Использование методов термического анализа для решения вопросов судебно-медицинской экспертизы костных останков

Научно-техническая революция, затронувшая в последние годы различные отрасли науки и техники, привела к разработке новых лабораторных методов исследований биологических объектов с целью решения многих важных вопросов судебно-медицинской практики. Внедрение принципиально новых физико-химических методов экспертизы вещественных доказательств позволяет получить максимально полную информацию как диагностического, так и идентификационного плана.

С этой целью в лаборатории исследования вещественных доказательств Пермского областного бюро СМЭ совместно с сотрудниками кафедры неорганической химии Пермского государственного университета исследовалась костная ткань человека методами термического анализа.

Методы термического анализа и особенно термогравиметрии нашли широкое применение в различных физико-химических исследованиях (Уэндландт У.). По термоаналитическим кривым определяют отдельные стадии термического разложения, убыль массы, оценивают природу термических эффектов (эндо- и экзотермических) и др. Термический анализ издавна используют для изучения фазового состава природных объектов. При проведении судебно-медицинской экспертизы обгоревших останков нередко необходимо установить температуру кремации, видовую, половую и возрастную их принадлежность. Методы термического анализа в принципе дают возможность решать некоторые из этих вопросов, но до сих пор, судя по литературным данным, они для этих целей не применялись.

Цель настоящей работы заключается в выяснении возможностей метода и, в частности, дериватографии для получения качественных различий и закономерностей изменения термоаналитических кривых в зависимости от степени кремации образца и полученных данных для СМЭ.

Экспериментальная часть. Для регистрации термоаналитических кривых применялся «Q-дерцватограф-1500Д» фирмы MOM (Венгрия) с помощью которого регистрировали температуру образца, разность температур между образцом и эталоном, изменение массы образца, производную массы'по времени.

Фрагмент компактного слоя бедренной кости механически раздробляли до частиц с размерами 2—5 мм. Образцы кости брали в исходном состоянии, кроме того для моделирования частичной или полной кремации объект подвергали одночасовой выдержке в муфельной печи при постоянной температуре, равной 100—800° С и 1100° С. После охлаждения пробу определенной массы помещали в кварцевый тигель прибора и подвергали термоаналитическому исследованию. Опыт проводили в воздушной среде при следующих условиях: нагрев от комнатной температуры до 1000° С со скоростью 5,10 и 20 град/мин. В качестве эталона взят прокаленный оксид алюминия. Масса навески 80— 100 мг. Чувствительность по ТГ 50 мг, ДТА — 500 цВ, ДТГ — 500 цВ.

Результаты и их обсуждение. Скорость нагрева влияет на разрешение (четкость разделения) пиков и время проведения анализа. По этим критериям оптимальной выбрана скорость нагревания 20 град/мин, при которой анализ длится 50 мин.

На рис. 1 представлены результаты нагревания костной ткани, не подвергнутой предварительной термообработке, где Т — изменение температуры исследуемого образца во времени, ДТА — кривая дифференциально-термического анализа, т. е. разность температур между образцом и эталоном, ТГ — термогравиметрическая кривая, т. е. масса образца в различные моменты времени, ДТГ — производная массы по времени. Как видно, исходный образец, не подвергнутый предварительной термообработке, дает кривую с четырьмя ступенями потери массы, отвечающими четырем стадиям разложения. Им соответствуют четыре эффекта на кривой ДТА: первой ступени — очень незначительный эндометрический (Mi), а остальным — экзотермические эффекты (Мг — М₄), причем на третьей ступени он самый большой. Первая стадия (Ami) в области температур 40—200° С соответствует потере относительно летучих компонентов, очевидно, воды; вторая (Дт₂) и последующие стадии (Дт₃ и А/П4) — потере компонентов с последовательно уменьшающейся летучестью. Последняя ступень убыли массы одна, но на кривой ДТГ видно, что этот процесс представляет собой две перекрывающиеся стадии, однако с четко выраженными экстремумами на кривой ДТГ.

Для образца, предварительно выдержанного 1 ч при 100° С в муфельной печи, характер ТГ-кривой меняется (рис. 1, кривая 2). На ней вторая стадия массопотерь сливается с третьей. Аналогичная картина, но с меньшими массопотерями наблюдается для образцов, обработанных при 200, 300 и 400° С. Кость, прокаленная при 500° С, теряет массу на первой и четвертой стадиях, а вторая и третья отсутствуют (рис. 1, кривая 3). Образцы, прокаленные при 800° С и выше, вообще, не дают изменений массы, так как в этих условиях все летучие компоненты кости удалены.

Рис. 1. Результаты термического анализа костной ткани человека
ТГ-кривые образцов с различной температурой предварительной термообработки: 1— без термообработки, 2 — 100° С, 3 — 500° С.

Таблица 1

Зависимость величины массопотерь от степени предварительного нагрева образца

— образец не подвергнут предварительной термообработке.

Из рис. 2 видно, что по мере возрастания температуры предварительного обжига потери массы на 1—3 стадиях уменьшаются, так как количество летучих компонентов в образце становится все меньше. Компоненты, удаляющиеся на второй и третьей стадиях (суммарная кривая 2), уже не регистрируются в образцах, прокаленных при температуре 400° С; а вода, удаляющаяся на первой стадии (кривая 3) не обнаруживается после прокаливания при 700° С. Вид кривой 4 массопотерь на последней стадии разложения указывает на то, что вначале до температуры термообработки, равной 400° С, масса теряется интенсивно. На этом отрезке летучий продукт выгорает или, возможно, идет процесс разложения с его удалением. При 400° С скорость этой реакции максимальна. При более высокой температуре термообработки летучего продукта становится все меньше, а значит и меньше последняя ступенька термогравиметрической кривой. Если же температура при термообработке 800° С, то весь продукт уже удален и при последующем нагревании такого образца ступень совершенно отсутствует.

Из практических задач СМЭ метод был использован для определения температуры кремации. Экспертизе были подвергнуты обгоревшие костные останки трупа гражданки Н. 35 лет. На основании установленных выше закономерностей сделан вывод, что температура кремации не превышала 100° С.

Рис. 2. Зависимость величины массопотерь от степени предварительного нагрева образца костной ткани человека: 1—на первой стадии, 2—на второй и третьей стадиях, 3 — на четвертой стадии, 4 — общие потери

В настоящее время ведутся работы по установлению видовой принадлежности и возрастной динамики по мелким костным фрагментам, изъятым на пожарищах.