Utente:AlePas97/Chimica Forense/Tecniche analitiche: differenze tra le versioni

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== Analisi elementare ==
 
L'identificaneIdentificare e laquantificare quantificazione digli elementi all'interno di diversi tipi di prove è un'informazione molto importante nelle discipline forensi. L'analisi elementare permette di collegare un campione ad una scena del crimine o addirittura a chi l'ha commessa. La spettroscopia atomica è un metodo molto sensibile che viene utilizzata per l'analisi elementare,: in talequesta tecnica infattiprevede che una determinata sostanza vienevenga decomposta tramite una fiamma, fornace o plasma e che si possonopossano determinare le concentrazioni delle specie che vivengono si produconoprodotte. Esistono diverse tecniche che permettono l'di eseguire le analisi elementareelementari, come vedremo nei prossimi paragrafi.
 
=== Spettrometria atomica ===
 
I tipi di spettrometria atomica usati in ambito forense sono la spettrometria di assorbimento atomico (AAS) e la spettrometria di emissione atomica (AES). Nell'AAS gli atomi assorbono una frazione di luce proveniente dalla sorgente ed il resto della luce non assorbita dal campione raggiunge il detector. Nell'AES l'emissione che si misura deriva dalla diseccitazione degli atomi del campione. Queste tecniche misurano quindi l'emissione o l'assorbimento delle radiazioni a particolari lunghezze d'onda per registrareregistrarne lo spettro. AAS e AES garantiscono un mezzo di analisi di un'ampia gamma di elementi eche puòpossono rivelarli anche a bassissime concentrazioni, nell'ordine dei ppb o ppm.
 
In uno spettrometro di assorbimento atomico il campione viene atomizzato usando una fiamma (FAAS) o un fornetto di grafite (GFAAS). La FAAS è molto più economica se confrontata con la GFAAS, ma la fiamma richiede una quantità di campione più elevata (1-2 mL confrontati con i 5-10 μL della GFAAS) <ref> Forensic Analysis Technique </ref>. La FAAS permette di misurare concentrazioni nell'ordine dei ppm, la GFAAS presenta una sensibilità maggiore potendo misurare concentrazioni nell'ordine del ppb. Ogni elemento necessita di una specifica lunghezza d'onda prodotta dalla sorgente, denominata Lampada a catodo cavo. La spettrometria di emissione atomica tradizionale usa la fiamma percome mezzo di eccitareeccitazione glidegli atomi. Il campione viene iniettato come spray nella fiamma e l'intensità della luce emessa è misurata ad una lunghezza d'onda selezionata. Le linee di emissione prodotte vengono utilizzate per identificare gli elementi.
 
A causa della mancanza di sensibilità della tecnica AES tradizionale, si utilizza unin accoppiamento con una sorgente al plasma (ICP) al posto della fiamma. Il plasma viene prodotto facendo fluire un gas carrier, (ad esempio Argon,) il quale viene ionizzato utilizzando un campo magnetico fortemolto intenso. La temperatura del plasma può raggiungere i 10000 K, permettendo di analizzare un più ampio range di elementi rispetto alla classica fiamma classica. Con tale tecnica si può arrivare a rivelare concentrazioni dell'ordine dei ppb.
 
Operativamente si analizza il campione e delle soluzioni standard esterne contenenti gli elementi di interesse. Il valore di assorbanza è calcolato mediante l'intensità della radiazione perdi un dato campione e lo stesso del solvente. I valori di assorbanza della soluzione standard vengono riportati in un grafico assorbanza vs concentrazione, tale grafico sarà lineare per via della dipendenza dell'assorbanza nei confronti della concentrazione tramite la legge di Lambert - Beer a basse concentrazioni. In alternativa si può utilizzare un metodo diverso, ovvero quello dell'aggiunta di standard dove si inserisce all'interno del campione una soluzione standard a concentrazione nota e si determina l'assorbanza. Nella spettrometria di emissione atomica l'intensità di emissione è proporzionale alla quantità di analita presente, permettendo di costruire la retta di calibrazione.
 
=== ICP-MS ===
 
La spettrometria di massa è usata per ottenere analisi qualitative e quantitative di atomi, molecole o frammenti. Nell'MS il campione in fase gas viene bombardato con elettroni ad alta energia, i quali all'impatto causano l'espulsione di altri elettroni. VieneSi utilizzatoutilizza successivamente un campo magnetico per separare gli ioni in base alla loro massa. In tale tecnica il campione viene atomizzato, gli atomi vengono ionizzati (solitamente con una carica positiva) cheed infine vengono separati sulla base delladel loro rapporto loro massa / carica [m/z]. La forma più usata dell'MS è in accoppiata con l'ICP. Tale accoppiata permette di rilevare metalli e alcuni non metalli a bassissime concentrazione.
 
Nell'ICP-MS un campione liquido viene introdotto nel cuore dell'ICP tramite l'utilizzo di un gas carrier (Ar o He). Il campione viene scaldato, vaporizzato ed infine ionizzato. Solitamente questi strumenti utilizzano come detector un quadrupolo per rilevare gli ioni. Gli ioni sono raccolti tramite un detector dove il rapporto m/z corrisponde all'isotopo naturale dell'elemento. Il metodo è quantitativo perchépoiché il numero di ioni rivelati è direttamente dipendente dalla concentrazione dell'elemento all'interno del campione. Solitamente il campione viene estratto e solubilizzato in acido (HNO3, HCl o HF). Una strumentazione ICP-MS possiede un Limit of Detection (LOD) dell'ordine del ppt.
 
All'ICP-MS si può aggiungere il laser ablation (LA), il quale consente di rimuovere del materiale da una piccola area del campione, tale pezzo viene rimosso dal campione tramite un flusso di gas carrier che lo inietta all'interno del plasma. Nonostante il processo di ablazione sia distruttivo lo si utilizza comunque dal momento che è praticamente impercettibile, in quanto avviene in un'area microscopica del campione.
 
Il grafico che si ottiene da un'analisi ICP-MS vede l'intensità ionica in funzione di m/z (solitamente gli ioni hanno carica unitaria, quindi sulla ascisse viene riportata solo la massa). Tale tecnica è estremamente utile per le analisi quantitative multi-elementari, bisogna però applicare diversi metodi di calibrazione per poterla utilizzare (tramite metodi esterni, metodi interni, tramite diluizione isotopica).
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La spettroscopia di fluorescenza di raggi X (XRF) è una tecnica molto utilizzata perchè non distruttiva nei confronti del campione per determinarne la composizione elementare. Il campione viene posto in un fascio di fotoni ad alta energia prodotti da un tubo radiogeno. La radiazione può essere assorbita da un atomo e trasferire tutta la sua energia ad un elettrone interno. Nel caso in cui la radiazione sia sufficientemente energetica, l'elettrone può ricevere un'energia abbastanza elevata per venire espulso, creando una vacanza. La presenza di più vacanze causa l'instabilità dell'atomo; per tornare in una condizione di stabilità gli elettroni presenti negli strati più esterni vengono trasferiti negli strati più interni colmando le vacanze. Durante tale processo viene emesso un raggio X caratteristico con energia uguale alla differenza di energia dei due strati. Dal momento che ogni elemento contiene un set di energie unico, ognuno di loro produrrà un raggio X con un set di energie caratteristico.
 
I principali tipi di spettrometri XRF sono a dispersione di lunghezza d'onda (WDXRF) e a dispersione di energia (EDXRF). Il primo misura la lunghezza d'onda, il secondo misura la radiazione di fluorescenza prodotta. La spettrometria WDXRF richiede una strumentazione più impegnativa economicamente e quantità di campione più importanti, ciò la rende una tecnica menopoco utilizzata nelle scienze forensi. Essendo la spettrometria EDXRF più piccola e semplice, la si è migliorata rendendola portatile permettendo una rapida analisi del campione. Sono stati sviluppati anche spettrometri micro-XRF, permettendo l'analisi di piccolissime zone della superficie di campione.
 
Solitamente nella XRF sono coinvolti i gusci elettronici interni (K e L). Per produrre le linee K un elettrone dello strato L o M deve andare nello strato K, producendo un raggio X caratteristico e una vacanza nello strato L o M. Per produrre una linea L saranno interessati gli elettroni degli strati M o N per riempire le vacanze. Il raggio X prodotto viene chiamato K, L, M o N in base a che guscio elettronico è coinvolto nella transizione dell'elettrone. Si utilizzano poi le lettere α, β, γ per indicare da quale guscio elettronico parte l'elettrone. Lo spettro che si ottiene dalla spettroscopia XRF mostra il numero come funzione dell'energia di legame; tale spettro viene paragonato con uno standard per identificare la sostanza. Si possono eseguire sia analisi quantitative che qualitative, con un LOD nell'ordine del ppm.