Применение физики в криминалистических исследованиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИМЕНЕНИЕ ФИЗИКИ В КРИМИНАЛИСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Белова М.Ю.

г. Белгород, Россия

План

• Введение
• 1. Исследование внешнего строения объектов
• 2.Оптический микроскоп
• 3. Электронный микроскоп
• 4. Молекулярный спектральный анализ
• Список использованной литературы


Введение

В зависимости от физической природы и структуры информации в следах преступлений избирается та или другая группа технических приемов обнаружения, фиксации и исследования. Поэтому в практике предупреждения и раскрытия преступлений правоохранительные органы используют широкий арсенал научных методов и технических средств, среди которых достойное место отведено криминалистической технике, рекомендациям о наиболее рациональных приемах и методах обнаружения и исследования вещественных доказательств. И в этом отношении уже с первых шагов криминалистики эксперты-криминалисты при исследовании вещественных доказательств использовали законы физики, приборы и приспособления, работающие на их основе.

В последние годы произошли существенные изменения криминалистической техники, благодаря интенсивному освоению и внедрению достижений физики, физической химии, химической физики, аналитической химии, развитию методов этих наук применительно к задачам судебной экспертизы. Этими методами оперируют судебные эксперты всех специальностей: физики, химики, биологи, почерковеды, автотехники, медики и др. После соответствующей криминалистической оценки получаемые результаты образуют мощный источник розыскной и доказательственной информации, способствующей установлению объективной истины в процессе предварительного следствия и последующего судопроизводства. Через изучение химического состава (постоянство или изменение, сходство или различие) получают фактические данные о расследуемом происшествии и его участниках [1].

Целью настоящей работы является: показать связи физики и криминалистики, что объединяет эти две такие, на первый взгляд, непохожие области знания, две самостоятельные науки.

1. Исследование внешнего строения объектов

Внешнее строение объекта, понимаемое как его пространственные границы, представляет чрезвычайно существенное в криминалистическом отношении качество вещи. Поверхности, образующие пространственные границы вещи, участвуют практически во всех материальных взаимодействиях, связанных с образованием криминалистических значимых следов. криминалист преступление доказательство микроскоп

Трактовку понятия внешнего строения обычно начинают с определения предмета. Предмет - это дискретная часть материи, имеющая устойчивые пространственные границы в любом его агрегатном состоянии. Вещества могут быть при одних температурных условиях и давлении жидкостями, при других - газообразными, а при третьих - твердыми телами. Внешнее строение объектов приобретает криминалистическое значение только у твердых тел, жидкие и газообразные вещества могут быть сохранены только в хранилище, сосуде, принимая формы данного сосуда.

Признаки внешнего строения объекта, как и всякие признаки вещи, являются выразителями ее свойств. Внешние признаки как выразители соответствующих свойств объекта характеризуют в первую очередь форму предмета, его размеры, рельеф его поверхности.

Исследование внешнего строения объекта, независимо от того, к какой категории (классу, роду) экспертизы оно относится, осуществляется на основе криминалистического учения о следах и следообразовании [1].

Форма предмета - это поверхностная граница его материальной субстанции; размеры - это величины, относимые к определенным эталонам измерения. Указанные характеристики способны ограничивать объект от ему подобных, выделить его среди других.

Неразрывное единство формы и содержания проявляется и во взаимосвязи внешних и внутренних признаков [2]. Например, рельеф предмета зависит не только от его обработки и других внешних воздействий, но и от внутреннего строения, например, от кристаллической структуры вещества.

Изучению рельефа в криминалистике придается особое значение. Объясняется это тем, что рельеф каждого объекта индивидуален. Доказательством этого являются как философские предпосылки, так и анализ условий формирования и существования рельефной поверхности. При этом учитываются кристаллическое строение всякого твердого тела, изменение структуры кристаллической решетки под влиянием механических помех при формировании твердого тела и, как следствие этого, обусловленность строения поверхности (рельефа) предмета формами и размерами кристаллических зерен, а также размещением [1].

Индивидуальность внешнего строения каждого предмета является объективной предпосылкой его отождествления. Поверхность индивидуализирует относительно мелкое ее строение.

Методика обнаружения, изъятия и фиксации следов зависит от их свойств и создается для каждого вида следов с учетом существующих классификаций.

Исследования следов внешнего строения в своей основе сводятся к установлению физических характеристик, которые описывают особые свойства, используемые для сравнения с отождествляемым объектом (следом).

По степени видимости (различимости) следы делятся на видимые и неразличимые [2] . Если для обнаружения первых не приходится прибегать к каким-то специальным приемам и способам, то обнаружение плохо видимых и невидимых следов требует применения специальных приемов.

Огромную кропотливую работу приходится проводить, чтобы собрать вещественные доказательства путем исследования частичек различных материалов, которые криминалисты называют микроследами или микрообъектами.

Микрочастицы и микроследы - это значит, что мы имеем дело с очень небольшими количествами вещества, но, кроме того, и размеры отдельных таких частичек (следов) так малы, что они оказываются на грани возможностей органов чувств человека, так что уже не могут быть различимы без напряжения.

Для того чтобы разглядеть и исследовать микрочастицы, необходимо прибегать к помощи различных приборов и инструментов. Одним из первых таких инструментов, взятым на вооружение судебными экспертами, стал микроскоп.

2. Оптический микроскоп

За очень длительную историю своего применения оптическая микроскопия стала универсальным и очень эффективным методом получения судебных доказательств. Даже простой осмотр различных предметов под микроскопом выявляет множество деталей, очень важных для проведения следствия. Рассмотрим принцип действия простейшего оптического светового микроскопа.

Увеличительная, или выпуклая, линза дает изображение двух типов: действительное и мнимое. Действительное изображение можно спроектировать на какой-нибудь экран, а мнимое изображение возникает только в нашем сознании, которое воспринимает изображение, создаваемое не оптическими лучами, а их продолжениями,

Важнейшим параметром выпуклой линзы является ее фокусное расстояние. Фокусом называется особая точка, в которой пересекаются после прохождения линзы лучи, падающие на линзу в виде параллельного пучка. При помещении в эту точку источника света после преломления должен возникнуть пучок параллельных лучей (рис. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1 Ход лучей через выпуклую линзу: а - параллельный пучок света, проходя через линзу, собирается в фокусе F; б - расходящийся из фокуса F пучок света, проходя через линзу, образует параллельный пучок.

Если по одну сторону выпуклой линзы поместить объект так, чтобы он находился между фокусным и удвоенным фокусным расстоянием, по другую сторону линзы возникает обратное, действительное увеличенное изображение. Если же объект поместить между фокусом и линзой, по эту же сторону линзы возникает прямое мнимое увеличенное изображение

Рис.2 Два примера возникновения изображения при использовании выпуклой линзы: а - точка P' - действительное обратное (перевернутое) увеличенное изображение точки P; б - точка P' - мнимое прямое увеличенное изображение точки P.

Это явление положено в основу применения простейшего визуального прибора - лупы. Увеличение лупы тем больше, чем меньше фокусное расстояние, т.е. чем больше ее кривизна. В принципе с помощью лупы можно добиться любого увеличения, но на практике возникает множество ограничений. Прежде всего, из-за технических трудностей нельзя изготовить линзу очень большой кривизны, которая бы давала четкое изображение объекта, а расстояние от глаза до линзы уменьшить практически невозможно [3].

Преодолеть эту трудность помогла одна простая идея, автором которой был Левенгук еще в 19 в. Идея понятна из рис.3.

Рис.3 Принципиальная схема работы оптического микроскопа

Для получения больших увеличений надо использовать сразу две линзы. Одна из них - объектив - дает действительное обратное увеличенное изображение объекта, а вторая - окуляр - используется как лупа. Рассматривая через окуляр картину, полученную с помощью объектива, мы видим увеличенное мнимое изображение объекта. Таким образом, большое увеличение достигается в две ступени, и в результате в микроскопе возникает обратное (перевернутое) по отношению к объекту изображение.

Современный оптический микроскоп - это не просто прибор, состоящий из одного объектива и одного окуляра. Для того чтобы изображение не портилось из-за различных недостатков линз, микроскоп приходится делать в виде сложной системы, состоящей из множества линз [2]. Максимальное увеличение является одной из важнейших характеристик микроскопа, но важнейшим его параметром надо признать разрешающую способность, которая показывает, на каком минимальном расстоянии две точки, разрешенные с помощью данной системы объектива и окуляра, воспринимаются глазом раздельно. Если расстояние между двумя точками равно разрешающей способности, то на этом приборе уже нельзя улучшить изображение. Точно также нельзя, например, восстановить изображение детали, неразличимой на плохом негативе, путем увеличения этого негатива до размеров огромного стенда. Теоретически оптический микроскоп позволяет разрешить (увидеть) объекты, отстоящие друг от друга на расстоянии, близком половине длины волны лучей света, используемого для освещения [3].

Для того чтобы выявить и отобрать для изучения в оптическом микроскопе микрочастицы, а также, подготовить, их, для более подробных исследований, судебные эксперты пользуются стереомикроскопом. В отличие от изображений, которые получаются с помощью микроскопов других типов, изображение в стереомикроскопе является объемным и прямым. Эти особенности очень важны, потому что, работая со стереомикроскопом, объекты можно перемещать на предметном столике, а при необходимости даже обрабатывать теми или иными инструментами. Ясно, что такие операции были бы очень утомительны, если бы их пришлось проводить, наблюдая в окуляре не за прямым, а за перевернутым изображением.

Оптическая схема стереомикроскопа моделирует систему объемного зрения человека. Представим себе, что мы держим на небольшом расстоянии перед собой какой-то текст, и наши глаза зафиксированы на какой-то точке. Тогда угол между направлениями от этой точки к каждому из глаз будет равен 14 градусов. Каждый глаз воспринимает и передает в мозг свое собственное изображение, но в мозгу оба изображения складываются в единую объемную картину. Стереомикроскоп представляет собой по существу систему из двух микроскопов, направление оптических путей, в которых составляет угол 14 градусов. Подобная конструкция позволяет увеличить изображение исследуемого предмета и сохранить его привычный для наблюдения облик [4]. Благодаря встроенным в окуляр переводным призмам наблюдатель имеет возможность наблюдать прямое изображение предметов, рассматриваемых в стереомикроскоп [2].

Для создания объемных эффектов очень важно уметь использовать "игру" светотени. У обычного оптического микроскопа осветительное устройство дает почти параллельный поток лучей, которые направлены к объекту практически под прямым углом. Стереомикроскоп позволяет осветить объект с любой стороны. Тем самым удается рассмотреть многие детали объекта, обычно скрытые в тени, и сохранить светотеневые эффекты [5].

Максимальное увеличение почти никогда не бывает больше 50-кратного, использовать более сильное увеличение нецелесообразно, потому что при этом начинает падать резкость изображения. Однако для выявления судебных улик очень сильного увеличения и не требуется, потому что и при 50-кратном увеличении размер предметов увеличится от 10 мкм в натуре до 0,5 мм при рассмотрении в микроскопе. Такие размеры уже вполне различимы человеческим глазом.

3. Электронный микроскоп

При исследовании микрообъектов бывает очень важно выяснить их морфологические характеристики, и для этого используют данные, полученные с помощью растрового электронного микроскопа [1].

Известно, что пучок электронов, также как и поток света, в одних случаях проявляет свойства дискретных частиц, а в других - волновые свойства. Эти особенности лежат в основе получения изображения с помощью электронного микроскопа. Длина волны электронного пучка, который перемещается под действием электрических и магнитных полей, зависит только от энергии электронов. Чем выше эта энергия, тем меньше длина волны. У электронов, ускоряемых полем с напряжением 60 000 В, длина волны составляет 0,005 нм. Как и световые оптические приборы, электронные микроскопы позволяют "видеть" (т.е. разрешать) объекты, находящиеся друг от друга на расстоянии порядка половины длины волны. Однако на практике трудноустраняемые дефекты электронных микроскопов ограничивают предельное разрешение: разрешаются точки, отстоящие друг от друга на расстояние в несколько десятых нанометра. Это почти в 1000 раз лучше предельного разрешения оптического микроскопа.

В электронном микроскопе источником электронов служит раскаленная вольфрамовая спираль [2].

Рис.4

Испускаемые электроны ускоряются в электрическом поле при наложении напряжения в несколько десятков тысяч вольт. Роль, которую в световом оптическом микроскопе играют оптические линзы, у электронных микроскопов выполняют электростатические или магнитные поля. И в оптическом, и в электронном микроскопе изображение формируется в соответствии с законами геометрической оптики, однако в отличие от светового излучения, распространяющегося прямолинейно, пучок электронов перемещается в поле по спирали. Траектория движения электрона резко изменится, если на своем пути эта частица столкнется с газообразными атомами и молекулами. Поэтому, прежде чем начинать работу, надо добиться, чтобы пространство внутри микроскопа не содержало ни воздуха, ни других газов. С этой целью в микроскопе создается разрежение (давление <10^-2-10^-3 Па), и в дальнейшем вся работа ведется в условиях так называемого глубокого вакуума [3].

Электронно-микроскопическое изображение создается потоком электронов, невидимых для человеческого глаза, и поэтому его нельзя воспринимать визуально. Чтобы полученное изображение сделать видимым для глаза, пучок электронов подают на специальные экраны, покрытые светящимися составами [2].

Особенности строения поверхности различных объектов чаще всего исследуют с помощью растрового электронного микроскопа. В этом микроскопе на объект подается очень тонкий пучок электронов. Такой пучок с помощью специальных полей отклоняется, последовательно ("по строчкам") "обегает" все точки объекта и формирует изображение поверхности. Однако изображение создается не электронным пучком, который падает на образец, а так называемыми вторичными электронами; последние выбираются из образца электронным "лучом", улавливаются приемником-коллектором и преобразуются в электрический сигнал, который затем усиливается и используется для создания изображения уже на экране [5].

По сравнению с оптическим растровый электронный микроскоп отличается не только более высокой разрешающей способностью, но и значительно лучшей глубиной резкости. Предположим, например, что на какой-то поверхности отдельные детали вполне различимы при 500-кратном увеличении [2]. Если эта поверхность совершенно ровная, ее можно исследовать с помощью светового микроскопа, который дает большие увеличения. Однако если на поверхности имеются неровности, необходимо использовать электронный микроскоп, потому что при 500-кратном увеличении в световом микроскопе рельеф поверхности достаточно четко прослеживается на глубину лишь 1-2 мкм от плоскости поверхности. Поэтому, наблюдая поверхность обрывков первичных волокон с сечением 20-30 мкм в оптическом микроскопе, можно различить только наиболее крупные детали, а многие особенности морфологии останутся неразличимыми. В электронном микроскопе мы увидим очень четкое объемное изображение такого волокна, и его поперечный срез можно исследовать очень подробно [4].

4. Молекулярный спектральный анализ

Молекулярный спектральный анализ основан на изучении спектров электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах электромагнитных волн.

При спектрофотометрическом анализе световой поток видимого или ультрафиолетового излучения от источника света через систему оптических зеркал попадает в монохроматор, где свет разлагается на отдельные компоненты, из которых выходная щель монохроматора в зависимости от угла поворота решетки выделяет свет определенной длины волны (близкого диапазона волн). Такой "профильтрованный" свет и попадает на образец. Путем поворота монохроматора можно добиться того, что на анализируемый образец. Путем поворота монохроматора можно добиться того, что на анализируемый образец будет попадать свет заданной длины волны. Интенсивность светового потока, проделавшего путь от источника излучения через монохроматор и образец, измеряется в фотоприемнике. По устройству спектрофотометры, работающие в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, между собой почти не отличаются, однако для исследования в ультрафиолетовой области необходим особый источник излучения и специальные кварцевые кюветы, поскольку обычное стекло поглощает ультрафиолетовые лучи.

На первом этапе работы со спектрофотометром необходимо обеспечить постоянную плотность светового потока, то есть качество источника излучения и всей оптической системы преобразований светового потока. Затем готовят "холостые пробы", которые по своему составу близки к анализируемым образцам, но не содержат даже следовых количеств определяемых компонентов. Интенсивность света, пропущенного холостым раствором, принимается за нулевое значение [1]. Эта операция, получившая название установки нуля, очень важна, потому что свет определенной длины волны зачастую поглощает не один, а сразу несколько компонентов раствора. В этих случаях результаты анализов оказываются неточными, и чтобы уменьшить погрешности, приходится проводить довольно сложные расчеты и вносить затем соответствующие поправки. Таким образом, в ходе анализа на пути светового потока помещается, прежде всего "холостой" раствор, показание регистрирующего прибора выводится на нулевую отметку, затем на место "холостого" образца устанавливается анализируемый образец и регистрируется показание прибора.

В современных спектрофотометрах такая двухступенчатая схема измерений заменена на одноступенчатую. Для этого свет, выходящий из монохроматора, делится на два потока, которые направляются на две кюветы (специальные емкости, в которые наливаются растворы для измерения) с растворами образца и "холостой" пробы. Детектор воспринимает сигналы от каждого светового потока, и, если плотности этих потоков между собой заметно отличаются, то часть светового потока начинают отсекать путем введения оптического клина. По мере того как толщина клина увеличивается, интенсивность потока света снижается, и, наконец, при определенном положении клина плотность обоих потоков становится одинаковой. Аналитику остается только зарегистрировать положение клина, которое зависит от поглощения анализируемого образца. Последнюю операцию - пересчет показаний детектора на концентрацию анализируемого компонента - выполняет микропроцессор [2].

Интерпретацию ИК-спектров чаще всего проводят, сопоставляя спектральную картину анализируемого вещества со спектрами ряда известных соединений. Возможность применения такого подхода основана на том, что одни и те же группы атомов, соединенные одинаковыми связями, обнаруживают одну и ту же характеристическую частоту колебаний в самых разных соединениях, и для каждого типа колебаний характерна своя энергетическая область. Спектроскописты научились довольно точно интерпретировать ИК-спектры и по появлению в спектре тех или иных полос могут установить присутствие определенных функциональных атомных групп в исследуемом образце [4].

Существуют два основных способа идентификации химических соединений по ИК-спектрам. Первый из них - определение природы функциональных групп по положению полос в спектре и реконструкцией целой молекулы; это напоминает сборку отдельных деталей из кубиков в детской игре "Мозаика" [3]. Однако с увеличением числа атомных групп возрастает и число вариантов их сочленения, поэтому проводить идентификацию только по ИК-спектрам можно лишь в случае очень простых соединений. При изучении более сложного строения на помощь приходят другие методы анализа, в частности масс-спектрометрия. Другой способ идентификации - метод "отпечатков пальцев". С этой целью для спектра исследуемого вещества подыскивают "двойник" из набора спектров различных веществ в спектральном атласе. Подобным образом можно идентифицировать уже достаточно сложные молекулы, хотя данный метод эффективен только при использовании компьютера. Задача ЭВМ заключается в том, чтобы отобрать из памяти 2-3 спектра, наиболее близких к спектру исследуемого вещества, а окончательное решение вопроса о том, к какому из них ближе всего подходит полученный спектр, остается за исследователем.

Список использованной литературы

1. Васильев А.Н., Яблоков Н.П. Предмет, система и теоретические основы криминалистики. М., 1984.

2. http://www.booksshare.net/index.php?id1=4&category=physics&author=shlezin ger-ma&book=1961&page=171 - Научная литература. Люминесцентный

анализ;

3. http://bookzooka.com/book/571-fizicheskie-metody-kontrolya-kachestvamaterialovaabataeva/75-95-sxema-provedeniya-spektralnogo-analiza.html - Схема проведения спектрального анализа;

4. Шляхов А.Р. Судебная экспертиза: организация и проведение. М.,1979.

5. Корухов Ю.Г. Исследование объектов криминалистической экспертизы с помощью некоторых оптических приборов. - Методика криминалистической экспертизы, № 2,М.,1961.

6. Спектральный анализ чистых веществ. Л.,1971

Размещено на Allbest.ru