3.5. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Одним из наиболее эффективных и быстроразвивающихся разделов криминалистической техники является судебная хроматография. Слово «хроматография» состоит из двух греческих корней, означающих: цвет и пишу. В настоящее время хроматографией называют физико-химический метод разделения и анализа смеси веществ, основанный на распределении их между двумя взаимно не смешивающимися фазами, одна из которых неподвижна, а другая подвижна и фильтруется вместе с веществами сквозь слой неподвижной фазы. Хроматография — это высокоинформативный метод, позволяющий достаточно быстро и надежно определять количественный и качественный состав отдельных компонентов в сложных смесях органических и неорганических веществ.

Молекулы хроматографируемых веществ взаимодействуют с обеими фазами. Поток подвижной фазы осуществляет транспортирование вещества (смеси веществ) вдоль неподвижной фазы — сорбента. Анализируемое вещество при этом взаимодействует с сорбентом. Молекулы вещества адсорбируются (поглощаются) неподвижной фазой, причем степень адсорбции зависит от строения молекул. Таким образом, происходит разделение сложной смеси веществ на индивидуальные компоненты, которые подвергают дополнительному анализу.

С помощью различных вариантов хроматографического метода можно анализировать такие объекты КИВМИ, как наркотические средства и сильнодействующие вещества, пороха и взрывчатые вещества, красители, горюче-смазочные материалы, чернила и пасты, некоторые пищевые продукты.

По агрегатному состоянию среды для разделения смеси различают хроматографии газовую и жидкостную. Анализ по методу газовой хроматографии предусматривает применение в качестве элюента химически нейтральных газов (гелий, азот) или водорода. Неподвижной фазой при этом служит твердый сорбент или жидкий, нанесенный тонкой пленкой на поверхность твердого. Газовая хроматография используется для анализа смеси газов или летучих веществ, которые испаряются при нагревании колонки термостатом.

В жидкостной хроматографии смеси разгоняют жидким элюентом, например различными полярными и неполярными индивидуальными растворителями, или их смесями (ацетон, эфиры, ароматические углеводороды), а в качестве неподвижной фазы — твердые сорбенты. Жидкостную хроматографию, как правило, применяют при анализе нелетучих веществ. Выгодным отличием методов жидкостной хроматографии от газовой является осуществление анализа при сравнительно низких температурах (обычно близких к температуре окружающей среды), что создает возможности успешного разделения и определения веществ, неустойчивых при повышенных температурах.

По форме проведения хроматографического процесса различают колоночную хроматографию и плоскостную хроматографию на бумаге и в тонком сдое — тонкослойную.

Тонкослойная хроматография

Тонкослойная хроматография (ТСХ) является простым и экспрессным методом разделения и определения, использующим портативное и доступное оборудование, а поэтому особенно удобным для криминалистических лабораторий. Необходимо отметь, что ТСХ достаточно часто и эффективно применяется в ходе предварительного исследования вещественных доказательств.

В методе ТСХ неподвижная твердая фаза тонким слоем наносится на стеклянную, металлическую или полимерную пластинки (обычно используются готовые хроматографические пластины заводского изготовления). На некотором расстоянии от края пластины на стартовую линию наносится капля анализируемой жидкости (жидкого вещества или раствора твердого вещества), край пластины погружают (ниже стартовой линии) в растворитель. Под действием капиллярных сил растворитель движется вдоль слоя сорбента и с разной скоростью переносит компоненты смеси. Компоненты с малой энергией сорбции двигаются вдоль неподвижной фазы быстрее компонентов с высокой энергией сорбции. Это приводит к их пространственному разделению.

Хроматографическое разделение веществ можно осуществлять несколькими способами. В восходящей хроматографии растворитель поднимается снизу вверх под действием капиллярных сил, в нисходящей — растворитель перемещается по слою вниз под действием капиллярных и гравитационных сил. Горизонтальная хроматография выполняется в виде круговой со свободным испарением растворителя.

По окончании хроматографирования зоны на хроматограмме проявляют химическим или физическим способом. При химическом способе пластинку опрыскивают раствором реактива, взаимодействующего с компонентами смеси (например, обрабатывают парами йода). В физических способах проявления используется способность некоторых веществ флуоресцировать под действием ультрафиолетового излучения.

Сорбционные свойства системы в ТСХ характеризуются подвижностью R_f, которая рассчитывается из экспериментальных данных по измеренным на хроматограмме расстояниям X (от стартовой линии до центра пятна вещества на хроматограмме) и Y (между линиями старта и финиша), пройденным за одно и то же время. Численное значение подвижности R_f определяется выражением: R_f = X/Y.

Полученные значения R_f сравнивают со справочными значениями R_f различных веществ, полученных в аналогичных условиях (с использованием аналогичных хроматографических пластинок, состава подвижной фазы и при том же расстоянии между линией старта и линией финиша). Однако более надежным является метод свидетелей, когда на стартовую линию рядом с исследуемым наносятся известные вещества, соответствующие предполагаемым компонентам смеси.

Количественные определения в ТСХ могут быть сделаны или непосредственно на пластинке (спектрофотометрированием пятна), или дополнительным химическим исследованием после удаления вещества с пластинки.

Методами тонкослойной хроматографии исследуют такие объекты КИВМИ, как материалы письма, нефтепродукты, наркотические средства и сильнодействующие вещества, красители текстильных волокон, взрывчатые вещества и др. Например, с помощью метода тонкослойной хроматографии удается не только различать одноцветные чернила, приготовленные по разной рецептуре, но и улавливать различия, связанные с колебаниями технологических процессов.

Газовая хроматография

В зависимости от состояния неподвижной фазы различают газо-адсорбционную (твердый сорбент) и газожидкостную (пленка жидкости на поверхности твердого сорбента) хроматографии.

Для проведения анализа используют газовый хроматограф — много-компонентный аналитический комплекс, включающий в себя термостат с автоматическим программируемым изменением температур в широких диапазонах, детектирующие элементы в сочетании со сложными электронно-усилительными системами, систему газоснабжения и ряд других. При работе в автоматическом режиме обработки данных в этот комплекс включаются также устройства для кодирования сигналов, поступающих от детектора, и ввода информации в ПЭВМ. Для перевода в газообразное состояние твердых веществ за счет нагрева хроматографы оборудуются пиролитическими приставками.

С помощью дозатора анализируемую пробу вводят в колонку — трубку, заполненную сорбентом, через которую пропускают непрерывный поток газа-носителя. Проба, проходя через колонку, разделяется на отдельные компоненты, которые вместе с носителем один за другим выходят из колонки, попадая на детектор, регистрирующий их физико-химические характеристики и передающий сигналы на записывающее устройство. Наиболее широкое применение находят следующие типы детекторов: катарометр (по теплопроводности), пламенно-ионизационный (ПИД), электронно-захватный (ЭЗД) и термоионный.

Основным элементом катарометра является металлическая нить с высоким сопротивлением, расположенная в канале металлического блока детектора и омываемая потоком газа-носителя. Нить нагревают, пропуская через нее постоянный ток. Потери теплоты в нити в этих условиях определены теплопроводностью газа-носителя. В том случае, когда через ячейку протекает чистый газ-носитель, потери теплоты постоянны, и поэтому температура нити тоже постоянна. В случае изменения газового состава (при наличии анализируемого вещества) меняется температура нити в зависимости от теплопроводности газовой среды. Изменение температуры вызывает соответствующее изменение электрического сопротивления нити, которое измеряется и записывается.

Пламенно-ионизационный детектор (ПИД) наиболее широко распространен в газохроматографическом анализе органических соединений. Принцип действия детектора основан на том, что выходящий из колонки газ смешивается с водородом и сжигается в атмосфере воздуха или кислорода. Ионы и электроны, образующиеся в пламени, попадают в межэлектродное пространство, уменьшают его сопротивление, в результате чего во внешней цепи возникает ток. Сочетание высокой чувствительности и широкого линейного диапазона обусловило применение ПИД для анализа микропримесей.

К селективным детекторам, обладающим повышенной чувствительностью к определенным классам соединений, относятся электронно-захватный (ЭЗД) и термоионный детекторы. Электронно-захватный детектор (ЭЗД) является чрезвычайно чувствительным к алкилгалогенидам, нитратам, нитрилам, а термоионный обладает повышенной и селективной чувствительностью к фосфорсодержащим соединениям.

Газовая хроматография в КИВМИ с успехом используется для исследования нефтепродуктов и горюче-смазочных материалов, наркотических средств, сильнодействующих веществ, спиртсодержащих жидкостей, пластмасс и резин, восков, клеев, материалов письма, взрывчатых веществ, парфюмерно-косметических материалов и других объектов.