Sverre Løyland Seksjon for brann, kjemi og dokumenter, Nasjonalt kriminalteknisk laboratorium, Kripos
Ulovlig befatning og bruk av eksplosiver er prioriterte saker i Norge. Ser man til Sverige, er det å forvente en økning i tilfeller her til lands. Dette gjelder alt fra egenproduserte eksplosiver til profesjonelt fremstilt sivile og militære eksplosiver. Figur 1 viser en hjemmelaget rørbombe konstruert av materialer fra jernvarehandel med en elektrisk tenner. Påvisning og identifisering av eksplosiver er en viktig kriminalteknisk oppgave for en eventuell straffesak, enten eksplosivet er detonert eller ikke. Dette gjelder også for påvisning av spormengder på hud, klær og andre overflater. Dette er for å kunne si noe om hendelsesforløpet og opphavet til eksplosivene. Gasskromatografi er godt egnet til dette formålet for organiske eksplosiver – typisk nitroforbindelser, nitratestere og peroksider.
Figur 1: Improvisert rørbombe med muttersplinter og elektrisk tenner.
Hovedmengden organiske eksplosiver inneholder nitrogen og lar seg påvise i gassfase med en TEA-kjemiluminescensdetektor. Koblet med høyhastighets GC lar dette påvise flesteparten av eksplosiver på bare 20 s og er et essensielt verktøy for påvisning av eksplosiver og er viktig for å avgjøre videre analysemetoder. En prøvelapp gnis mot aktuelle overflater og settes i injektoren der den varmes opp. Spesialiserte kolonner med optimaliserte betingelser skiller raskt eksplosivene under isoterme betingelser før katalytisk pyrolyse omdanner de nitrogenholdige gruppene til blant annet NO• som reagerer videre med O3 og danner eksitert, kortlivet NO2•* som henfaller til grunntilstanden med emisjon av lys som detekteres av en fotomultiplikator1.
Til grundigere og bekreftende analyse kan konvensjonell GC-MS. Her vil det også være aktuelt å undersøke tilsetningsstoffer og urenheter i tillegg til eksplosivet og eventuelt sammenligne resultater med tilknyttede saker. For påvisning på tekstiler og materialer som ikke lett kan vaskes eller ekstraheres for en væskeinjeksjon, er fastfaseekstraksjon (SPME) godt egnet2. Beslaget pakkes i en tett plastpose med SPME-fiberen som sorberer flyktige forbindelser, inkludert eksplosiver, under eventuell oppvarming og injiseres deretter på en PTV-injektor. Mens elektronionisering (EI) er godt egnet for søk av ukjente forbindelser i bibliotek, gir kjemisk ionisering (CI) i både positiv og negativ modus økt sensitivitet på grunn av redusert fragmentering og elektrontiltrekkende nitrogrupper stabiliserer negative ladninger for negativ CI3.
Referanser
1 Fine, D. H., & Rounbehler, D. P. (1975). Trace Analysis of Volatile N-nitroso Compounds by Combined Gas Chromatography and Thermal Energy Analysis. Journal of Chromatography A, 109(2), 271–279. https://doi.org/10.1016/s0021-9673(01)91799-6
2 Handbook of Solid Phase Microextraction. (2012). Elsevier. https://doi.org/10.1016/c2011-0-04297-7
3 Sigman, M., & Ma, C.-Y. (2001). Detection Limits for GC/MS Analysis of Organic Explosives. Journal of Forensic Sciences, 46(1), 6–11. https://doi.org/10.1520/jfs14904j
Forensic Detection of Explosives Using HSGC-TEA and GC-MS
Sverre Løyland Section for Fire, Chemistry and Documents, National Forensic Laboratory, NCIS
Illegal possession and use of explosives are priority cases in Norway. Looking to Sweden, an increase in incidents can be expected here as well. This applies to everything from homemade explosives to professionally manufactured civilian and military explosives. Figure 1 shows a homemade pipe bomb constructed from hardware-store materials with an electric fuse. Detection and identification of explosives is an important forensic task for any potential criminal case, whether the explosive has detonated or not. This also applies to the detection of trace amounts on skin, clothing and other surfaces. Such information is used to infer the sequence of events and the origin of the explosives. Gas chromatography is well suited for this purpose for organic explosives — typically nitro compounds, nitrate esters and peroxides.
Figure 1: Improvised pipe bomb with nut fragments and an electric fuse.
The majority of organic explosives contain nitrogen and can be detected in the gas phase with a TEA chemiluminescence detector. Coupled with high-speed GC, this allows detection of most explosives in as little as 20 s and is an essential tool for explosive screening and for deciding subsequent analytical approaches. A sampling swab is rubbed on relevant surfaces and placed in the injector, where it is heated. Specialized columns under optimized conditions rapidly separate the explosives under isothermal conditions before catalytic pyrolysis converts the nitrogen-containing groups to, among other species, NO•, which further reacts with O3 to form excited, short-lived NO2•* that relaxes to the ground state with emission of light detected by a photomultiplier1.
For more detailed and confirmatory analysis, conventional GC-MS can be used. It may also be relevant to investigate additives and impurities in addition to the explosive itself, and to compare results with related cases. For detection on textiles and materials that cannot easily be washed or extracted for liquid injection, solid-phase extraction (SPME) may be used2. The object is placed in an airtight plastic bag with an SPME fiber that sorbs volatile compounds, including explosives, and is then injected on a PTV injector. While electron ionization (EI) is well suited for library searches of unknown compounds, chemical ionization (CI) in both positive and negative modes provides increased sensitivity because of reduced fragmentation, and electronegative nitro groups stabilize negative charges in negative CI mode3.
References
1 Fine, D. H., & Rounbehler, D. P. (1975). Trace Analysis of Volatile N-nitroso Compounds by Combined Gas Chromatography and Thermal Energy Analysis. Journal of Chromatography A, 109(2), 271–279. https://doi.org/10.1016/s0021-9673(01)91799-6
2 Handbook of Solid Phase Microextraction. (2012). Elsevier. https://doi.org/10.1016/c2011-0-04297-7
3 Sigman, M., & Ma, C.-Y. (2001). Detection Limits for GC/MS Analysis of Organic Explosives. Journal of Forensic Sciences, 46(1), 6–11. https://doi.org/10.1520/jfs14904j