Anyagvizsgálati módszerek a bűnüldözésben (forenzikus geológia és botanika) Dr. Gál Tamás i.ü. vegyészszakértő Bűnügyi Szakértői- és Kutató Intézet 2010.12.01. 1
A forenzikus geológia tárgykörébe tartozó anyagok vizsgálata során alkalmazott technikák: speciális mintaelőkészítő eljárások, optikai mikroszkópia polarizációs, fluoreszcens stb. pásztázó elektronmikroszkópia (SEM), elektron-gerjesztéses, energiadiszperzív röntgen spektroszkópia (EDS), szedimentológiai módszerek, egyéb fázisanalitikai módszerek: termoanalízis, röntgen diffrakció. 2010.12.01. 2
alkalmazott tudomány, Forenzikus geológia a geológia tárgykörébe tartozó anyagokat tanulmányozza ( earth materials ), a tudományterület módszereit speciális módon adaptálja, segítséget nyújt a bírósági és rendőrségi vizsgálatok során felmerülő tényállások igazolásához, bizonyításához, kialakulásának kezdete a XIX. század végére tehető. 2010.12.01. 3
Irodalom forenzikus geológia Murray, R.C., Tedrow, J.C.F., 1991. Forensic Geology. Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ. 240 pp. Kenneth Pye, 2007. Geological and Soil Evidence: Forensic Applications. CRC Press, 335 pp. Kubovics Imre: Kőzetmikroszkópia I.-II. (361 old.; 596 old.); Tankönyvkiadó, 1993. Szoldán Zsolt: Forenzikus geológia - fejezet dr. Bócz Endre (szerk.): Kriminalisztika c. könyvében, 570-579; BM Kiadó, 2004. http://www.forensicgeology.net/ http://forensicgeology.org/ 2010.12.01. 4
Vizsgálatának tárgyai talajok-talajmaradványok, ásványok (pl. drágakövek), kőzetek (pl. útépítéshez használt kőzetzúzalékok), ősmaradványok (pl. laza üledékes kőzetekben előforduló, szilárd vázú szervezetek maradványai), üledékek (pl. folyóparti-ártéri üledékek), építőanyagok (pl. habarcs, beton, tégla), építő- és díszítőkövek, durva- és finomkerámia-ipari termékek (pl. szigetelő porcelánok, cserépedények stb.), páncélszekrény-salakok (tűz- és fúrásálló betétek). 2010.12.01. 5
Geológiai anyagok előfordulása bűnügyekben Mindenféle típusú bűncselekmények esetében: Járt-e a gyanúsított a helyszínen? (lábbelijén, gépjárművén lévő talajmaradvány származhat-e a helyszínről?) Betörések során: A gyanúsított ruházati tárgyain, annak zsebeiben, illetve eszközein található anyagmaradványok származhatnak-e a bontott falazat, feltört páncélszekrény stb. anyagából? A fellelt talajmaradvány honnan, milyen földrajzi tájegységről származik? (pl. illegális törmelékanyag lerakás, fémdetektoros kincsvadászat ) 2010.12.01. 6
Talaj talajtakaró: a Föld legkülső, szilárd burka, amely a növények termőhelyéül szolgál, és legfontosabb tulajdonsága, hogy a növények számára a vizet és a tápanyagot a megfelelő mennyiségben és kellő időben képes szolgáltatni. talajképző tényezők: földtani, domborzati, éghajlati, biológiai és a talajok kora + emberi tevékenység földtani tényező: alapkőzet = a talajképződés nyersanyaga, emberi tevékenység (ipar, építkezések, közlekedés, stb.): jelentősen szennyez, kriminalisztikai szempontból előnyös, különösen természetes eredetű elegyrészekben szegény talajok (pl. egyes futóhomokok) esetében; ilyen elegyrészek: salak- és fémszemcsék, építőanyag-darabok stb. 2010.12.01. 7
1. Ásványos anyag Talaj alkotóelemei I. ásványos anyag: durvább kőzetdaraboktól az agyagfinomságú ásványi részekig (ásványszemcsék, ásványaggregátumok, élőszervezetek szilárd vázának darabjai stb.), ásvány: adott kristálytani szimmetriával, szerkezettel és kémiai összetétellel jellemezhető fizikai tulajdonságai (sűrűség, keménység, hasadás, optikai sajátságok stb.) jól meghatározottak; ismert ásványfaj kb. 4000, gyakori kb. 300, mintegy 20-50 fordul elő a különféle talajokban, kőzet: a földkéreg meghatározott ásványtársulással és kőzetszöveti típussal rendelkező, regionális elterjedésű képződménye. 2010.12.01. 8
Talaj alkotóelemei II. 2. Szerves anyag élő: magvak, pollenek, spórák, gombák stb. holt: talajon élő növények maradványai, illetve az ezek mikrobiológiai lebontásából keletkező humusz. Kriminalisztikai szempontból használhatók, jelenleg a módszerek kidolgozása folyik. 3. Víz és levegő ideális szerkezetű vályogtalaj térfogata 50%-ban pórusokból melyek optimális nedvességtartalom esetén félig vízzel, félig pedig levegővel vannak tele, 45%-ban ásványi alkotórészekből és 5%-ban szerves anyagból áll. 2010.12.01. 9
Talajvizsgálat Hazai gyakorlat a talajminták minőségi és mennyiségi ásványos összetétele kerül meghatározásra, elsősorban optikai módszerekkel, nem minden ásványos elem identifikálható optikai úton (pl. agyagásványok, amorf és diszperz karbonátok, vas-oxihidroxidok), az esetek többségében az optikai mérettartományba eső ásványfrakció (d>64 µm) jól reprezentálja a talaj egészét, egyes esetekben pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálat, valamint elektron gerjesztéses röntgen színképelemzés (SEM-EDS) egészíti ki. 2010.12.01. 10
Zavartalan talajminták vizsgálata szerkezet (laza, gyengén kötött, kötött stb.), vizuális szín (Munsell Color index; cipőkrém, szénpor!!!), mikrokémiai próba (karbonáttartalom; 5%-os HCl oldat) jellegzetes elegyrészek elkülönítése (pl. kőzet- vagy habarcsdarabok). 2010.12.01. 11
Talajminták optikai mikroszkópos vizsgálata I. Mintaelőkészítés az ásványfázisok mikroszkópos azonosításában a szerves anyagok és agyagásványok zavarnak (hártyaszerűen burkolják az ásványszemcséket), agyagos-humuszos hártyák eltávolítása iszapoló ülepítéssel, nedves szitálással, jelentősebb szerves anyagtartalmat hidrogén-peroxidos kezeléssel lehet eliminálni, standard szemcseméret-tartományok elkülönítése (nedves szitálás) cél: ugyanazon mérettartományok vizsgálata, illetve a szemcsenagyság-eloszlás meghatározása. 2010.12.01. 12
Talajminták optikai mikroszkópos vizsgálata II. Minőségi ásványos összetétel meghatározása az ásványfázisok azonosítása (alak, vizuális szín, törésmutató, kettőstörés, hasadás, ikresedés stb.), hasonlósági index két talajminta viszonylatában (%): a x 100 b b a két mintában együttesen és összesen előforduló ásványfázisok számát jelöli, míg a a közös ásványfázisok száma hasonlósági szintek összehasonlító vizsgálatok esetében: némileg hasonló (50<x<75%) hasonló (75<x<95%) csaknem megegyezik (95%<x) 2010.12.01. 13
Talajminták optikai mikroszkópos vizsgálata III. Mennyiségi ásványos összetétel meghatározása min. 1000 szemcse szükséges, becslés a félkvantitatív és logaritmikus Millner-Watts skála segítségével: 1=igen ritka, 2=ritka, 3=igen gyér, 4=gyér, 5=közönséges, 6=igen közönséges, 7=dús, 8=igen dús, 9=túlnyomó származási viszonyok: mintapár; ha több természetes eredetű ásványfázis esetében a Milner-Watts fokozatok eltérése nagyobb, mint kettő, akkor közvetlen származási reláció, vagy közös eredet esete nem állhat fenn. 2010.12.01. 14
Talajminták optikai mikroszkópos vizsgálata IV. Korlátozó tényezők = Óvatosan az ásványos összetétellel! egy ásványfázis alaktani és optikai jellemzői összefüggenek keletkezésének körülményeivel (genetikájával) pl. a kvarc különféle változatai. 2010.12.01. 15
Talajminták optikai mikroszkópos vizsgálata V. Korlátozó tényezők = Óvatosan az ásványos összetétellel! ásványfázis morfológiai bélyegei alapján következtetni lehet utólagos folyamatokra (pl. szállítódás: víz, jég, szél). Kvarcszemcsék felülete különféle szállítódás esetén (SEM): folyóvízi: V alakú ütközési vésetek, sivatagi: leveles, réteges felszín, glaciális: repedezett felszín, változó szögű mikrovésetek. 2010.12.01. 16
Lehetőségek talajminták további vizsgálatára I. További minta-előkészítéssel, egyes fázisokra vonatkozóan: mikro-morfológiai bélyegek (SEM, lásd szállítódás), kémiai összetétel meghatározása (SEM-EDS, Raman), zárványosság, kémiai zónásság (SEM). Előkészítő módszerek: nehézásványos leválasztás (oxidok, színes szilikátok elkülönítése kvarctól [s=2,7 g/cm³] - bromoform [s=2,89], dijód-metán [s=3,3]), mágneses szeparáció, csiszolás/polírozás. 2010.12.01. 17
Lehetőségek talajminták további vizsgálatára II. Az anyag egészét érintő jellemvonások tekintetében: minőségi és mennyiségi fázisösszetétel (röntgen-diffrakció), agyagásványok minőségi és mennyiségi meghatározása (termoanalitika), fosszíliák/mikrofosszíliák vizsgálata, szemcsenagyság-eloszlás vizsgálata (klf. szedimentológiai módszerek, recens üledékek és üledékes kőzetek vizsgálata), talajban lévő kőzet-fragmentumok vizsgálata. 2010.12.01. 18
Termoanalitika Agyagásványok min. és menny. meghatározása (d< 64 µm) termomérleg: kérdéses inert anyag pl. korund, kontrollált felfűtés (kb. 1000 C-ig), hőmérséklet-különbség mérése (DTA), súlyveszteség (TG), illetve sebességének mérése (DTG) az idő függvényében, H 2 0-vesztés, fázisátalakulások, bomlási folyamatok. 2010.12.01. 19
A talaj biogén eredetű ásványos anyaga szilárd vázú recens vagy fosszilis állatok házai, váztörmeléke: foraminiferák, ostracodák, diatomák, szivacsok stb., ásványos elegyrészként vehetők számításba, vagy az egész üledéken/kőzetanyagon teljes faunaelemzés végezhető el. 2010.12.01. 20
Szedimentológiai vizsgálatok I. (üledékek és üledékes kőzetek) Szemcsék alaktani vizsgálata gömbölyűség - kerekítettség: egyedi szemcsék tulajdonsága, tiszta preparátum vagy vékonycsiszolat (metszet) szükséges, módszer: optikai mikroszkópia és képanalízis. 2010.12.01. 21
Szedimentológiai vizsgálatok II. (üledékek és üledékes kőzetek) Szemcsenagyság-eloszlás meghatározása: tömegeloszlás vagy terület-részarány a szemcseátmérő függvényében, kis tömegű minták esetében a különböző szemnagyságú frakciók résztömege elenyésző lehet, hordozó tárgy felületének anyagi minősége és morfológiája jelentősen megváltoztathatja az eredeti anyag szemcse- és ásványos összetételét is, módszerek: nedves szitálás, tömegmérés, vékonycsiszolatok elemzése, képanalízis. 2010.12.01. 22
Törmelékes üledékek Szedimentológiai vizsgálatok III. (üledékek és üledékes kőzetek) frakciók: kavics/homok/iszap/agyag, diagramok/görbék elemzése: csúcsok száma, inflexiók, meredekség stb., genetikai következtetések vonhatók le. 2010.12.01. 23
Szedimentológiai vizsgálatok IV. (üledékek és üledékes kőzetek) elegyrészek kerekítettsége szemcsehalmaz osztályozottsága, mértékük számszerűsíthető (szögletes/kerekített rosszul/jól/kiválóan), üledékképződési környezet fizikai paramétereire lehet következtetni (anyagtranszport módja, áramlási viszonyok, energiaviszonyok stb.). osztályozottság mértéke nő rosszul osztályozott, szögletes, folyóvízi üledék 2010.12.01. 24 jól osztályozott, kerekített dűnehomok
Kőzetek és építőanyagok vizsgálata I. alapja: az ásványos összetétel meghatározása, módszer: vékonycsiszolat optikai mikroszkópos vizsgálata, vékonycsiszolat: ~20 µm vastagságú kőzetszelet, ásványok többsége átlátszó (átesőfényes mikroszkópia), opak elegyrészekben gazdag kőzetek (ércek): felület polírozása (reflexiós-, ún. ércmikroszkópia). 2010.12.01. 25
Kőzetek és építőanyagok vizsgálata II. Ásványfázisok azonosítása, és mennyiségének meghatározása: polarizációs mikroszkópban, alak, hasadás, relatív törésmutató (Becke-vonal; üvegvizsgálat), szín, pleokroizmus, kettőstörés, zárványosság, ikerlemezesség, átalakulás stb., több látómezőben hálózatos okulárral területmérés félmennyiségi ásványos összetétel. 2010.12.01. 26
Kőzetek és építőanyagok vizsgálata III. nem elegendő csak az ásványos összetétel ismerete, kőzetszövet: ásványszemcsék mérete és egymáshoz való viszonya. Mindegyik kőzet mészkő, azaz CaCO3-tartalma ~80%!!! 2010.12.01. 27
Kőzetek és építőanyagok vizsgálata IV. kőzetszövet nevezéktan: terjedelmes és kőzettípusonként (üledékes, magmás, metamorf) eltérő. 2010.12.01. 28
Forenzikus geológia - Összefoglalás vizsgálatok tárgya lehet mikromennyiségű, és nagyobb tömegű is, az értékelhető mennyiség (tömeg/térfogat) a szemcseméret függvénye, más egy néhány tized mm átmérőjű ásványegyedekből álló anyag (pl. finomhomok), és más egy több centiméter átmérőjű ásványokból álló kőzet/építőanyag (pl. mélységi magmás kőzet, kavicsos beton) esetében, laza szerkezetű, polifázisos anyagoknál (talaj, üledékek esetében) min. 1000 szemcse alapján lehet érdemi következtetéseket levonni, uralkodóan összehasonlító vizsgálat. 2010.12.01. 29
Baby Lindbergh gyerekrablás 1932 március 1.: Charles Jr. Lindbergh otthonából, a második emeleti gyerekszobából elrabolták 2010.12.01. 30
2010.12.01. 31
erdei fenyő duglászfenyő nyírfa 2010.12.01. 32
A gyanúsított: Bruno Richard Hauptmann foglalkozása: ács Házkutatás a gyanúsítottnál: hiányzó deszkadarabok a padlás aljzatán Létra Egyező sajátságok: mikromorfológiai (szövettani)sajátságok megegyezők= azonos fafaj évgyűrűszerkezet illeszthető szög ütötte lyukak nyomtani sajátságai megegyezők A fa morfológiai sajátságai megegyeztek Hauptman padlásán talált deszkadarabok morfológiai sajátságaival 2010.12.01. 33
Precedens értékű ítélet: növényi maradványok, mint bizonyítékok forenzikus botanika 2010.12.01. 34
mindenhol megtalálhatók makroszkopikus és mikroszkópikus jellegzetességekkel is rendelkeznek előfordulásuk pontos helyhez, időszakhoz köthető bizonyos esetekben egyedi azonosítást tesznek lehetővé Forenzikus botanika A növényi maradványok 2010.12.01. 35
Forenzikus botanika anatómia palinológia limnológia molekuláris biológia rendszertan és ökológia 2010.12.01. 36
Forenzikus anatómia duglászfenyő 2010.12.01. 37
Forenzikus anatómia különböző fák fatestének keresztmetszetei tiszafa virágos kőris ezüsthárs
Forenzikus anatómia Körte termésfal - kősejtek Fa eszközdarabok azonos évgyűrűmintázata 2010.12.01. 39
Forenzikus anatómia áldozat gyanúsított Azonos termések ill. magok a két 2010.12.01. személy ruházatán 40
helyszínről gyanúsított kabátjáról Mindkét fűrészpor mintát nyárfa forgácsok alkotják 2010.12.01. 41
Forenzikus palinológia Palinológia: pollenekkel, spórákkal foglalkozó tudomány Jellemzők: - mikroszkópikus méret (ált. 10-70 m) - sok esetben fajra jellemző alak, méret, felületi struktúra - nagy számban termelődnek (milliós nagyságrend/növény) - szél vagy rovarok közvetítésével terjednek - faluk nagyon ellenálló (akár évmilliók!) Kriminalisztikai szempontból fontos, hogy: - előfordulásuk adott élőhelyre jellemző - eloszlásuk adott helyen jellemző, akár nagy pontossággal behatárolható az elkövetés helye - termelődésük szezonális információ az elkövetés idejére - talajvizsgálatokat végző geológus szakértővel szoros 2010.12.01. együttműködés 42
Boszniai háború 2010.12.01. 43
Forenzikus limnológia Vizekből (tavak, folyók stb.) ill. vizes környezetből (lápok, mocsarak, vízpartok stb.) származó bizonyítékok vizsgálatával foglalkozik. A vizsgálat tárgyai elsősorban a diatomák (kovaalgák) 2010.12.01. 44
Forenzikus limnológia Diatomák: - Mikroszkópikus méretűek - Egysejtűek - Sejtfaluk SiO 2 tartalmú (kovaváz) - Fajra jellemző, változatos alak és mintázat -Vizekben nagy számban élnek - Fajösszetételük jellemző az egyes élőhelyekre 2010.12.01. 45
Különböző szervminták vizsgálata 2010.12.01. 46
Forenzikus molekuláris biológia Növényi DNS vizsgálat (min. mintamennyiség: 1 mm-es növényi töredék, 5 db pollenszem) Fajazonosítás mikroméretű töredékek Egyedi azonosítás morfológiai jellemzők nem láthatók 2010.12.01. 47
Kihívások a növényi DNSvizsgálatokban Többszörös kromoszómaszerelvény (poliploidia) Önbeporzás Ivartalan szaporítás (pl. dugványozás) Minden fajra külön markerek keresése, külön eljárás kidolgozása Stb. 2010.12.01. 48
1992: Maricopa Case (Maricopa, Arizona, U.S.) 2010.12.01. 49
2010.12.01. 50
Magvak életképességének vizsgálata Festékanyagok segítségével élő szövetek megjelölése Csírázóképes (élő)mag sejtlégzés A sejtlégzésben részt vevő egyik enzimcsoport (dehidrogenázok) aktivitásának kimutatása TTC segítségével redukció dehidrogenáz színtelen piros 2010.12.01. 51
Kender növény csírái TTC kezelés után 2010.12.01. 52
Forenzikus rendszertan és ökológia Sok esetben fajazonosítás (adatbázisok!) Áldozaton talált növényi maradványok utalhatnak az elkövetési helyre (pl. erdőirtás, füves puszta) A vegetáció összetétele lokálisan, szignifikánsan eltér a környezetétől holttest elföldelési helyére, idejére utalhat pionír fajok szukcesszió akár 1-2 évtized! zárótársulás 2010.12.01. 53
Papírvizsgálatok Papír: Sík, fő tömegében szálakból, elsősorban növényi eredetűekből álló szerkezeti anyag, amelyet valamely lebegő száltömegből szitán való víztelenítéssel nyernek A papír készülhet: - fenyőfából,lombosfából - háncsszálakból (juta, len, kender stb.) - magszálakból (pamut, kapok stb.) - egyszikűek leveléből (pl. sisal) Szálgyártás Mechanikai eljárás Kémiai eljárás (cellulózgyártás) nátron-, szulfit-, szulfáteljárás 2010.12.01. 54
Újságpapír Fénymásoló papír Graff-C Graff-C Lofton-Merritt Lofton-Merritt 2010.12.01. 55 Paper, board and pulps-fibre furnish analysis/ International standard ISO 9184
Száltípusok azonosítása Graff-C festődési teszt alapján 2010.12.01. 56