Sharing Chemistry with the Community

Hóa học đằng sau kỹ thuật phát hiện dấu vân tay

Dấu vân tay còn lại tại hiện trường vụ án là một trong những công cụ được sử dụng để buộc tội hoặc loại bỏ các nghi phạm. Tuy nhiên, chúng không phải lúc nào cũng nhìn thấy được, và các nhà điều tra thường dựa vào các kỹ thuật hóa học để hiện hình chúng. Có một số lượng lớn các kỹ thuật có thể được sử dụng để làm điều này; và trong bài viết hôm nay, chúng ta hãy xem một vài trong số chúng nhé!

Trước khi thảo luận về các kỹ thuật cụ thể, chúng ta hãy tìm hiểu sơ lược về các loại dấu vân tay trước đã.

Các loại vân tay

Nếu như bạn đã từng theo dõi các bộ phim hình sự trên tivi như CSI (Mỹ) hay hồ sơ trinh sát (Hồng Kông), thì bạn sẽ dễ dàng nhận ra là có ba loại chính đó là: patent prints, plastic printslatent prints (dấu vết ẩn).

Patent prints là những dấu vết có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Đây có thể là các vết máu còn lại, hoặc các ngón tay bị dính máu, hoặc mực hoặc bụi bẩn. Các plastic prints cũng có phần tương tự như vậy; chúng cũng có thể nhìn thấy bằng mắt thường, và là những dấu vết còn lại trên một chất mềm dẻo như đất sét hoặc sáp.

Cả hai dấu vết bằng patent prints và plastic prints thường có thể được ghi lại đơn giản chỉ với sự trợ giúp của nhiếp ảnh, và không cần thêm nhiều việc nữa (mặc dù đôi khi các kỹ thuật có thể được sử dụng để nâng cao khả năng hiển thị của chúng).

Trong khi đó, các latent prints tạo ra nhiều vấn đề hơn. Đây là những dấu vết còn lại trên bề mặt do các loại dầu tự nhiên và mồ hôi tiết ra từ da. Mặc dù chúng vẫn còn trên bề mặt, chúng không thể được nhìn thấy trừ khi một cái gì đó được thực hiện để làm cho chúng có thể nhìn thấy được. Đây là nơi mà một số kỹ thuật hóa học của chúng ta đi vào.

Bột xác định vân tay

“Bụi cho các dấu vết” là một cụm từ rất nổi tiếng, và nó có niên đại từ năm 1891. Nó liên quan đến việc sử dụng bột làm từ các hạt rất mịn được phủ trên bề mặt nhẹ bằng bàn chải. Các hạt bám dính vào độ ẩm và dầu trong các dấu vết ẩn, khiến chúng có thể nhìn thấy được. Các dấu vết sau đó có thể được chụp ảnh hoặc hiển thị chúng bằng cách dùng băng keo trong suốt ấn lên.

Các thành phần của bột xác định dấu vân tay (gọi tắt là bột vân tay) thay đổi rất nhiều, đặc biệt phụ thuộc vào bề mặt chúng được sử dụng. Thông thường, chúng bao gồm một sắc tố (chất màu) và chất kết dính. Các sắc tố giúp cung cấp độ tương phản, trong khi chất kết dính giúp bột bám vào dấu vết. Các chất màu được sử dụng phổ biến là các hạt cacbon dạng keo hoặc các mảnh kim loại gồm nhôm, kẽm và đồng.

Chất kết dính thông thường là kẹo cao su arabic, bột sắt và nhựa thông. Cũng giống như các bột màu đen tiêu chuẩn được sử dụng, thì người ta còn sử dụng bột huỳnh quang do nó có thể phát huỳnh quang trong sự hiện diện của một số màu sắc ánh sáng.

Phương pháp này không phải là không có vấn đề của nó. Bột vân tay thường được sử dụng với bàn chải mềm; mặc dù công việc này được thực hiện một cách cẩn thận, đôi khi vẫn có thể gây thiệt hại cho các dấu vết. Một vấn đề khác mà việc sử dụng bàn chải đặt ra là khả năng chuyển đổi DNA, và do đó các nhà điều tra hiện trường tội phạm thường sẽ sử dụng các kỹ thuật khác.

Hơi cyanoacrylate 

Một phương pháp khác để hiển thị dấu vân tay được phát hiện một cách tình cờ. Năm 1982, các nhà khoa học Nhật Bản làm việc trên các cyanoacrylate, đây là các loại phân tử được sử dụng trong keo dán sắt, phát hiện ra rằng dấu vân tay trên một trong những chiếc mũ trùm mà họ đang sử dụng đã được nhìn thấy bởi hơi của cyanoacrylate. Có vẻ như các cyanoacrylate đã bị polyme hóa khi tiếp xúc với dư lượng của dấu vân tay, và do đó đi theo dòng của các chóp.

Kỹ thuật này đặc biệt có thể sử dụng cho các bề mặt thô ráp, không xốp. Thời gian cần thiết cho cyanoacrylate để ngưng tụ vào dấu vết là nhanh, đặc biệt khi nó được làm nóng để tăng tốc độ bốc hơi. Độ bền của các vết được tạo ra cũng rất cao, và mặc dù polymer cyanoacrylate là không màu, nó có thể được hiện hình dễ dàng hơn bằng cách sử dụng bột sau khi bốc khói đã được thực hiện. Tuy nhiên kỹ thuật này gần đây đã bị bỏ lại, nhiều phương pháp hiệu quả hơn đã được sử dụng.

Ninhydrin

Một số lượng lớn các hóa chất có thể được sử dụng để hiện hình dấu vân tay tiềm ẩn. Một số nguyên nhân này làm cho dấu vết có màu sắc đặc biệt, trong khi một số khác khiến nó phát ra dưới các màu ánh sáng cụ thể.

Cho đến nay, hóa chất được sử dụng phổ biến nhất là ninhydrin. Ninhydrin được phát hiện vào năm 1910 bởi Siegfried Ruhemann, người phát hiện ra rằng khi tiếp xúc với da hoặc chất tiết da, nó chuyển thành màu tím. Hợp chất gây ra màu tím này giờ được đặt tên theo ông ta: màu tím Ruhemann. Mặc dù có tiềm năng giúp phát triển dấu vân tay tiềm ẩn, nhưng người ta không thấy ứng dụng phù hợp cho lĩnh vực này cho đến năm 1954.

Mồ hôi chúng ta thải ra như là một phần của dấu vân tay có chứa các axit amin (khoảng 250 nanogram / mỗi vân tay). Vì chúng không di chuyển đáng kể từ nơi chúng được thải ra, nếu chúng có thể được hiển thị, chúng cho phép dấu vân tay của người đó được nhìn thấy. Ninhydrin, khi phun lên bề mặt, phản ứng với các axit amin này để tạo ra muối amoni của màu tím Ruhemann, và màu tím trong suốt.

Nước là một thuốc thử cần thiết cho quá trình chuyển đổi này, do đó phản ứng phải được thực hiện trong môi trường có độ ẩm cao. Ngoài ra, màu tím Ruhemann đễ bị phân hủy khi có ánh sáng và oxy, vì vậy các dấu vết được phát triển phải được bảo vệ khỏi những bức ảnh này hoặc chụp ảnh để lưu lại.

Dung dịch Luminol

Ngoài ra, bất cứ ai đã xem CSI hoặc các chương trình tương tự đều biết rằng, bất cứ khi nào nhóm điều tra xuất hiện trong một vụ giết người khủng khiếp và đẫm máu, dung dịch luminol được phun tự do trên tất cả mọi thứ. Kết quả là một phát quang màu xanh nhạt bất cứ khi nào dung dịch gặp máu, mà chính nó là hậu quả của một phản ứng hóa học mà máu đã thực hiện.

Luminol, được biết đến với tên hóa học là 5-Amino-2,3-dihydro-1,4-phthalazinedione, không được sử dụng trong chai xịt bí ẩn của CSI. Nó được tham gia bởi một số hóa chất khác cũng quan trọng cho phản ứng xảy ra. Đầu tiên của những bổ sung này là một tác nhân oxy hóa mạnh như hydrogen peroxide; hóa chất này liên quan trực tiếp đến phản ứng với luminol. Điều cần thiết là cần một dung dịch kiềm, có thể đạt được thông qua việc bổ sung một chất kiềm như natri hydroxit.

Điều này là cần thiết bởi vì, trong dung dịch trung tính, luminol tạo thành cái được gọi là cấu trúc zwitterionic (ion lưỡng cực); đó là, một phân tử có cả điện tích âm và dương. Trong một dung dịch kiềm, nó tạo thành một anion, một phân tử tích điện âm có thể bị oxy hóa bởi tác nhân oxy hóa.

Tuy nhiên, đây không phải là tất cả những gì cần thiết. Phản ứng này cũng cần một chất xúc tác để nó tiến hành, và đây là nơi máu đến. Máu chứa hemoglobin, chứa các nguyên tử sắt. Những nguyên tử sắt này có thể hoạt động như một chất xúc tác cho phản ứng giữa luminol và hydrogen peroxide, cho phép nó tiến hành. Một peroxide cyclic được tạo ra bởi phản ứng, nhanh chóng phân hủy để tạo ra một chất hóa học gọi là 3-aminophthalate.

Phản ứng giải phóng năng lượng, được chuyển tới các electron trong phân tử 3-aminophthalate, thúc đẩy chúng đến một mức năng lượng cao hơn. Khi các electron rơi xuống mức năng lượng ổn định hơn, chúng giải phóng năng lượng dư thừa của chúng dưới dạng các photon ánh sáng, dẫn đến hóa học màu xanh. Luminol có thể phát hiện sự hiện diện của máu ở độ pha loãng lên tới 1: 1.000.000, hoặc 1 phần triệu.

Vì vậy, ánh sáng xanh từ luminol là do máu gây ra, đúng không? Sai rồi bạn à! Thật không may, có một số chất khác có khả năng xúc tác quá trình oxy hóa của luminol. Nó có thể bị oxy hóa bởi các hóa chất trong thuốc tẩy, chẳng hạn như natri chlorat; mức độ thấp của máu trong nước tiểu cũng có thể kích hoạt phản ứng. Ngoài ra, các enzym cũng có thể giúp một tay.

Enzym Peroxidase được tìm thấy trong phân có thể tạo ra sự phát triển hóa học, và, kỳ lạ hơn, cải ngựa cũng chứa các enzyme peroxidase có thể gây ra kết quả dương tính giả. Phải thừa nhận rằng, khả năng xảy ra hiện trường tội phạm đã bị bôi xóa bằng cải ngựa là khá thấp, nhưng nó minh họa một số nhược điểm của việc dựa vào luminol như một chỉ báo rõ ràng về sự hiện diện của máu.

Luminol cũng có những nhược điểm khác. Ánh sáng rực rỡ hơn nhiều so với đôi khi được miêu tả trong các chương trình truyền hình và chỉ kéo dài khoảng ba mươi giây. Việc sử dụng dung dịch luminol cũng có thể làm hỏng các bằng chứng xung quanh khác, chẳng hạn như protein, enzyme và các marker di truyền, mặc dù nó đã được chứng minh rằng các mẫu DNA vẫn có thể thu được từ các bằng chứng về chất luminol đã được phun. Vì nó dựa trên nước, nó cũng có thể gây ra sự pha loãng và bôi xóa các ấn tượng máu.

Vì vậy, trong khi luminol chắc chắn là một công cụ cực kỳ hữu ích trong kho vũ khí CSI, nó có thể không được phun hoàn toàn tự do xung quanh những cảnh tội phạm trên truyền hình mà bạn có thể đã xem.

Vacuum Metal Deposition (VMD)

VMD là một kỹ thuật ban đầu được sử dụng để áp dụng lớp phủ kim loại để kính để tạo thành gương. Tuy nhiên, nó cũng có thể được sử dụng để giúp phát triển dấu vân tay. Kỹ thuật này bao gồm việc thêm các lớp mỏng các nguyên tử kim loại lên bề mặt dưới chân không. Kỹ thuật này lần đầu tiên được thử vào năm 1968 bằng cách sử dụng hỗn hợp kẽm, antimon và bột đồng.

Các thí nghiệm sau đó cho thấy dấu vân tay được phát triển với các kim loại đơn, không tốt bằng các dấu vết được phát triển với sự kết hợp. Thông thường, sự kết hợp của hai kim loại được sử dụng; vàng hoặc bạc đã được sử dụng đầu tiên, tiếp theo là cadmium hoặc kẽm. Vì bạc dễ bị giảm cấp hơn, và cadmium có vấn đề về độc tính, vàng và kẽm bây giờ là sự kết hợp thông thường của kim loại được sử dụng trong kỹ thuật này.

VMD yêu cầu một buồng chân không, sợi tơ cho sự bay hơi của các kim loại được sử dụng, và một số kính ngắm để giám sát lắng đọng kim loại. Nó cho kết quả xuất sắc trên các bề mặt không xốp, và là vô song khi hiện những dấu vết từ túi nhựa. Tuy nhiên, nó có thể bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của dịch cơ thể, và cũng không phải là đặc biệt tốt trong việc hiện các dấu vết từ nhựa dẻo cao.

Lý do nó hoạt động là do các đặc điểm khác nhau của các kim loại được sử dụng. Vàng có thể được gửi trên toàn bộ bề mặt, bao gồm cả dấu vết ẩn, và trên các loại dầu tạo thành một phần của thành phần của nó. Vàng sau đó sẽ khuếch tán vào các loại dầu này, có nghĩa là không có nguyên tử vàng còn lại trên bề mặt. Điều này là quan trọng, bởi vì khi kẽm được lắng đọng, nó sẽ không ngưng tụ trên các lớp dầu, và sẽ chỉ lắng đọng trên hạt nhân nhỏ hiện có của vàng.

Trên đây chỉ là lý thuyết. Tuy nhiên, trong thực tế, đôi khi quá trình ngược lại có thể được nhìn thấy – kẽm được lắng đọng trên các chóp dầu thay vì trong các thung lũng giữa chúng. Mặc dù một số lý thuyết đã được nâng cao về lý do tại sao điều này có thể được, nhưng không có cái nào trong số chúng đã được chứng minh kết luận.

Kỹ thuật khác

Có rất nhiều kỹ thuật cũng có thể được sử dụng mà chưa được nêu chi tiết ở đây; với bài đăng này, chúng ta chỉ đơn giản là tập trung vào các kỹ thuật phổ biến nhất. Hàng trăm kỹ thuật có thể được mô tả trong các tài liệu nghiên cứu, mặc dù một tập con nhỏ hơn nhiều trong số này hiện đang được sử dụng tại các phòng cảnh sát trên khắp thế giới.

Đến đây thì bài viết cũng hết rồi. Tuy khá dài nhưng nếu bạn thật sự muốn tìm hiểu thì nó khá hữu ích đấy. Lần sau nếu có thấy hay nghe nói những kỹ thuật xác định dấu vân tay này, thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo Compound Interest, Forensicsciencesimplified và Chemistryworld.

Leave a Reply