Chimica forense/Applicazioni

In tale sezione vedremo alcuni esempi pratici in ambito forense. Per la stessa tipologia di campione verranno trattati diversi metodi pratici di analisi.

Fibre

Fibre viste al microscopio ottico

Le fibre sono una tipologia di campione analizzabile tramite metodi di microscopia e di spettroscopia. Esistono però altri metodi utilizzabili che si basano ad esempio sulla solubilità e sul punto di fusione, ma non trovano un largo impiego dal momento che sono distruttivi e, com'è già stato detto, in ambito forense vengono fornite ridotte quantità di campione per effettuare l'analisi. Per questo, e visto che si tratta di metodi più qualitativi, si tende a utilizzare le tecniche citate precedentemente. È possibile identificare le fibre basandosi sulla loro classe di appartenenza (ad esempio se sono a base di nylon), oppure è possibile analizzare le loro proprietà fisiche, o infine si possono eseguire delle analisi per determinare i coloranti presenti.

L'analisi strumentale viene sfruttata per determinare la composizione polimerica alla base delle fibre. Per farlo viene sfruttata la loro diversa tendenza a reagire con lo strumento utilizzato; a tale scopo è spesso utilizzata la FTIR o l'accoppiata gascromatografia e pirolisi (Py-GC). La FTIR è una tecnica molto utilizzata per la caratterizzazione del campione preso in esame e può essere usata per fibre sintetiche o naturali, che siano queste organiche o inorganiche. Tendenzialmente si preferisce la FTIR rispetto alla Py-GC dal momento che quest'ultima è distruttiva.

Analizzare i colori è uno dei metodi più caratterizzanti quando si ha a che fare con le fibre. Le fibre vengono colorate industrialmente con coloranti o con pigmenti: i coloranti sono sostanze organiche che presentano una proprietà molto importante al fine analitico, ovvero assorbire e riflettere una determinata lunghezza d'onda della luce visibile; i pigmenti invece sono molecole che presentano una scarsa solubilità in acqua, vengono solitamente incorporate all'interno della fibra o vengono legate sulla sua superficie al momento della fabbricazione.

Per la determinazione dei pigmenti o dei coloranti vengono utilizzati principalmente tre metodi: esaminazione visiva, analisi chimica e analisi strumentale.

Il primo metodo, essendo qualitativo, non verrà trattato. Il metodo più utilizzato a tale scopo in chimica forense è l'analisi spettrofotometrica nel range UV-vis. Si usa uno microspettrofotometro (MSP) perché è uno strumento che permette all'operatore di valutare i colori presenti all'interno di campioni molto piccoli, arrivando addirittura a determinarli all'interno di singole fibre. Questo strumento è fatto strutturalmente come un classico spettrofotometro, a cui viene collegato un microscopio. Lo spettrofotometro quindi confronta la quantità di luce passante attraverso l'aria con quella che attraversa il campione o quella che viene riflessa. Il risultato finale sarà quindi espresso come percentuale di luce riflessa o assorbita calcolato a ogni lunghezza d'onda misurata dallo strumento. Dal momento che il campione analizzato sarà molto spesso eterogeneo, quando viene osservato al microscopio si osservano quindi punti diversi della fibra in modo tale che il principio di rappresentatività del campione intero venga rispettato.

Nel caso in cui non si possano usare metodi spettroscopici per eseguire la determinazione dei coloranti, si possono sfruttare dei metodi chimici. Questi prevedono l'estrazione del colorante, che successivamente viene caratterizzato tramite l'identificazione della sua struttura chimica. A questo scopo viene molto usata la cromatografia su strato sottile (TLC); essendo però una tecnica distruttiva, quando si può si opta sempre per metodi spettroscopici.

Una tecnica molto utilizzata, in particolar modo in Europa, è la spettroscopia Raman. Con questa tecnica è possibile rivelare, oltre ai polimeri costituenti le fibre, anche la concentrazione di colorante presente con un LOD molto buono (0,005%).

Vernici

Vernici di diversi colori

Le vernici, come già detto nel secondo capitolo, sono miscele omogenee complesse formate da composti organici e inorganici; è infatti praticamente impossibile trovare una vernice costituita da un solo strato, dal momento che ogni strato ha una funzione specifica, ad esempio evitare che il colore vada incontro a processi di degradamento, facilitare l'evaporazione del solvente o addirittura preservare il film superficiale. Tutti questi strati possono essere sfruttati in ambito analitico, facilitando la comparazione con tecniche spettroscopiche e di osservazione.

Quando si ha un campione di vernice, il primo procedimento analitico prevede che questo venga osservato con un microscopio che consenta di eseguire un ingrandimento di almeno 10-80 volte. Già in questa prima fase è possibile escludere dei campioni se presentano una superficie diversa rispetto al campione prelevato sulla scena. A questo punto si sfrutta l'applicazione di attrezzatura più sofisticata, ad esempio la luce trasmessa, il campo chiaro, il campo scuro, la fluorescenza o addirittura il microscopio a luce polarizzata per permettere all'operatore di indagare ulteriori differenze altrimenti impercettibili tra i vari campioni. Per esempio, se si utilizza il microscopio a luce polarizzata è possibile differenziare diversi campioni basandosi sulla loro composizione minerale.

Per analizzare campioni di vernici si può sfruttare la spettrometria infrarossa; si tratta di una tecnica utile perché la differenziazione delle pitture è dovuta alle classi di polimeri da cui sono costituite. I pigmenti inorganici vengono riconosciuti facilmente perché presentano un assorbimento caratteristico nel range del medio infrarosso, fatta eccezione per il diossido di titanio e per gli ossidi di ferro. Dal momento che molte vernici sono a base epossidica e nitrocellulosica (sono quindi a base di esteri e uretani) presentano un picco di assorbimento nel range tra i 1 650 e i 1 750 cm^-1 e successivamente assorbimenti multipli tra i 1 000 e i 1 300 cm^-1.

Per ottenere più informazioni si può utilizzare la spettrometria Raman, che consente di discriminare più componenti rispetto alla spettrometria IR. Ad esempio, con la Raman è possibile distinguere due forme differenti dell'ossido di titanio (anatasio e rutilio) cosa non possibile con uno spettro IR che li vedrà come un unico picco. Un altro pigmento che si può riconoscere con la Raman è il nero di carbone, che è presente in un vastissimo numero di vernici, altrimenti invisibile alle altre tecniche analitiche. Infine, la Raman viene utilizzata anche per la determinazione degli ossidi di ferro.

Un'altra tecnica spesso utilizzata per analizzare questo tipo di campioni è il SEM-EDX, che, nonostante i costi elevati, presenta numerosi punti di forza. Quello più degno di nota è sicuramente il fatto che fornisce un'immagine del campione, anche se non è possibile ricavare informazioni relativamente ai colori, permettendo addirittura di mettere in risalto gli strati interni, cosa molto difficile se non impossibile da vedere con un microscopio ottico. Se poi si utilizza la BSE è possibile ricavare informazioni sugli elementi presenti. Grazie a questa tecnica è possibile anche individuare i cluster di pigmenti, che possono essere osservati grazie agli enormi ingrandimenti che è possibile fare con il SEM. Un secondo punto di forza è la sua impareggiabile praticità nell'analisi elementare dei campioni di taglia forense. L'elevato LOD del SEM rende possibile l'analisi di una regione più vasta di campione rispetto ad altre tecniche (ICP o XRF ad esempio) per identificare gli elementi presenti in elevata abbondanza, ed è inoltre possibile ingrandire in determinate zone di interesse e ottenere l'analisi elementare di quel punto.

Un'altra famiglia di tecniche che si possono utilizzare per analizzare tali campioni sono le tecniche pirolitiche. Con queste il campione viene portato a temperature elevate in un'atmosfera di totale assenza di ossigeno per poi campionare e analizzare i vapori prodotti usando lo spettrometro di massa oppure la spettrometria infrarossa. Il vantaggio della Py-GC-MS è che con la pirolisi vengono prodotte molecole con composizione abbastanza costante, rendendo questo metodo riproducibile. Il più semplice pirogramma che si può ottenere dall'analisi di una vernice è quello dato solo dalle resine acriliche; questo perché il calore, depolimerizzando la resina, produrrà solamente determinati tipi di molecole che verranno rivelate dallo spettrometro di massa, fornendo uno spettro con un solo picco. Se nella vernice sono presenti invece copolimeri, la loro pirolisi produce un pirogramma i cui picchi corrispondono a ogni monomero. Quindi, più i polimeri sono complicati e più sarà facile che questi andranno incontro a processi degradativi differenti, fornendo quindi un pirogramma più complicato.

Per l'analisi dei colori è molto utilizzata la MSP come metodo diretto. Come metodo indiretto invece si può utilizzare la spettrometria Raman per poi poter confrontare la composizione dei pigmenti del campione noto con quello incognito.

Incendio

Edificio distrutto da un incendio doloso a Kyoto

Un'analisi sui detriti rinvenuti in seguito a un incendio è suddivisa in quattro passaggi: la raccolta, l'estrazione, l'analisi e l'interpretazione.

Nel momento in cui si presenta una scena di questo tipo, la parte più difficile è quella di riconoscere e classificare i liquidi infiammabili, perché questa procedura non si esegue nel laboratorio di analisi ma in loco. Per garantire il successo nell'identificazione del liquido infiammabile, la fase di selezione e di campionamento del campione sono essenziali; per selezionare un campione ci si basa su assunzioni logiche, valutando il presumibile percorso fatto dal fuoco per poter valutare il punto in cui è stata usata la sostanza combustibile. Questo serve perché statisticamente è più probabile trovare dei residui nel punto di partenza dell'incendio, perché lì si usa più combustibile per far accendere il fuoco. Nel momento in cui viene individuato, questo viene campionato e riposto in un contenitore ermetico e spedito al laboratorio di analisi. Il campionamento avviene tramite batuffoli di cotone oppure tramite tamponi assorbenti.

Una volta che il campione raggiunge il laboratorio bisogna trattare il campione per far sì che sia compatibile con le tecniche analitiche che verranno utilizzate. La gascromatografia è una tecnica che si presta molto bene per analizzarli, perché i liquidi infiammabili sono generalmente costituiti da più componenti, che presentano una temperatura di ebollizione piuttosto simile. Per identificare e riconoscere i liquidi infiammabili viene osservato il pattern dei picchi; confrontando i tempi di ritenzione è quindi possibile risalire al tipo di liquido. Capita spesso che siano presenti molti composti all'interno, ma questo non è un problema dal momento che i pattern dei picchi di interesse sono specifici per le diverse sostanze.

Per migliorare la risoluzione dell'analisi si può accoppiare alla GC un spettrometro di massa (MS), che permette di prevedere e riprodurre la frammentazione di ogni classe di idrocarburi. Si veda ad esempio la frammentazione dell'alchilbenzene tramite impatto elettronico a 70 eV: lo spettro risultante presenterà sempre dei picchi a m/z 91, 105 e 119; quindi, quando si analizza un liquido infiammabile presentante questi picchi caratteristici, sarà molto probabile che sia a base di alchilbenzene.

Un campione proveniente da un incendio può essere di qualsiasi natura: oltre ai detriti carbonizzati, si possono rinvenire pezzi di vestiti, arredamenti, materiali edili, suolo, tessuti biologici e liquidi vari. Il trattamento da eseguire sul campione per analizzarlo con la tecnica accoppiata GC-MS dipende principalmente da due fattori: il primo è sicuramente lo stato fisico della prova, mentre il secondo dipende dal liquido infiammabile che bisognerà determinare. Determinare lo stato fisico del campione è un processo facile e intuitivo. È però più complicato il discorso relativo alla tipologia di liquidi infiammabili, in quanto si applicano solitamente tre metodi per estrarlo dai residui rinvenuti: estrazione in spazio di testa, estrazione con solvente o concentrazione nello spazio di testa.

L'estrazione semplice in spazio di testa consiste in un'estrazione diretta dei composti volatili presenti nello spazio sovrastante il campione posto in un contenitore sigillato. Questo metodo viene utilizzato quando sono presenti molecole ossigenate con basso peso molecolare. Il contenitore può essere scaldato fino a 60-80 °C per aumentare la concentrazione della sostanza volatile. Questo tipo di campionamento viene eseguito con una siringa, con la quale si iniettano le sostanze volatili direttamente nell'iniettore della GC.

L'estrazione con solvente prevede la dissoluzione del campione con un solvente appropriato (ad esempio pentano, dietil etere o cloroformio). Il problema è che vengono solubilizzate tutte le sostanze presenti nel campione e affini al solvente, quindi non solo gli analiti di interesse ma anche quello che non interessa, complicando in questo modo la matrice.

Il metodo più utilizzato per campionare i liquidi infiammabili è tramite concentrazione passiva in spazio di testa con carbone. Per questa tecnica si utilizza una striscia di carbone depositato su matrice polimerica che viene posizionata e mantenuta al di sopra del campione posto all'interno del contenitore chiuso ermeticamente. Il contenitore viene scaldato per un determinato lasso di tempo così che la volatilità dei composti presenti nel campione aumenti; questo permette al carbone presente sulla striscia di catturarli in quantità rappresentative del campione.

Essendo i residui di un incendio una tipologia di prova eterogenea, la loro analisi risulta complicata dalla presenza di molte sostanze presenti nella matrice. Fortunatamente però i composti presenti all'interno della matrice non presentano uno schema dei picchi specifico e riproducibile. Il chimico analitico quindi si concentrerà solamente sul riconoscimento dello schema dei picchi di interesse, ignorando tutti gli altri.

Esplosivi

Struttura del nitrofullerene

Prima di poter effettuare l'analisi di un esplosivo rinvenuto sulla scena di un crimine è necessario che il personale autorizzato proceda alla messa in sicurezza dell'esplosivo, raccogliendo i resti dei dispositivi come prova forense. L'iter ufficiale prevede una serie di operazioni: le prove devono essere fotografate, impacchettate, etichettate, registrate e messe in sicurezza. Dopo un'accurata ispezione della scena del crimine, gli oggetti raccolti vengono inviati al laboratorio, accompagnati dalla catena di custodia; le informazioni presenti in tale documento riguardano il mittente, il sospetto, la vittima, l'incidente, la natura della prova e gli esami che sono stati richiesti. Inizialmente in laboratorio si procede con l'esaminare l'esplosivo per poi documentarne l'aspetto. Gli esplosivi possono essere campionati in due stati: intatti oppure frammentati a seguito dell'esplosione.

Intatti. Attraverso l'osservazione del campione si attribuisce all'esplosivo una delle due possibili tipologie (deflagranti o detonanti). Gli esplosivi deflagranti sono solitamente delle polveri; basandosi su alcune loro caratteristiche quali forma, colore e dimensione si possono ottenere informazioni circa la loro origine o manifattura. Gli esplosivi detonanti invece si presentano come solidi densi in cui la parte esplosiva di base si trova miscelata a un legante o a un'altra matrice. Per raccogliere informazioni relative alla manifattura di tali esplosivi bisogna effettuare un'analisi chimica.

Frammentati. In questo caso è necessario indagare i componenti volatili presenti, i prodotti di combustione osservabili oppure si procede con l'estrazione di residui invisibili. Il punto critico dell'analisi è rappresentato dalla preparazione del campione, un'operazione che si rivela essere molto complessa. Occorre infatti eseguire un'estrazione sui residui, la procedura può essere eseguita in tre modi:

• l'estratto con acqua si analizza mediante tecniche in grado di identificare tracce di anioni o di cationi (ad esempio con la cromatografia liquida);
• l'estratto con acqua viene fatto evaporare e poi analizzato mediante tecniche in grado di identificare materiale inorganico solido (ad esempio Raman, XRD, FTIR);
• l'estratto con solvente organico si analizza mediante tecniche in grado di identificare basse concentrazioni di esplosivo organico (LC-MS, GC-MS, TLC, FTIR).

Il solvente ideale dovrebbe essere in grado di solubilizzare perfettamente l'esplosivo di interesse e, allo stesso tempo, presentare pochissima (o addirittura nulla) affinità con il substrato. I solventi più impiegati per l'estrazione e che presentano caratteristiche che si avvicinano a quelle ideali sono l'acetonitrile, il metanolo, l'acetone o il diclorometano; la scelta del solvente più adatto dipende dalla matrice da trattare.

Le tecniche analitiche da utilizzare per la determinazione di tracce di esplosivo in un campione richiedono un controllo qualità sfruttando appositi standard, in modo tale da rendere l'analisi affidabile. Per eseguire suddette analisi si impiegano tecniche combinate con lo spettrometro di massa (GC-MS, LC-MS), in quanto l'MS è caratterizzato da grande sensibilità.

Saranno ora riportati alcuni esempi di tecniche utilizzate per eseguire l'analisi chimica di tale campione, suddivisi in diversi gruppi.

Test chimici

Tra i test chimici per l'analisi di questa tipologia di campioni trovano largo impiego i test di suscettibilità di innesco. Si tratta di un test veloce e conveniente, utile a determinare se un materiale sconosciuto sia potenzialmente esplosivo. Il test viene effettuato raccogliendo con delle pinze una quantità molto piccola di campione, posto in seguito su una fiamma. L'osservazione dell'innesco può includere diversi fattori, prendendo in considerazione caratteristiche visive, di suono, di odore oppure il residuo che si genera. La maggior parte dei materiali esplosivi si innesca immediatamente e genera una combinazione di luce, suono e fumo. I materiali non esplosivi, al contrario, non bruciano completamente, e la combustione procede lentamente. Il metodo è piuttosto utile per l'osservazione di un esplosivo deflagrante (ad esempio la polvere da sparo) mentre è meno efficace se si ha a che fare con un esplosivo detonante.

Un altro test chimico molto utilizzato è il test del colore. Infatti, alcuni anioni possono indicare la presenza di materiale esplosivo, e il metodo in questione è stato ideato per individuare tali specie. Si riportano alcuni esempi di test del colore:

• test di Griess (identifica la presenza di NO₃^- );
• test del blu di metilene (identifica ClO₄^- );
• reattivo di Nessler (NH₄⁺ ).

I test colorimetrici hanno il vantaggio di essere veloci, sensibili e difficilmente danno falsi negativi; tuttavia non sono specifici, in quanto possono reagire con diversi materiali presenti oltre all'analita di interesse. Un altro punto a sfavore di questa tecnica è il fatto di essere distruttiva.

Tecniche a raggi X

All'interno di questa famiglia di tecniche, la più utilizzata è rappresentata dall'accoppiamento del microscopio a scansione elettronica con lo spettrometro a dispersione di energia (EDS). La tecnica è molto adatta per l'analisi di esplosivi intatti caratterizzati da una struttura microscopica specifica. All'interno di un esplosivo è possibile osservare delle microsfere immerse in un'emulsione, che possono esplodere nel momento in cui sono sottoposte alle elevate pressioni della detonazione. Questo fenomeno causa la formazione di "hot spot" nell'esplosivo che permettono la propagazione della detonazione attraverso il materiale. Attraverso l'osservazione di suddette microsfere all'interno di un sospetto esplosivo è possibile confermare che si tratta di un'emulsione. Un'altra tipologia di esplosivo target di questa tecnica è la dinamite: questa è caratterizzata da una grande varietà di componenti (nitroglicerina, nitroglicole, nitrato di sodio, nitrato di ammonio, nitrocellulosa e svariati elementi inerti) i cui rapporti differiscono in base alla manifattura.

Un'altra tecnica molto popolare è la fluorescenza ai raggi X. Lo svantaggio principale di questa tecnica è legato al fatto che elementi con basso numero atomico (che si trovano prima del sodio) sono interessati da uno scarso fenomeno di fluorescenza. Risulta però molto utile per verificare la presenza di elementi pesanti.

Infine, un'altra tecnica di routine per l'analisi di esplosivi inorganici e dei loro residui di esplosione è la diffrazione a raggi X di polveri. La tecnica è ampiamente usata in quanto non è distruttiva e permette l'analisi del campione sia tal quale sia estratto mediante acqua e successivamente asciugato. Tale tecnica ha però lo svantaggio di essere poco sensibile. Si utilizza in particolare con materiali cristallini.

Tecniche separative

La tecnica principe è rappresentata dalla gascromatografia, estremamente utile nella separazione di miscele di esplosivi. Per l'analisi di esplosivi a base di nitrati una combinazione valida ed economicamente vantaggiosa prevede l'accoppiamento della GC con un rivelatore a cattura di elettroni. In ogni caso, l'accoppiamento che risulta essere più efficace e quindi più utilizzato è quello GC-MS, in quanto combina le alte efficienze separative della GC con l'elevatissima sensibilità e specificità dello spettrometro di massa. Un esempio di applicazione di questa tecnica è dato dalla separazione e l'identificazione in modalità EI di composti presenti all'interno delle polveri infumi (le polveri infumi sono il prodotto ottenuto da una miscela omogenea di nitrocellulosa con plastificanti e stabilizzanti e/o con nitroglicerina, nitroguanidina o altro); la tecnica si può anche utilizzare per composti opportunamente derivatizzati prima dell'analisi, ad esempio i combustibili organici all'interno della polvere nera (un tipo di esplosivo).

Un'altra combinazione efficace è rappresentata dalla LC-MS, molto utile quando si deve eseguire un'analisi di esplosivi termicamente sensibili e/o non volatili. La tecnica presenta un limite di rilevabilità molto basso (nell'ordine dei ppb) e risulta essere molto utile per analizzare le tracce di esplosivo in campioni prelevati a seguito dell'esplosione. Alcuni esempi di analiti che si possono rivelare con la suddetta tecnica accoppiata sono i nitroaromatici, le nitroammine e gli ossidi. Il tipo di ionizzazione più adatta viene scelta in funzione della tipologia di analita; le più impiegate sono la elettrospray o quella a pressione atmosferica.

Suolo

Sezione trasversale di suolo

Come è stato approfondito nel capitolo relativo alle tipologie di campioni rinvenibili e analizzabili a scopo forense, i suoli hanno moltissime caratteristiche da indagare, ma quella più importante da valutare è il colore, per poter caratterizzare e confrontare diversi campioni di suolo. Questo fattore infatti dipende dall'orogenesi di quel determinato suolo, dato che risente di parametri come il clima, l'età, i materiali da cui si è originato, la geochimica, l'accumulo di sostanze organiche e così via. È quindi estremamente importante, per avere un risultato riproducibile, specificare e mantenere costanti le condizioni operative durante l'analisi comparativa tra diversi suoli.

Quando si dispone di un campione di suolo di modeste dimensioni, per prima cosa lo si osserva documentandone la struttura. Successivamente si macina al fine di renderlo omogeneo, lo si divide, lo si mischia e infine lo si suddivide in campioni più piccoli: seguendo questa metodica (quartatura), tutti i campioni di dimensioni ridotte saranno rappresentativi del campione originario. A questo punto si può procedere con l'analisi.

Un secondo parametro avente una certa importanza è la sua struttura; è importante sapere però che questa analisi si può eseguire solamente se si dispone di quantità di campioni sufficientemente grandi. Per osservare la struttura del suolo si osserva in particolare la quantità relativa di sabbia, di sedimenti e di argilla contenuti all'interno. Dal momento che questi si differenziano in base alla loro granulometria, per misurare accuratamente la dimensione delle particelle di un singolo grano il suolo dev'essere disgregato e disperso sempre più finemente per far si che ogni grano venga separato dagli altri. Questo tipo di analisi prende il nome di "analisi al setaccio" e permette di determinare la granulometria dei vari costituenti del suolo. Per eseguire questa analisi il terreno può essere sia asciutto sia bagnato e lo si pone in cima al setaccio. Nel caso in cui il campione sia asciutto il setaccio viene scosso continuamente per un certo lasso di tempo, in modo da permettere il passaggio dei grani ai setacci inferiori che presentano una granulometria inferiore. Nel caso invece in cui il terreno sia bagnato, si fa passare dell'acqua attraverso i diversi piani del setaccio per far si che questa lavi i grani mentre scendono. Alla fine l'ultimo strato viene posto in una stufa a 100 °C e successivamente pesato per sapere la massa dell'insieme delle tre parti costituenti i terreni. Per indagare ogni singola frazione si utilizza uno stereomicroscopio, che consente di osservare delle parti specifiche di interesse.

Una volta eseguito questo primo trattamento si passa all'identificazione dei minerali presenti, operazione fondamentale in ottica forense. Questa operazione si esegue grazie a un microscopio e si divide nei seguenti punti:

• sistemare accuratamente il microscopio per garantire la massima risoluzione;
• osservare isotropie e anisotropie;
• osservare la presenza di rilievi usando la luce polarizzata;
• osservare il colore e il pleocroismo;
• osservare tutte le geminazioni (simmetrie interne al cristallo);
• determinare i segni di elongazione;
• osservare possibili figure di interferenza.

A questo punto si passa all'analisi modale del suolo, che serve a conoscere la composizione mineralogica interna di un campione di suolo. Come è stato già detto nell'apposito capitolo, due campioni di suolo dallo stesso luogo presenteranno una composizione minerale simile. Per prima cosa bisogna andare a identificare il tipo di minerali presenti all'interno del campione mediante tecniche di mineralogia ottica. Dopo aver fatto ciò si procede memorizzando le caratteristiche morfo-microscopiche e le proprietà ottiche chiave dei minerali nel software. Si procede poi scansionando rapidamente il campione contando ciascuno dei grani presenti.

Esistono però, e vengono usati, metodi più pratici; uno di questi è la diffrazione a raggi X di polveri. Questo tipo di analisi fornisce dati quantitativi relativi all'abbondanza relativa dei minerali nell'intero bulk del campione. Presenta però uno svantaggio, dal momento che identifica solamente materiali cristallini, non materiali amorfi. Un'altra tecnica che non presenta questa problematica è il SEM-EDS che consente di identificare anche altre tracce che possono essere spesso presenti all'interno di un terreno (ad esempio i residui di sparo o la presenza di vernici); la parte difficile nell'usare tale apparecchiatura consiste nel riuscire a classificare per composizione le particelle che si vedono.

Armi da fuoco

GSR emessi da una pistola al momento dello sparo

Nelle analisi forensi sulle armi da fuoco si tenta di associare uno dei componenti della munizione sparata (proiettili, cartuccia o bossolo) all'arma che ha fatto fuoco.

In un'indagine, la prima domanda fondamentale alla quale dare una risposta è quale tipo di arma ha sparato quel proiettile. Per poter rispondere bisogna prima conoscere le caratteristiche della classe di appartenenza dell'arma attraverso un'indagine visiva (calibro, numero di righe e scanalature, le loro larghezze e così via). Queste informazioni vengono inserite in un computer che eseguirà un controllo incrociato all'interno di un database, individuando l'arma che risponde a tutte queste caratteristiche. Se nei pressi della zona di indagine viene rinvenuta un'arma, l'esaminatore controlla che tutte le specifiche di classe corrispondano a tale arma e, se ciò venisse confermato, si spara un colpo con l'arma interessata, utilizzando quindi il proiettile o il bossolo come riferimento per un'analisi comparativa al microscopio. L'analisi viene eseguita usando due microscopi collegati da un ponte ottico, in modo da poter osservare i due campioni affiancati. Se la superficie dei due campioni in esame risulta essere simile (quindi con gli stessi segni di usura) allora l'esaminatore può concludere che ci sono alte probabilità che entrambi i proiettili siano stati sparati dalla stessa arma ritrovata sulla scena.

I proiettili o i bossoli devono essere trattati prima di procedere con l'analisi al microscopio comparativo. La prima operazione consiste nell'esaminare il campione alla ricerca di prove o indizi presenti su di esso (per esempio tracce di DNA); successivamente si effettua una pulitura del campione in quanto questo è interessato da processi ossidativi stando a contatto con l'aria. La pulitura non può essere eseguita meccanicamente, altrimenti si corre il rischio di creare nuove striature che potrebbero compromettere l'analisi, o comunque renderla più complessa. Se il proiettile presenta un basso grado di corrosione si utilizzano delle soluzioni di esametafosfato e di sesquicarbonato di sodio. Se invece il proiettile presenta fenomeni ossidativi importanti è necessario effettuare un attacco chimico più intenso impiegando un acido forte per poi analizzarlo al microscopio.

Un altro aspetto molto importante, di cui verrà dato soltanto un breve accenno, è la ricostruzione dei numeri seriali presenti sulle armi da fuoco. Tali numeri consentono di ricostruire la "storia" dell'arma e conoscere quindi eventuali movimenti, a chi appartiene o chi l'ha venduta. Capita molto spesso che tali numeri vengano cancellati, ma è possibile recuperarli sfruttando metodiche ad hoc che differiscono le une dalle altre in base alla zona in cui i numeri sono stati stampati o in base al tipo di materiale con cui è fatta l'arma. Si riporta di seguito il metodo più generico che permette il recupero dei numeri seriali. Il primo passaggio consiste nel fotografare l'area dell'arma da trattare. Successivamente si esegue una pulitura di tale area con carta vetrata sempre più fine, oppure con della carta smeriglio. Successivamente si procede con un attacco chimico sulla zona che è stata pulita, applicando semplicemente la soluzione sulla superficie oppure costruendo prima una sorta di muro di contenimento in argilla o cera intorno alla zona target e successivamente eseguendo l'attacco. Un modo alternativo più rapido consiste nell'utilizzo di un attacco elettrochimico. Solitamente si possono utilizzare due soluzioni per effettuare l'attacco sulla superficie (in genere vengono stampati sull'acciaio, quindi queste soluzioni si possono applicare solo su tale superficie):

1. 40 mL di acido cloridrico diluito, 30 mL di acqua distillata, 25 mL di etanolo e 5 g di cloruro rameico;
2. 120 mL di acido cloridrico concentrato, 100 mL di acqua distillata e 90 g di cloruro rameico.

Tutti questi dati vengono successivamente forniti ai criminalisti per poter ricostruire alla fine la scena del delitto. A questo punto il chimico forense può essere ancora interpellato per rilevare la presenza di residui di sparo sulle mani di un indiziato. A seguito di uno sparo vengono infatti espulsi dalla pistola composti inorganici e organici. Tali composti prendono il nome di GSR (residui di sparo) e si possono dividere in OGSR (residui di sparo organici) o IGSR (residui di sparo inorganici). Per la raccolta dei GSR è fondamentale il tempismo, in quanto si trasferiscono con estrema facilità da una superficie all'altra e andare incontro a processi degradativi reagendo con l'ossigeno presente nell'aria (in particolare gli OGSR). Vengono solitamente espulsi dalle fenditure presenti sull'arma e da lì possono depositarsi su qualsiasi superficie limitrofa. Per campionarli bisogna necessariamente utilizzare dei guanti sterili in modo tale da evitare che possano essere contaminate o disperse. La tecnica di campionamento più adatta dipende in primis dal tipo di GSR da prelevare e poi dal tipo di tecnica analitica utilizzata. Al giorno d'oggi si punta a raccogliere gli IGSR perché, non andando incontro a processi degradativi, sono più facili da reperire. Se poi vengono analizzati con ICP-MS si campionano utilizzando un tampone imbevuto con una soluzione di acido nitrico al 5%. Se si analizzano invece con SEM-EDS, si dovrà utilizzare uno stub adesivo di alluminio oppure dello scotch biadesivo (essendo gli IGSR solubili nell'acido nitrico, non sarebbe possibile osservarli altrimenti).

Il primo test eseguito storicamente per la determinazione dei nitrati che si basava su metodi colorimetrici venne denominato guanto di paraffina. Questo consentiva di campionare direttamente dalle mani dell'indiziato eventuali IGSR e successivamente, tramite l'applicazione di particolari reattivi, osservare il cambiamento di colore nel caso in cui fossero presenti nitrati. Se applicando il giusto reattivo il guanto cambiava di colore diventando blu scuro, questo era indice del fatto che il sospettato aveva fatto fuoco. Sfortunatamente però col tempo si è scoperto che il cambiamento di colore non era una garanzia di colpevolezza, perché molti oggetti di uso quotidiano lasciano dei residui di nitrati o nitriti sulle mani (basti pensare banalmente al tabacco o all'urina).

Per avere un risultato più attendibile e non affetto da interferenze si è sviluppato quindi un test colorimetrico che non utilizza il guanto di paraffina e che permette di identificare la presenza di piombo, antimonio e bario (questa combinazione di elementi è molto spesso presente nei residui di sparo proprio per la composizione dei proiettili). Questo test si esegue tamponando le mani dell'indiziato con cotone imbevuto in una soluzione 0,1 M di acido cloridrico. Viene fatto asciugare e successivamente si pongono 1-2 gocce di ioduro di trifenilarsonio: se è presente dell'antimonio, si osserverà la formazione di un cerchio di colore arancione. Successivamente si depositano in centro al cerchio arancione 1-2 gocce di una soluzione di rodizonato di sodio: se sono presenti piombo e bario si osserverà un colore rosso sul panno. Si depositano infine 1-2 gocce di acido cloridrico 1:20 sul rosso: se è presente piombo si osserverà il colore blu, se rimane anche il rosso, vuol dire che è presente anche bario.

Questi metodi funzionano ma forniscono un dato qualitativo, quindi per avere un dato più attendibile si eseguono analisi in laboratorio all'ICP-MS, dove il campione viene disciolto in un solvente adeguato in modo da permettere l'aspirazione della soluzione per poterla introdurre all'interno dello strumento. Questa tecnica viene utilizzata per determinare la presenza e la concentrazione di piombo, antimonio, bario e altri elementi facenti parte degli IGSR.

Per essere sicuri che la presenza di questi tre elementi sia dovuta allo sparo e non a contaminazioni esterne, si utilizza il SEM-EDS. Tale tecnica infatti permette di discriminare tra le due casistiche in quanto permette di osservare la forma e la superficie degli agglomerati di particelle e anche la loro composizione. Infatti, se si tratta di residui di sparo osserveremo delle particelle sferoidali con una superficie pressoché liscia.

È possibile anche analizzare i composti organici dei residui di sparo. Per identificarli bisogna utilizzare tecniche analitiche che presentino un alto potere discriminante e un basso limite di rilevabilità, perché alcuni dei costituenti degli OGSR presentano strutture chimiche molto simili e le quantità depositate sulle mani dopo aver sparato sono molto piccole. Quanto detto prima sembra suggerire che la tecnica migliore da utilizzare sia la GC-MS; purtroppo non è così. Essendo gli OGSR costituiti da composti instabili (ad esempio la nitroglicerina) tale tecnica non può essere utilizzata perché richiede un riscaldamento del campione per renderlo volatile, risultando dannoso per le sostanze instabili presenti all'interno. Quindi come tecniche separative si utilizzano la cromatografia liquida o l'elettroforesi capillare, in quanto operano a temperatura ambiente. Per determinare analiti appartenenti alla famiglia degli OGSR è molto comune utilizzare un detector ad assorbimento UV o UV-vis.

Anche la spettroscopia vibrazionale è utilizzata per la rilevazione degli OGSR: ad esempio, lo spettroscopia Raman viene utilizzata per individuare i fiocchi di polveri infumi prelevate dai vestiti.