Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 29.01.19


Analytik: Chemie und Verbrechen

Vortrag von Ralf Burger und Elke Conrad im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - OC", SS 2001 und SS 2017

Gliederung:


Einstieg 1: Bei der Aufklärung von Verbrechen reicht kriminalistisches Denken oftmals nicht aus. Erst durch die forensische Chemie können Straftaten lückenlos bewiesen und Täter ihrer gerechten Strafe zugeführt werden. Das Adjektiv "forensisch" stammt dabei von dem lateinischen Wort forum für Marktplatz ab, da im antiken Rom die Rechtsprechung auf dem Marktplatz stattfand. 

Teilgebiete der forensischen Chemie sind u.a.:

  • Daktyloskopie
  • Alkohol- und Drogenmissbrauch
  • Brandstiftung
  • Fälschungen
  • DNA-Fingerprinting

Einstieg 2: In Kriminalserien finden die Ermittler immer eine Spur. Gibt es doch noch kriminalistische  Möglichkeiten? Unter Analytik oder Forensik sind jene Arbeitsgebiete zusammengefasst, in denen systematisch kriminelle Handlungen identifiziert, analysiert bzw. rekonstruiert werden. Dazu haben berühmte Forensiker beigetragen wie,

  • 1247 Song Ci mit einem Lehrbuch für Gerichtsmedizin
  • 1837 James Marsh mit einem verbesserten Arsennachweis, welcher von Carl Scheele zuerst entwickelt wurde.
  • 1857 William James Herschel entwickelte das erste Fingerabdruckverfahren .
In der Neuzeit entdeckte Mark Benecke 1997 das Entwicklungsstadien von Maden genutzt werden können, um den Todeszeitpunkt zu bestimmen. Viele der Methoden werden noch heute in der Forensik angewandet. Dazu gehören:
  • Nachweis von Fingerabdrücken
  • Toxikologie 
  • Ballistik
  • Fälschungen
  • Nachweis für Blut durch Luminol
Die Statistiken zeigen allerdings keine 100prozentigen Aufklärungsraten. Gibt es also doch dieses ominöse perfekte Verbrechen?

1 Daktyloskopie

Die häufigsten Spuren an einem Tatort stellen die Fingerabdrücke dar. Da diese für jeden Menschen einzigartig sind, sind sie für die Beweisführung in Strafdelikten unabdingbar.

Wichtig für die forensische Wissenschaft ist die chemische Zusammensetzung eines "frischen" Fingerabdrucks. So finden sich auf einer Fläche von 1 mm2 folgende Bestandteile:

  • 10 µg Chlorid-Ionen
  • 10-100 µg Aminosäuren
  • 1 µg Harnstoff
  • < 0,5 µg Ammoniak
  • 5-100 µg Talg (Fett)

Die Hauptkomponenten sind demnach Aminosäuren und Fette. Auf diese beiden Stoffen beziehen sich auch die im folgenden vorgestellten Methoden zur Sichtbarmachung latenter Fingerabdrücke.

1.1 Physikalische Methoden

Prinzip: Reagentien werden von einem der Bestandteile des Schweißes stärker als von der Unterlage angezogen.
Eignung: Materialien mit glatter Oberfläche (Glas, Kunststoff, Porzellan, ...)

Fingerabdruck

Abb. 1: Fingerabdruck auf einer Kunststoffoberfläche mit MoS2 [4]

1.2 Chemische Methoden

Prinzip: Reagentien reagieren mit einem der Bestandteile des Schweißes unter Bildung eines sichtbaren Produktes.
Eignung: Poröse Materialien wie Papier, Karton, Holz, ...

1.2.1 Färbung mit Ninhydrin

Ninhydrin wird auf die zu untersuchende Fläche aufgesprüht. Dabei reagiert das Ninhydrin mit den Aminosäuren die auf der Unterlage zurückgeblieben sind, unter Bildung eines blauen Komplexes.

Reaktionsmechanismus der Ninhydrinfärbung

Fingerabdruck mit Ninhydrin gefärbt

Abb. 2 : Reaktionsmechanismus der Ninhydrinfärbung

Abb. 3: Fingerabdruck mit Ninhydrin gefärbt [4]

1.2.2 Färbung mit Cyanacrylsäureester (Sekundenkleber)

Cyanacrylsäureester (häufiger Bestandteil in Sekundenklebern) wird in einer speziellen Verdampfungskammer, in der sich das zu untersuchende Objekt befindet, verdampft. Dabei polymerisiert der Ester an einem Fingerabdruck. Nach einer Zeit kann man den Fingerabdruck mittels verschiedener Methoden sichtbar machen  (z.B. UV-Licht).

Reaktionsmechanismus der Cyanacrylsäureesterfärbung

Fingerabdruck mit Cyanacrylsäureester gefärbt

Abb. 4: Reaktionsmechanismus der Cyanacrylsäureesterfärbung [4]

Abb. 5: Fingerabdruck mit Cyanacrylsäureester gefärbt [4]


2 Alkohol- und Drogenmissbrauch

Immer häufiger müssen Straftaten aufgeklärt werden, die mit Alkohol- und Drogenmissbrauch zu tun haben. Dabei spielen chromatographische und spektroskopische Methoden eine besondere Rolle.

2.1 Blutalkoholbestimmung

Die einzige Möglichkeit den Blutalkoholspiegel exakt zu ermitteln, d.h. eine beweiskräftige Bestimmung durchzuführen, ist die Blutentnahme. Dabei wird eine bestimmte Menge des zu untersuchenden Blutes in einen Gaschromatographen eingespritzt. Bereits nach wenigen Minuten kann der Messwert, anhand des Ethanol-Peaks im Spektrum, ermittelt werden. Eine mathematische Operation ermöglicht dann den Rückschluss auf den Blutalkoholspiegel in Promille. 

2.2 Nachweis von Drogenart und -herkunft

Sogenannte "harte" Drogen, wie z.B. Heroin oder Cocain, werden auf gleiche Weise quantitativ bestimmt. Bei der qualitativen Bestimmung wird zusätzlich auf die Massenspektrometrie zurückgegriffen.

Bei der qualitativen Bestimmung werden kleine Mengen der zu untersuchenden Proben in ein Massenspektrometer gegeben. Anhand der dabei ermittelten Molmassen können Rückschlüsse auf die Drogenart gemacht werden.

Durch die Kombination von Massenspektrometer mit einem Gaschromatographen (GC-MS) wird es sogar möglich die Drogenherkunft zu ermitteln. Dealer verwenden oft verschiedene Zusatzstoffe (z.B. Zucker, ...), um ihre Drogen zu "strecken". Anhand eines solchen GC-MS-Spektrums wird es nun möglich einen sichergestellten Drogenfund einem möglichen Verdächtigem zuzuordnen.

Anhand obiger Spektren ist eindeutig nachzuweisen, dass Kunde 1 beim Dealer seine Drogen gekauft haben muss, da in dessen Drogenprobe kein Methaqualon (Abb. rechts, Peak 3) gefunden wurde.


3 Brandstiftung

Oftmals versuchen Personen durch einen geschickt inszenierten Versicherungsbetrug, ihrer finanziellen Notlage zu entkommen. Die Polizei muss auch mit derartigen Delikten zurechtkommen. Bei der Aufklärungsarbeit solcher Fälle kommen vor allem wieder gaschromatographische Verfahren zum tragen. Die Untersuchung von Brandschutt, kann hierbei auf die richtige Spur führen, da brandfördernde Stoffe (Brandbeschleuniger, wie z.B. Benzin, ...) im Gaschromatogramm nachgewiesen werden können.

GC-Spektrum-Brand mit Spuren von Benzin

GC-Spektrum-Brand von reinem Benzin

GC-Spektrum-Brand mit normalem Brandschutt

Abb. 6: GC-Spektren von Brandschutt mit Spuren von Benzin (a), reinem Benzin (b) und "normalem" Brandschutt (c) [4]


4 Fälschungen

Um Urkundenfälschungen nachweisen zu können, bedient man sich der Dünnschichtchromatographie (DC). Dabei wird z.B. Kugelschreibertinte auf eine Kieselgelplatte (stationäre Phase) aufgetragen. Durch ein geeignetes Lösungsmittel (Laufmittel) kann die zu untersuchende Tinte, beispielsweise aus einem Dokument, dann in ihre einzelnen Komponenten zerteilt werden. Ausschlaggebend hierfür ist die Polarität der verschiedenen Bestandteile, da diese unterschiedlich stark an der stationären Phase haften und somit schneller oder langsamer mit der Laufmittelfront wandern.

DC verschiedener Tintenarten

Abb. 7: DC verschiedener Tintenarten [4]

5 DNA-Fingerprinting

Die modernste und zugleich auch neueste Möglichkeit einen Täter zu überführen ist der sog. "genetische Fingerabdruck". Dabei genügen kleinste Mengen an DNA-Proben am Tatort. Diese DNA-Proben werden mit Restriktionsenzymen behandelt. Die dadurch entstandenen Teilstücke werden anschließend mittels Gelelektrophorese getrennt. Ein Vergleich der Bandenmuster der DNA des möglichen Täters und der am Tatort sichergestellten DNA führt zur Aufklärung. 


Zusammenfassung: Eine gängige Methode Täter zu überführen ist die Daktyloskopie. Die Fingerabdrücke von Menschen lassen sich in drei Großgruppen einteilen. Diese sind Schleifen-, Wirbel- und Bogenmuster. Mit Hilfe von chemischen und physikalischen Methoden können Fingerabdrücke sichtbar gemacht und mit vorhandenen abgeglichen werden. Viele Straftaten werden unter dem Einfluss von Drogen oder Alkohol begangen. Diese Stoffe werden durch Gaschromatografiemessungen des Blutes nachgewiesen. Die eingenommenen Drogen können auf Grund genauer Messungen zu ihrem Ursprung zurückverfolgt werden. Des Weiteren kann so auch die Art exakt ermittelt werden. Bei einem Brand werden ebenfalls Gaschromatografiemessung durchgeführt. Diese lassen Schlüsse auf Brandbeschleuniger zu. Fälschungen können mit Hilfe von Dünnschichtchromatografie ermittelt werden. Diese zeigen die Zusammensetzungen von Mischungen auf. Ähnlich wie bei Fingerabdruck-Verfahren können DNA-Spuren gezielt auf eine Person zurückverfolgt werden, in dem für die Person charakteristischen Bandensequenzen aufgeschlüsselt und mit der Datenbank abgeglichen werden.

Abschluss 1: Urteile werden Heut zu Tage im Gerichtssaal gefällt, nach Ermittlungen durch die Kriminalpolizei und Auswertungen von den Ergebnissen. Neben den forensischen Ergebnissen wird auf Zeugenaussagen zurückgegriffen.

Abschluss 2: Mord verjährt nicht. Die Forensik wird für immer wichtig bleiben. Die Neuerungen in der Forensik sind:

  • Scanovis: ist ein neues Programm zur Fingerabdruckuntersuchung und des Vergleiches.
  • Datenrekonstruktion von Handys, Tablet's, PC's und Laptops, um Hinweise zu finden.
  • Des weiteren wird die Zusammenarbeit zwischen unterschiedlichen Behörden und Ländern immer weiter verbessert, was zu verbesserten Aufklärungsraten führt.

Literatur:

  1. Kaye, Brian H.: Mit der Wissenschaft auf Verbrecherjagd, VCH-Verlag, Weinheim, 1997.
  2. Hesse, M.; Meier, H.; Zeeh, B.: Spektoskopische Methoden in der org. Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgart, 3. Auflage, 1987.
  3. Gerber, Samuel: Chemistry and Crime, American Chemical Society, Washington D.C., 1983.
  4. Lipscher, Juraj: Chemie in unserer Zeit, 32. Jahrg./Nr. 3, Wiley-VCH, Weinheim, 1998. https://doi.org/10.1002/ciuz.19980320305
  5. Campell, Neil A.: Biologie, Spektrum Verlag, Heidelberg, 1997.
  6. Koolman, Jan; Moeller, Hans; Röhm, Klaus-Heinrich: Kaffee, Käse, Karies, ...- Biochemie des Alltags, Wiley-VCH, Weinheim, 1. Auflage, 1998.
  7. Behrens, Michael; Roth, Richard: Biometrische Identifikation, Springer 2001, S. 83
  8. https://www.chem-page.de/experimente/90-chemolumineszenz-mit-luminol.html, 21.01.2019
  9. http://www.chemieunterricht.de/dc2/energie/v-lumino.htm, 21.01.2019
  10. http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_lumin.html, 21.01.2019
  11. http://www.chemie.uni-jena.de/institute/oc/weiss/Luminol.htm, 21.01.2019
  12. https://www.meine-weltderwunder.de/allgemein/forensik/, 21.01.2019
  13. https://www.nlm.nih.gov/visibleproofs/galleries/technologies/marsh.html, 21.01.2019
  14. http://www.sloughhistoryonline.org.uk/ixbin/hixclient.exe?%3Dtheme_record_id=sl-sl-williamjamesherschel&_IXFIRST_=1&_IXMAXHITS_=1&a=query
    &f=generic_theme.htm&p=slough, 21.01.2019
  15. https://www.planet-wissen.de/gesellschaft/verbrechen/rechtsmedizin/pwiedrmarkbenecke100.html, 21.01.2019
  16. Czerner, Frank: Digitale Forensik zwischen (Online-) Durchsuchung, Beschlagnahmung und Datenschutz, In: Labudde, Dirk und Spranger, Michael (Hrsg.): Forensik in der digitalen Welt. Moderne Methoden der forensischen Fallarbeit in der digitalen und digitalisierten realen Welt, Springer Spektrum, Berlin, 2017, S 265 300.
  17. Jackson, A.; Jackson, J.: Forensic Science, Pearson, Essex, 2004.

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