FT-IR: Una valiosa técnica en el análisis forense

Fernando TobalinaEspecialista de producto de espectroscopía atómica y molecular

FT-IR: Una valiosa técnica en el análisis forense

La espectroscopía infrarroja en el campo forense• La espectroscopía infrarroja resulta aplicable a una enorme variedad de

muestras.Restos de pinturas.TintasFibrasExplosivosDrogas ilícitasHuellas digitalesMateriales biológicosMateriales biológicosOtros: Materiales, polímeros, suelos, cosméticos, pelo, etc.

• El análisis de las muestras en muchos de los casos puede realizarse por medios no destructivos.

• Permite tanto ensayos de identificación como análisis cuantitativo.• Análisis a nivel macroscópico como microscópico.• En el laboratorio, o “in situ”.

October 14, 20112

Evolución ….

Cuando los equipos parecían:

Cuando las muestras se preparaban así:

October 14, 20113

Y los resultados se analizaban en las bibliotecas!!!!….

Hasta hoy…

Donde los equipos actuales de IR basados en Transformada de Fourier, con sistemas de alineamiento dinámico aportan:

• Sensibilidad

• Rapidez

• Precisión

•Estabilidad

Hasta hoy…

Conventional MechanicalBearing

Agilent Mechanical Agilent Air Bearing

Bearing

Técnicas de muestreoLas técnicas de ATR o DRIFTS facilitan enormemente los análisis y eliminan la necesidad de preparar la muestra.

• Uso más sencillo

• Sin necesidad de manipular la muestra

• Buena resistencia física y química

• Mayor reproducilidad Typi

cal R

elat

ive

S/N

(p

eak-

peak

, 5

sec)

15,000

5,000

0Varian660-IR

Varian670/680-IR

10,000

Test S/N haz abierto With ATR

OtherResearch 660-IR 670/680-IRResearch FT-IRs

Determinación de Asbestos/Amianto por DRA

Espectro del amianto blanco

+

October 14, 2011Confidentiality Label

7

SiO---H 3680 cm-1

LibreríasEl software actual de los equipos permite el trasvase automático de los espectros a las librerías de búsqueda permitiendo la identificación a los pocos segundos de la muestra estudiada.

Gracias a los programas de deconvolución y quimiometría se puede realizar análisis multicomponente. multicomponente.

Aplicaciones: Análisis por PCA de los datos de Near-I R

Near-IR

6492.7 6269.1

5170.3

4775.3

4386.60.55

0.45

0.35

0.25

0.15

0.05

Ab

sorb

an

cia

11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000

Nº de onda (cm-1)

PCA de tres componentes de datos en Near-IR

Rite Aid (E)

CVS (D)

AB

C

F

Cada comprimido se corre por

triplicado. Se analizaron 5

comprimidos distintos por

distribuidor de un total de 6

fabricantes.

3 × 5 × 6 = 90 Espectros Near-IR

para el PCA clustering

A - Tradaxine® (SBL Pharmaceutical)

B - Zyrtec® OTC (McNeal Consumer Health)

C - Zyrtec (Merck Medco—Pfizer)

D - Cetirizine (CVS—Dr. Reddy’s Lab)

E - Cetirizine (Rite Aid—Dr. Reddy’s Lab)

F - Cetirizine (Walmart—Perrigo)

Evolución en el análisis microscópico

Diseño único totalmente reflectivoOptica corregida a infinitoApertura motorizada transparenteCámara CCD y binocularesObjetivo IR de Schwardchild 15x (NA=0.5).

October 14, 201110

Ejemplo de la utilización de la microscopía infrarroja en el campo forense

•Identificación de una fibra

October 14, 201111

Paint chips. Análisis por reflectancia

Multi-Layered Paint-chipSpectra Before Kramers-Kronig

12

Sistemas de muestreo .

• La máxima resolución espacial está limitada a 10-15 micras• Hay pocas muestras forenses analizables por reflexión• El análisis por transmisión puede requerir una dificil preparaciónde muestra• La máxima resolución espacial con ATR está limitada al punto de contacto (30-40 micras)

Como superar esta limitación?

Linear array

Es necesaria una tipología distinta del detector respecto de los sistemas clásicos de análisis puntuales o de mapping.

Focal Plane Arrays

October 14, 201114

•Resuelven solo en parte la limitación en resolución.•Necesitan habitualmente hacer mapping•No permiten el uso del ATR

Resuelven casi todas las limitaciones

Detectores Focal Plane Array FPA

Los FPA son detectores derivados de aplicaciones Militares derivados de telecámaras sensibles al calor utilizando elementos de InSb o MCT

Boeing 737

15

Boeing 737

October 14, 2011

64 x 64 MCT

FPA de 3ª generación. Mayor sensibilidad, homogeneidad y frecuencia de lectura, tiempos de exposición ajustables, menor susceptibilidad térmica.

Simple point versus FPA

Superficie de análisis:

Pixels:

Tiempos :

Resolución espacial:

2-D FPA Infrared Imaging

350 x 350 um(700 x 700 um)*

64x64=4,096

~1 sec

5.5 um, (11 um)

Single Point Mapping

350 x 350 micras

35 x 35 = 1,225

> 1 horas

> 10 micras

Résolución espacial de 1.1 µm

Ejemplos

Imagen IR : Fibras

175µ

175µ

Con FPA 32 X 32, superficie analizada de:175 micron Resolución de 5 micras , y 1024 spectros

19 October 14, 2011

Identificación de las fibras

2245cm-1 2939.4cm-1 2875.2 cm-1

Acrilico Poliester Lana

Ejemplo de análisis sobre chips de pinturaObjetivo para muestras grandes

Ejemplo de arañazos de pintura

Bandas a 3696cm-1 y 1055cm-1

1.4

mm

Hippocampus section:normal 5 month old mouse, on MirrIR slide (Keveley)

2.2 mm

1.4

mm

Data kindly provided by Prof. Kathy Gough and Alex Kuzyk, U. Manitoba, Winnipeg, Canada.

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 641.4

mm 4 × 6 mosaic of

64 × 64 FPA

= 98,304 spectra!

Large area tissue analysis

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

64 × 64

2.2 mm

1.4

mm

Data kindly provided by Prof. Kathy Gough and Alex Kuzyk, U. Manitoba, Winnipeg, Canada.

Tissue visualization options

Area of C=O

at 1734 cm-1

Area of C=O

at 1734 cm-1

Area of C=O

at 1734 cm-1

Area of C=O

at 1734 cm-1

Imagen Macro ATR

Podemos hacer también imagen ATR a nivel macroscópico usando un ATR con óptica modificada en el compartimento de muestra del equipo.

October 14, 201126

Imaging” Golden Gate•Cristal de diamante•Alta resolución espacial•640x640 micras, a 10 micras/pixel

FastIR ATR•Cristal de ZnSe•Mayor area pero menor resoluciónespacial•Area de 6.4 x 9.0 mm (con 128x128 FPA) a 40 x 70 micras/pixel

Ejemplo : Detección de huellas digitales

� En muchas ocasiones las huellas dactilares son dificiles de identificar por los métodos tradicionales

� Los métodos tradicionales= Productos fluorescentes u otros productos químicos

� No son siempre aplicables

� Suponen riesgo de contaminación de otras pruebas por los reactivos químicos

Regogida con la ayudade un gel comercialBVDA ™

Medida macro ATR

Imagen Macro ATR de una huella digital 7.

6 m

m

3351.670 12.5502927.470 0.116

1643.730 0.159Row = 22 Col = 89 0.15

0.10

Abs

orba

nce

5.0 mm

7.6

mm

3351.670 12.5502927.470 0.116

3500 3000 2500 2000 1500 1000

0.05

0.00

Wavenumber

Abs

orba

nce

Imagen creada a partir de la banda de absorción amida I a 1640 cm-1 correspondiente a absorción por proteínas

COCAINE HCl in KBr 1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

Ass

orba

nza

Ejemplo de detección

COCAINA

SD00223 MILK-PROTEIN HYDROLYSATE PEPTONE

3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

Numero d'onda

Ass

orba

nza

3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600Numero d'onda

October 14, 201129

ATR FTIR imaging in forensic science, Agilent

Un artículo …… reciente:

“FTIR no es una técnica que pueda ser “FTIR no es una técnica que pueda ser

empleada en la escena del crimen o del

accidente.

El espectrómetro y el ordenador que

precisa son demasiado voluminosos y

pesados para su transporte.

Esto ya no es así en la actualidad …

4100 Exoscan

•Análisis On-site de armas químicas•Análisis On-site de armas biológicasanalysis•Identificación On-site de HazMat paraHomeland security•Análisis On-site de polvos para respuestasde emergencia• Remediación On-site tras incidentesHazMat

Aplicaciones de seguridad nacional no soportadas

Aplicaciones en el análisis de obras de arte

En conclusion•La evolución tecnológica ha permitido abordar nuevos retos en el análisis infrarrojo en el camplo forense•La no invasividad de la técnica permite realizar el trabajo sin alteraciones debidas a el tratamiento de la muestra. • Los análisis pueden efectuarse tanto sobre muestras macroscópicas como microscópicas, tanto dentro como fuera del laboratorio, con mayor sensibilidad y velocidad en la obtención de los resultados buscados.

October 14, 201133

!!! Muchas gracias por la atención !!!