Chemik na miejscu zbrodni - próby analityczne na krew

Pomysł na ten wpis przyszedł mi do głowy nieoczekiwanie. Zaglądam czasem (jako Zaciekawiony) na forum kryminalityka.fr.pl, gdzie niekiedy wpadnie mi w oko jakaś ciekawostka. Tam też pojawił się temat, w którym zapytywano o proste metody chemicznej analizy różnych substancji, tak aby poznać skład. Tłumacząc tam jak bardzo obszerny jest to temat i jakie są ograniczenia "domowych laboratoriów", wspomniałem o pewnej próbie wykrywającej obecność krwi, że zaś dopytano się mnie jeszcze o nie, grzebnąłem po różnych stronach, aż uznałem że temat jest na tyle ciekawy i chemiczny, że nadaje się aby o nim coś tutaj napisać. Często obserwujemy jak w serialach kryminalnych pojawiają się specjaliści orzekający - tu prysnęła krew, tu był strzał, stamtąd strzelano - i niejednokrotnie zastanawialiśmy się, jak oni to robią. Jak? a no tak:

Krew, formalnie rzecz biorąc, jest tkanką łączną, składającą się z komórek różnego rodzaju zawieszonych w osoczu. Są to zarówno czerwone krwinki, pełniące funkcję transportową jak i krwinki białe i limfocyty pełniące funkcję obronną. Stanowi ważny element ludzkiego organizmu, zaś jej utrata, może doprowadzić do śmierci, co może następować w wyniku wypadku, samobójstwa lub morderstwa. W tym ostatnim przypadku krew wydostająca się na zewnątrz staje się ważnym dowodem dla śledztwa, znacząc miejsce, narzędzie i sprawcę zgonu. Wydaje się dość oczywiste, że jeśli mamy człowieka z raną piersi, zakrwawiony nóż i osobnika o zakrwawionej koszuli, to te trzy rzeczy musiały mieć ze sobą bliską styczność w momencie zdarzenia, toteż taki ważny dowód już u początków kryminalistyki był bardzo chętnie poszukiwany.
Niestety w tych dawnych czasach rozpoznanie krwi było dużym problemem. Rdza może dawać plamy bardzo podobne do starej, zaschniętej krwi, podobnie jak pewne soki roślinne, farby czy pewne odmiany gliniastej ziemi. Znalezienie czerwonej plamy na czyimś ubraniu czy podłodze nie było zatem aż tak oczywistym dowodem. W dodatku stare plamy krwi zmieniają swe właściwości, robią się brunatne, pomarańczowe, żółtawe a nawet zielone, i przypominają brud. Początkowo jedynym sposobem odróżnienia było doświadczenie śledczego. Tworzono też katalogi opisujące wygląd plam po różnym czasie na różnych materiałach., co pozwalało lepiej się zorientować, ale nadal w razie procesu sądowego, dowód taki można było zakwestionować.
W przypadku względnie świeżej plamy można było rozpuścić ją w wodzie i oglądając pod mikroskopem rozpoznać krwinki, co pozwalało na odróżnienie jej od innych substancji, jednak dla starych śladów, podległych częściowej degradacji, było to niemożliwe.

Pierwszą próbą chemiczną, jaką stosowano do wykrywania krwi, była reakcja z wodą utlenioną. Już Thenard zaważył w 1818 roku, że nadtlenek wodoru rozkłada się wskutek zetknięcia z krwią. Nadtlenek reagował bądź z hemoglobiną bądź z enzymami,  z wydzieleniem bardzo reaktywnego tlenu:

H₂O₂ → H₂O + O

Wydawało się to całkiem proste - zwilżamy badaną plamę lub tkaninę wodą utlenioną, i gdy się pieni, to jest krew. Niestety okazało się, że podobne reakcje dawać może rdza, tlenki manganu i soki roślinne zawierające peroksydazy, toteż choć próba była już jakąś wskazówką, okazała się niedostateczna. Mimo to stała się podstawą dla innych reakcji, o czym później.

Pierwszą próbą pozwalającą wykryć istotny składnik krwi, jakim jest hemoglobina, była próba Teichmanna. Ludwik Teichmann , urodzony w Lublinie lekarz i anatom, ogłosił w 1853 roku, że udało mu się uzyskać próbę analityczną jednoznacznie identyfikującą krew. W jego metodzie badana próbka była ogrzewana z lodowatym kwasem octowym i roztworem soli. W kropli roztworu w miarę stygnięcia, powstawały charakterystyczne, tabliczkowate kryształki pochodnej hemoglobiny:

Tą pochodną była hemina, będąca właściwie chlorkiem ferriporfiryny, to jest z żelazem na stopniu utlenienia III połączonym z chlorem normalnym wiązaniem jonowym. Jako że hemoglobina występuje wyłącznie we krwi, test potwierdzał jej obecność (teoretycznie podobnie mogłyby zadziałać cytochromy, ale nie występują w płynach fizjologicznych, nie wiem natomiast czy tak też reaguje mioglobina z przetworów mięsnych)). Próba dawała pozytywny wynik nawet w przypadku kilkunastoletnich plam.

Modyfikacją tej próby był wprowadzony w 1912 roku test Takayamy, gdzie próbkę ogrzewano w obecności kwasu octowego i pirydyny. Powstający kompleks hemo-pirydyniowy nazywany hemochromogenem wytrącał się w formie tabliczek bądź pryzmatów, wystarczająco charakterystycznych aby przeprowadzać identyfikację. Istnieje jeszcze wiele modyfikacji, zastępujących pirydynę glicyną, aminami czy nawet acetonem.

Tak więc próbę potwierdzającą obecność krwi mieliśmy, jednakowoż aby poddać próbkę badaniom, trzeba ją najpierw znaleźć, a to w sytuacji gdy sprawca mógł próbować usunąć ślady nie było wcale takie proste.
Próbę z wodą utlenioną już omawiałem. Raczej nie da się jej użyć w przypadku dużych powierzchni, a i tak przy bardzo powolnym postępie reakcji bezbarwna piana może być niezauważalna. Ale od czego są chemicy?

Aby rozkład nadtlenku wywoływany przez hemoglobinę jakoś uwidocznić, postanowiono wykorzystać barwne reakcje utlenienia. Najprościej było wykorzystać tu barwniki o bardzo intensywnym kolorze, w formie chromogenów - a więc w formie bezbarwnej, którą można "ubarwić" przez proste przekształcenie, na przykład utlenienie. Takie probarwniki są używane przy farbowaniu tkanin, często bowiem forma barwna jest trudno rozpuszczalna i słabo wchłania się w strukturę nici materiału. Tak jest na przykład z indygo przy farbowaniu dżinsów. W tym przypadku opracowano kilka zbliżonych metod, różniących się zastosowanym barwnikiem:

Próba Kastle'a-Meyera z fenoloftaleiną
Fenoloftaleina to popularny wskaźnik kwasowo-zasadowy, przyjmujący w warunkach zasadowych różowe zabarwienie, dlaczego i jak to się dzieje, już niedawno pisałem.  Pod wpływem łagodnych reduktorów przechodzi w fenoloftalinę (nie znalazłem co prawda polskiego odpowiednika angielskiej "phenolphthalin" ale przez analogię powinien brzmieć tak), nie mającą form barwnych, łatwo ulegająca utlenieniu. W 1901 roku Kastle i Shedd zauważyli, że katalizatorem utlenienia może być materiał biologiczny, i gdy działo się to w warunkach zasadowych, pojawiało się wyraźne zabarwienie. W 1903 roku w Niemczech Meyer zauważył, że w podobny sposób działają czerwone krwinki. Gdy zaś w 1906 roku Kastle udowodnił, że przemianę katalizuje hemoglobina uwolniona z krwinek, uznano że może być to dobra metoda ujawniania zatartych śladów krwi.[1] Reakcja zachodzi w przypadku rozcieńczeń sięgających nawet 1:10 000[2]
Spotkałem się z niepoprawnym tłumaczeniem, że skoro krew jest lekko zasadowa, to reakcja polega na wykrywaniu odczynu, podczas gdy chodzi jedynie o zamianę formy bezbarwnej w barwną.
Metoda polega na rozpuszczeniu próbki w silnie zasadowym roztworze i dodaniu do roztworu zredukowanej cynkiem fenoloftaleiny, potem do roztworu dodaje się wody utlenionej. Inna wersja to papierek bądź wacik nasączony świeżym odczynnikiem, przykładany do podejrzanej powierzchni. Dla zwiększenia dokładności jako rozpuszczalnika używa się etanolu. Na serialach kryminalnych widać czasem jak kryminalistycy pocierają powierzchnie wacikiem, który zabarwia się na różowo - to właśnie ten test. Jest to jednak test zawodny. Rozkład nadtlenku może wywołać wiele różnych substancji, w tym peroksydazy z soków roślinnych, dlatego też jest to test raczej wykluczający niż potwierdzający - jeśli zabarwienie nie nastąpi, możemy uznać że na badanej powierzchni nie ma śladów krwi; natomiast jeśli barwa się pojawi, to możemy uznać, że krew może tu być, ale należy to potwierdzić bardziej dokładnymi badaniami. Niestety właściwie wszystkie testy oparte na utlenieniu mają ten ogranicznik.

Próba z Zielenią malachitową
Zieleń malachitowa to sztuczny barwnik wykazujący duże podobieństwo strukturalne do fenoloftaleiny, oparty zasadniczo na tym samym szkielecie trifenylometanowym, z dodatkowymi grupami aminowymi.Również wykazuje zmienność zabarwienia zależną od pH, jednak z uwagi na to, iż następuje to przy wartościach ekstremalnie niskich, w praktyce nie jest używany. Zasada jest ta sama - po potraktowaniu reduktorami przyjmuje formę bezbarwną. Utlenienie atomowym tlenem z rozkładu nadtlenków powoduje powrót intensywnej zielonej barwy.   

Próba benzydynowa
Benzydyna to aromatyczna diamina, która mogła by być traktowana jak dimer aniliny w położeniu para. Pod wpływem nadtlenków i wolnego tlenu ulega stopniowemu utlenieniu do formy diiminowej tworzącej z wyjściowym substratem kompleks z przeniesieniem ładunki o kolorze intensywnie niebieskim. Zbliżona reakcja jest wykorzystywana przy wybarwianiu preparatów mikroskopowych. Dalsze utlenienie do całkowitej przemiany zmienia kolor na intensywnie żółty. Niegdyś, od wynalezienia w 1904 roku, bardzo popularna przy ujawnianiu krwi na dużych powierzchniach, dziś wycofana z racji dobrze potwierdzonej rakotwórczości związku, bywa zastępowana mniej szkodliwą pochodną 3,3-5,5-tetrametylową.
  
Próba gwajakolowa
Gwajakol, to związek należący do polifenoli (formalnie można go uznać za monoeter metylowy katecholu), znany jako lek wykrztuśny stosowany w syropach na kaszel. Pod wpływem reaktywnego tlenu powstającego z nadtlenków zamienia się w pomarańczowy tetramer z mostkami nadtlenkowymi łączącymi pierścienie. Próba została opisana już w 1862 roku ale należy do rzadziej używanych. Zastanawia mnie czy obecność jodków może fałszować wynik - powodują rozkład wody utlenionej a powstający jod ma pomarańczowy kolor.
Próba w nieco zmodyfikowanej postaci była i czasem wciąż jest używana do wykrywania krwi utajonej w kale.

Na koniec zbiorczo duża infografika, mam nadzieję, że czytelna:

Próba z Luminolem
Jest to próba oparta na nieco innym mechanizmie. Wprawdzie też chodzi o utlenienie, ale utleniany związek nie jest barwnikiem. Luminol to pochodna kwasu ftalowego, która w obecności utleniaczy i różnych aktywatorów ulega utlenieniu - ale nie od razu. Początkowo utlenienie powoduje odszczepienie azotu i powstanie nadtlenku, bardzo jednak nietrwałego w powodu bliskości dwóch grup karbonylowych. Pęknięcie wiązania przerzuca elektrony na atomach tlenu w stan wzbudzony. Powrót do stanu podstawowego przebiega z wydzieleniem energii w postaci intensywnego, niebieskiego
 lub zielonego światła. Czułość sięga ilości krwi z rozcieńczeniu 1:300 000.
W kryminalistyce po spryskaniu w ciemności badanych powierzchni mieszaniną luminolu i wody utlenionej, w miejscach gdzie obecne są ślady krwi, pojawia się trwające do 30 sekund świecenie, które należy utrwalić na fotografii. Niestety podobny efekt mogą dać ślady kału, sole miedzi, cząstki stopów miedzi i preparaty czyszczące z wybielaczami. Dokładne wymycie zabrudzonej powierzchni wybielaczem może tak zafałszować wynik, że badanie nie wykryje śladów które faktycznie tam są. Podobnie jak w przypadku innych metod katalitycznych badanie należy traktować jako wstępne, służące umiejscowieniu śladów, co do których dopiero dalsze badania potwierdzą, że jest to krew.

Ostatecznie wszystkie te testy potwierdzają jedynie istnienie krwi, nie rozróżniają jednak pomiędzy rodzajami krwi a więc pomiędzy krwią ludzką a zwierzęcą. Jeśli u podejrzanego odnaleziono na deskach podłogi w kuchni ślady krwi, zawsze mógł twierdzić że niedawno jadł sztukamięs prosto od rzeźnika i podczas mycia deski do krojenia trochę zakrwawionej wody poleciało mu na podłogę. Jak zatem potwierdzić że nasza wybadana krew, należy do człowieka?
Problem ten rozwiązało odkrycie z 1901 roku. Niemiecki lekarz Paul Uhlenhuth, badając reakcje immunologiczne odkrył, że reakcja pomiędzy antygenami wytwarzanymi wobec obcego czynnika drażniącego, jest wysoce charakterystyczna. Gdy wstrzyknął królikowi białko jaja kurzego, przejściowo powstał odczyn zapalny a jego organizm, broniąc się, wytworzył antygeny przeciwko-jajokurze, zaś surowica krwi takiego królika wytrącała białko jaja kurzego, ale nie inne. Gdy wstrzyknął królikowi białko jaja przepiórczego, surowica wytrącała białko z takiego materiału, natomiast nie reagowała z białkiem jajka kurzego. Podobne reakcje zachodziły z mlekiem różnych gatunków zwierząt oraz z krwią.
Surowica królika zadrażnionego ludzką krwią, strącała białka z ludzkiej krwi, zupełnie nie reagując na krew innych gatunków ssaków i ptaków. Co więcej, reakcja zachodziła również w przypadku starych, zaschniętych śladów, uprzednio rozpuszczonych.
Już wkrótce metoda, dzięki przychylności postępowego sędziego śledczego, posłużyła do rozwiązania morderstwa dwóch dziewczynek na Rugii, jednak zdecydowany rozgłos zdobyła dzięki pomocy w rozwiązaniu morderstwa 8-letniej Lucie Berlin, do jakiego doszło w 1904 roku w Berlinie.

Precyzyjne testy precypitacyjne stały się zatem cenną pomocą w odróżnianiu krwi ludzkiej od zwierzęcej. Kolejnym krokiem było odkrycie grup krwi, pozwalające na rozróżnienie krwi pochodzącej od różnych osób. Choć  Landsteiner odkrył je w 1901 roku, spotkał się z dużym oporem ze strony środowisk medycznych, i choć jego odkrycie pozwalało bezpiecznie przetaczać krew, trzeba było I wojny światowej aby uznano jej przydatność, zaś do badań kryminalistycznych weszło około lat 20. Pierwszy system A B 0, został uzupełniony o czynniki Rh+, Rh-, M,N,S i wiele innych, co nadawało krwi dużą indywidualność.
Potem nauczono się rozróżniać krew różnych płci aż wreszcie do użytku weszły badania DNA, o których już kiedyś pisałem

Współcześnie znamy wiele testów wykrywających krew - wspomniane próby, jak test z luminolem służą jedynie lokalizowaniu podejrzanych śladów na dużych powierzchniach, jak podłoga pomieszczeń, czy ściany. Potwierdzenie że jest to krew i to konkretnie ludzka następuje za pomocą innych specyficznych reakcji, na przykład barwny test immunologiczny, oparty na reakcji specyficznych antygenów. Testy takie, dające wynik tylko z krwią ludzką, używane są czasem do wykrywania krwi utajonej w stolcu i moczu.


Na koniec polecam ciekawym dwie ciekawe książki Jürgena Thorwalda "Stulecie detektywów" i "Godzina detektywów" w fascynujący sposób opisujące historię kryminalistyki.

---------
Źródła:
http://www25.brinkster.com/icequeen11/chemistry/bmk1.html testy na krew - opisy procedur http://www.forensicsciencecentral.co.uk/history.shtml
http://www.wavesignal.com/Forensics/Blood.html
http://de.wikipedia.org/wiki/Kastle-Meyer-Testhttp://en.wikipedia.org/wiki/Luminol
http://de.wikipedia.org/wiki/Paul_Uhlenhuth
http://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Uhlenhuth

[1] https://www.ncjrs.gov/pdffiles1/pr/160880_unit_2.pdf   
[2] http://www.wavesignal.com/Forensics/Blood.html 

Wczoraj w laboratorium (7.)

Na pierwszych zajęciach z biochemii przeprowadzaliśmy próby charakterystyczne na aminokwasy. Tu reakcja Adamkiewicza-Hopkinsa:



Próba wykrywa obecność tryptofanu, aminokwasu stanowiącego składową wielu białek, a dokładnie grupy indolowej. Gdy do mieszaniny tryptofanu z kwasem octowym wleje się ostrożnie stężonego kwasu siarkowego tak, aby utworzył warstwę na dnie, na granicy faz w silnie zakwaszonym środowisku aminokwas reaguje z grupą karbonylową tworząc barwny produkt kondensacji, koncentrujący się w warstwie granic faz i opisywany jako "wiśniowy pierścień". Wszystkie reakcje dla białek i aminokwasów omówię lepiej w osobnym wpisie, bo mi się trochę ich zdjęć nagromadziło.