5-Br-PADAP分光光度法測定手掌面鍍鋅工具遺留印跡的鋅含量

楊瑞琴、邢 卓、周 紅

1. 中國人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院、北京 100076 2. 公安部物證鑒定中心、北京 100038

5-Br-PADAP分光光度法測定手掌面鍍鋅工具遺留印跡的鋅含量

楊瑞琴1、邢 卓1、周 紅2

1. 中國人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院、北京 100076 2. 公安部物證鑒定中心、北京 100038

研究2-(5-溴-2吡啶偶氮)-5-二乙氨基苯酚(5-Br-PADAP)分光光度法測定手掌面鍍鋅工具遺留印跡的鋅含量?？疾炝司彌_液用量、pH、顯色劑用量等反應(yīng)條件對(duì)測定的影響； 在優(yōu)化好的條件下、建立了標(biāo)準(zhǔn)曲線并測定了不同接觸時(shí)間、時(shí)間間隔條件下手掌面鍍鋅工具遺留印跡的鋅含量。研究結(jié)果表明、pH 8.0的硼砂-硼酸緩沖液4 mL、1 g·L-1的5-Br-PADAP溶液0.2 mL以及10%曲拉通-X-100溶液1 mL為最佳測定條件、在此條件下、Zn2+在0～14 μg范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系、回歸方程為y=1.851 34x+0.002 29； 在接觸時(shí)間10 s～5 min內(nèi)、手掌面鍍鋅工具遺留印跡鋅含量呈上升趨勢、在5～10 min內(nèi)趨于平緩、在接觸時(shí)間5 min時(shí)已基本達(dá)到飽和狀態(tài)、鋅含量在0.425～2.377 μg·cm-2； 手掌面鍍鋅工具遺留印跡鋅含量在間隔時(shí)間0～2 h急劇下降、在2～7 h內(nèi)下降的幅度逐漸變小、當(dāng)間隔時(shí)間達(dá)到7 h時(shí)、鋅含量僅為0.188 μg·cm-2、與間隔0 h鋅含量相比減少了約90%。因此、微量金屬顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)一定要盡早進(jìn)行。此外、不同間隔時(shí)間條件下手掌面鋅含量的變化規(guī)律與噴灑顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中遺留印跡強(qiáng)度變化并非完全對(duì)應(yīng)、這說明手掌面上的鋅含量并非唯一可以影響不同間隔時(shí)間條件下遺留印跡強(qiáng)度的因素。首次在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了Zn2+與蛋白質(zhì)結(jié)合后可以被絡(luò)合能力更強(qiáng)的5-Br-PADAP分子奪取出來而顯色的假設(shè)。運(yùn)用此種宏觀微觀相結(jié)合的方法進(jìn)行研究、有利于對(duì)微量金屬顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中各影響因素機(jī)理的探討、為進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。

法庭科學(xué)； 分光光度法； 2-(5-溴-2吡啶偶氮)-5-二乙氨基酚； 鋅

引 言

微量金屬顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)(trace metal detection test)[1]是一種通過顯現(xiàn)作案人與金屬工具接觸后遺留在皮膚上的微量金屬、反映金屬工具的外形輪廓和細(xì)節(jié)特征、從而證明作案人與金屬工具之間關(guān)聯(lián)性的檢測方法、此方法能夠?yàn)樾淌聜刹樘峁┢瓢妇€索以及為法庭審判提供關(guān)聯(lián)證據(jù)。

隨著此方法的廣泛應(yīng)用、專家用肉眼觀察定性評(píng)價(jià)所顯現(xiàn)遺留印跡的顯現(xiàn)效果已經(jīng)不能滿足證據(jù)鑒定的需要[2]。Avissar等[3]首次對(duì)不同接觸時(shí)間條件下手掌面鐵質(zhì)客體遺留印跡中鐵含量進(jìn)行了定量測定、但其所采用的測定方法準(zhǔn)確性較差； 王麗婷[4]報(bào)道了時(shí)間間隔因素也是影響遺留印跡顯現(xiàn)效果的主要因素、但相關(guān)定量測定尚屬空白； 此外、除了鐵質(zhì)工具外、鍍鋅工具也是犯罪現(xiàn)場的常用工具。由于鋅離子與鐵離子在配位能力上存在差異、尤其是在手面皮膚這樣復(fù)雜的生物基質(zhì)中、兩者的差異可能更加明顯。因此、有必要對(duì)不同接觸時(shí)間以及間隔時(shí)間下手掌面上鋅含量進(jìn)行測定。

采用2-(5-溴-2吡啶偶氮)-5-二乙氨基酚(5-Br-PADAP)作為Zn2+顯色劑。它是一種優(yōu)良的分析試劑、具有靈敏度高、毒性低等特點(diǎn)、已廣泛用于光度分析、色譜分析以及電化學(xué)分析[5]。實(shí)驗(yàn)中首先通過考察緩沖溶液用量、pH、顯色劑用量、曲拉通-X-100用量對(duì)測定的影響、優(yōu)化出測定Zn2+的最佳實(shí)驗(yàn)方法、并建立Zn2+的標(biāo)準(zhǔn)曲線。其次、按優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件測定不同接觸時(shí)間、時(shí)間間隔條件下、手掌面鍍鋅工具遺留印跡的鋅含量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

儀器：721型紫外-可見分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限公司)； PB-10型精密酸度計(jì)(德國賽多利斯有限公司)； BS124S型電子天平(德國賽多利斯有限公司)。

5-Br-PADAP溶液：1 g·L-1； 硼酸-硼砂緩沖溶液：pH值為7.2～9.2； 曲拉通-X-100溶液：10%； Zn2+標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 mg·mL-1和10 μg·mL-1。

1.2 方法

選取手掌面濕度為 “中等”的志愿者[4]、讓其手握鍍鋅管件(與皮膚接觸面積為20.5 cm2)一定時(shí)間并且間隔一定時(shí)間、到達(dá)預(yù)定時(shí)間后、用去離子水沖洗接觸部位、用表面皿收集提取液、收集后轉(zhuǎn)移到10 mL容量瓶中、待測。之后、取pH 8.0的硼砂-硼酸緩沖液4.0 mL于25 mL容量瓶中、依次加入1.0 mL上述提取液、10%曲拉通-X-100溶液1.0 mL、1 g·L-1的5-Br-PADAP溶液0.2 mL、用去離子水定容。在室溫靜置10 min后、移入1 cm比色皿中、以試劑空白做參比、在波長558 nm處測量其吸光度。在每次提取鍍鋅工具遺留印跡后、用熱水和洗手液洗手、間隔4 h后再進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳波長的選擇

按1.2中實(shí)驗(yàn)方法、在波長500～600 nm范圍內(nèi)掃描。結(jié)果表明、Zn2+-5-Br-PADAP的最大吸收波長位于558 nm。

2.2 反應(yīng)條件優(yōu)化

2.2.1 緩沖溶液pH的優(yōu)化

由于人體汗液的pH值大多分布在6.5～8.1之間[6]、同時(shí)5-Br-PADAP在弱堿性范圍內(nèi)顯現(xiàn)Zn2+的吸光度穩(wěn)定、因此將緩沖溶液的pH值設(shè)置在7.2～9.2范圍內(nèi)。結(jié)果表明、在pH值7.2～9.2的范圍內(nèi)吸光度基本穩(wěn)定、本實(shí)驗(yàn)選用pH 8.0的硼酸-硼砂緩沖溶液。

2.2.2 緩沖溶液用量優(yōu)化

考察了緩沖液用量對(duì)絡(luò)合物吸光度的影響。結(jié)果表明、緩沖溶液用量在1.0～5.0 mL吸光度基本穩(wěn)定、本實(shí)驗(yàn)選用緩沖溶液用量為4.0 mL。

2.2.3 顯色劑用量優(yōu)化

考察了顯色劑用量對(duì)絡(luò)合物吸光度的影響。結(jié)果表明、隨著顯色劑用量的增加、絡(luò)合物的顏色逐漸變深、在0.15～0.25 mL范圍內(nèi)吸光度穩(wěn)定且完全、本實(shí)驗(yàn)選擇顯色劑用量為0.20 mL。

2.2.4 曲拉通-X-100用量優(yōu)化

考察了曲拉通-X-100用量對(duì)絡(luò)合物吸光度的影響。結(jié)果表明、曲拉通-X-100用量對(duì)吸光度影響不大、主要起到增溶的作用、本實(shí)驗(yàn)選擇曲拉通用量為1 mL。

2.3 共存離子的影響及掩蔽

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

在優(yōu)化好的條件下、配制系列濃度2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0和14.0 μg·mL-1的Zn2+溶液、分別取1.0 mL置于25 mL容量瓶中、測定不同濃度Zn2+溶液與絡(luò)合物吸光度之間關(guān)系。結(jié)果表明、Zn2+在0～14 μg范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系、回歸方程為y=1.851 34x+0.002 29、R2=0.999 78、吸光系數(shù)ε558 nm=1.21×105L·mol-1·cm-1。

2.5 手掌面鍍鋅工具遺留印跡鋅含量的測定

采用單位面積內(nèi)鋅含量來評(píng)價(jià)手掌面鍍鋅工具遺留印跡的鋅含量、即在根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線測得鍍鋅客體遺留印跡的總鋅量后、用其與接觸部位面積做商。

2.5.1 不同接觸時(shí)間條件下手掌面鍍鋅工具遺留印跡鋅含量的測定

選取手掌面濕度為“中等”的志愿者[4]、讓其手握鍍鋅管件10 s～10 min、之后立即采用1.2中實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行提取、測定、實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出、隨著接觸時(shí)間的增加、手掌面鍍鋅工具遺留印跡的鋅含量呈上升趨勢、在5 min基本達(dá)到飽和狀態(tài)、這可能是因?yàn)橄绒D(zhuǎn)移到手掌面的Zn2+阻礙了汗液和鍍鋅工具的進(jìn)一步接觸[7]； 從圖1還可以看出、在10 s～10 min、手掌面鍍鋅工具遺留印跡的鋅含量為0.425～2.377 μg·cm-2。由此可見、手掌面通過與鍍鋅工具接觸而轉(zhuǎn)移的Zn2+屬于微量級(jí)、而且人們的日?；顒?dòng)以及皮膚自身的絡(luò)合都會(huì)導(dǎo)致其含量進(jìn)一步降低、因此微量金屬顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)務(wù)必要盡早進(jìn)行。

圖1 不同接觸時(shí)間下手掌面鍍鋅工具遺留印跡鋅含量

2.5.2 不同時(shí)間間隔條件下手掌面鍍鋅工具遺留印跡鋅含量的測定

選取手掌面濕度為“中等”的志愿者、固定接觸時(shí)間為3 min、分別間隔0～7 h后采用1.2實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行提取、測定、實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出、隨著間隔時(shí)間的增大、手掌面鍍鋅工具遺留印跡的鋅含量逐漸減少、當(dāng)達(dá)到7 h時(shí)、鋅含量僅為0.188 μg·cm-2、與0 h鋅含量相比減少了約90%、這可能是由于隨著間隔時(shí)間的增大、與手掌面上的角蛋白絡(luò)合的Zn2+增多[8]、Zn2+隨金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白穿過表層皮膚進(jìn)入真皮[9]以及部分與蛋白質(zhì)結(jié)合的Zn2+通過自然脫落的方式損失[10]、從而導(dǎo)致手掌面鍍鋅工具遺留印跡鋅含量下降。

在噴灑顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中、手掌面鍍鋅工具遺留印跡強(qiáng)度隨時(shí)間間隔增大而減弱。在間隔1～2 h時(shí)、遺留印跡強(qiáng)度減弱程度不大、但在間隔2～7 h時(shí)、遺留印跡的強(qiáng)度急劇減弱； 而手掌面上鍍鋅工具遺留印跡鋅含量在間隔1～2 h內(nèi)卻急劇下降、在2～7 h減弱程度放緩、如圖2所示。二者存在明顯的差別、這說明手掌面上的Zn2+含量并不能完全決定鍍鋅工具遺留印跡的強(qiáng)度、它只是Zn2+參與反應(yīng)的一種形式。當(dāng)間隔1～2 h時(shí)噴灑5-Br-PADAP溶液、除游離態(tài)的Zn2+外、已與角蛋白結(jié)合的Zn2+[11]會(huì)被絡(luò)合能力更強(qiáng)的5-Br-PADAP分子奪取出來而顯色、從而在手掌面上鋅含量急劇減少的情況下、鍍鋅工具遺留印跡仍保持較高強(qiáng)度； 但若時(shí)間間隔進(jìn)一步增大、游離態(tài)的Zn2+進(jìn)一步減少、而且較早與角蛋白結(jié)合的Zn2+會(huì)與角蛋白生成更加穩(wěn)定的絡(luò)合物、從而難以被奪取出來、由此5-Br-PADAP分子只能與少量游離態(tài)的Zn2+以及較晚與角蛋白結(jié)合的Zn2+絡(luò)合、遺留印跡強(qiáng)度急劇下降?？傮w來說、隨著時(shí)間間隔的增大、與角蛋白結(jié)合的游離態(tài)Zn2+增多、生成Zn2+-角蛋白穩(wěn)定絡(luò)合物越來越多以及其他方式損失的Zn2+增多三方面因素共同造成了遺留印跡的強(qiáng)度的減弱。

圖2 不同時(shí)間間隔下手掌面鍍鋅工具遺留印跡鋅含量

3 結(jié) 論

以5-Br-PADAP為顯色劑、通過優(yōu)化緩沖溶液用量、pH、顯色劑用量、曲拉通-X-100用量等條件、建立了測定手掌面鍍鋅工具遺留印跡鋅含量的光度分析法、并測定了不同接觸時(shí)間、不同時(shí)間間隔條件下手掌面鍍鋅工具遺留印跡的鋅含量。

研究結(jié)果表明、在接觸時(shí)間10 s～5 min內(nèi)、手掌面鍍鋅工具遺留印跡鋅含量成上升趨勢、在5～10 min內(nèi)趨于平緩、在接觸時(shí)間5 min時(shí)已基本達(dá)到飽和狀態(tài)、鋅含量在0.425～2.377 μg·cm-2、屬于微量級(jí)別； 在間隔時(shí)間0～7 h內(nèi)、手掌面鍍鋅工具遺留印跡鋅含量在間隔時(shí)間0～2 h急劇下降、2～7 h內(nèi)下降的幅度逐漸變小、當(dāng)達(dá)到7 h時(shí)、鋅含量僅為0.188 μg·cm-2、與間隔0 h鋅含量相比減少了約90%。因此、微量金屬顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)一定要盡早進(jìn)行。此外、不同間隔時(shí)間條件下手掌面Zn2+含量的變化規(guī)律與噴灑顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中遺留印跡強(qiáng)度變化并非完全對(duì)應(yīng)、這說明手掌面上的Zn2+并非唯一可以影響遺留印跡顯現(xiàn)效果的因素、首次在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了Zn2+與蛋白質(zhì)結(jié)合后還可以被絡(luò)合能力更強(qiáng)的5-Br-PADAP分子奪取出來而顯色的假設(shè)。運(yùn)用此種宏觀微觀相結(jié)合的方法進(jìn)行研究、有利于對(duì)各影響因素機(jī)理的探討、為進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。

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Spectrophotometric Determination of the Amount of Zinc on the Imprint Left on Hands by Zinc Coatings with 5-Br-PADAP as the Chromogenic Reagent

YANG Rui-qin1,XING Zhuo1,ZHOU Hong2

1. School of Forensic Science,People’s Public Security University of China,Beijing 100076,China 2. Institute of Forensic Science,Ministry of Public Security,Beijing 100038,China

Spectrophotometric determination of the amount of zinc on the imprint left on hands by zinc coatings with 2-(5-Bromo-2-pyridylazo)-5-(diethylamino)-phenol (5-Br-PADAP) as a chromogenic reagent has been studied in this paper. The effect of reaction conditions including volume and pH of buffer solution as well as the volume of chromogenic reagent on the determination has also been studied. On the optimized condition,the standard curve of zinc has been established and the amount of zinc on the imprint left on hands by zinc coatings with different contact time and time elapse has been determined separately. As the results shown,the optimized reaction condition is 4 mL of boric acid and borax buffer solution(pH 8.0),0.2 mL of 5-Br-PADAP with the concentration of 1 g·L-1and 1 mL of Triton-X-100 with volume fraction of 10%. Under this circumstance,high linearity of zinc is followed between 0 and 14 μg and the regression equation of zinc isy=1.851 34x+0.002 29. The amount of zinc on the imprint left on hands by zinc coatings,ranging from 0.425 to 2.377 μg·cm-2,increases with contact time from 10 second to 5 min and varies insignificantly from 5 to 10 min. The amount of zinc left on hands declines sharply with time elapse from 0 h to 2 h,and then slowly from 2 to 7 h. The amount of zinc within 7 h is only 0.188 μg·cm-2,which is 90% lower than that of 0 h. Therefore,it is suggested that the trace metal detection should be conducted as soon as possible. Besides,the amount of zinc on the imprint left on hands by zinc coatings with different time elapse is not entirely comply with the intensity of imprint left by zinc coatings. This demonstrates that the amount of zinc on hands is not the only factor influencing the intensity of imprint on hands with different time elapse. Additionally,it also proves the hypothesis that zinc in the complex of zinc and protein can be captured and bonded by 5-Br-PADAP resorting to a stronger chelating capacity in the experiment for the first time. The application of the combined methods in a macro and micro view is useful for study in mechanism of influencing factors in trace metal detection,which lays foundations l for further researches.

Forensic science； Spectrophotometry； 5-Br-PADAP； Zinc

Jul. 18,2015; accepted Nov. 5,2015)

2015-07-18、

2015-11-05

公安部技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2015JSYJB05)、劉耀院士專項(xiàng)(2016-ZZ-01)資助

楊瑞琴、女、1971年生、中國人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授 e-mail：rqyang1971@yahoo.com

O657.3

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)12-4017-04