Działanie czynników mechanicznych oraz termicznych na morfologię włosów ludzkich i zwierzęcych

MECHANICZNYCH ORAZ TERMICZNYCH

EFFECT OF MECHANICAL AND THERMAL FACTORS

ON THE STRUCTURE OF HUMAN

AND ANIMAL HAIR

Magda Dobosz*, Beata Kalska Szostko

Chemii, Uniwersytet w

1K, 15-245 Polska

*e-mail: m.dobosz@uwb.edu.pl

Abstract

Wprowadzenie 1. Metoda

2.

3. Charakterystyka ludzkich oraz poddanych

3.1.

3.2.

4. Charakterystyka ludzkich i poddanych

Mgr Magda Dobosz - w

doktorantka w Szkole

w zakresie nauk chemicznych.

https://orcid.org/0000-0002-3263-6826

Dr hab. Beata Kalska Szostko adiunkt na Wydziale Chemii na Uniwersytecie otrzymywaniem

i

Syntezy i Analizy BioNanoTechno UwB -

i technikami obrazowania.

https://orcid.org/0000-0002-6353-243X

ABSTRACT

The main purpose of the presented study was to investigate and compare the influence of mechanical and thermal factors on the morphology of human and animal hair. Several factors that may occur during criminal offenses were

selected for testing including cutting by a scalpel or scissors, damaging by a hammer; and high, or low-temperature thermal treatment (heating for 1h, or 24

hours at elevated temperatures and as well as freezing for 24

hours at - or for 10 minutes in liquid nitrogen (- The impact of selected mechanical and temperature factors on human and animal hair was made

mainly on the basis of Scanning Electron Microscopy (SEM). Moreover, the elemental composition of the hair was investigated and analyzed using an EDX

(Energy - Dispersive X-ray) spectrometry. Performed tests show the degree of human hair degradation depending on the examined factor and time.

Keywords: energy-dispersive X-ray spectroscopy, hair tests, forensic chemistry, scanning electron microscopy

kluczowe: badania

mikroskopia elektronowa, spektroskopia r

WPROWADZENIE

z w badaniach kryminalistycznych

nazywane biologicznymi. nich trzy grupy

biologicznych: tkanki (krew, i paznokcie, fragmenty wydzieliny ( pot, nasienie) oraz wydaliny (mocz, wymiociny,

one kluczowym informacji dla kryminalistycznych zrekonstruowanie zdarzenia, ze na

pozostawienia biologicznego przez wszystkich jako

jeden z biologicznych z osoby w

otoczeniu miejsca, w one znalezione [1-2]. zadaniem eksperta jest ustalenie czy jest nienaruszony, czy

w wyniku w jego morfologii zmiany.

cztery podstawowe rodzaje natury biologicznej, mechaniczne, fizyczne i chemiczne. Uszkodzenia biologiczne zwane inaczej naturalnymi, spowodowane

na np.: atmosferycznych wiatru, mrozu, deszczu),

wody gnilnych, itp. Do mechanicznych dochodzi

innymi podczas: czesania, mycia, drapania, zaplatania, ocierania, lub/i podczas w do przemocy fizycznej, czyli do szarpania lub wyrwania Uszkodzenia termiczne, to innymi zastosowanie zbyt wysokiej temperatury podczas kosmetycznych, np.: suszenia, prostowania

intencjonalne podpalenie lub

z kryminalistycznymi [3-5]. Uszkodzenia chemiczne to m.in.

postepowanie z (farby, lub

specjalne destruktywne potraktowanie substancjami chemicznymi itp.

wybranych substancji chemicznych na ludzkie opisane w artykule [6].

Standardowo znaleziony na danym miejscu poddawany jest analizie w celu ustalenia jego czy jest to ludzki, czy z jakiej rasy,

pochodzi, jaki ma kolor, czy jest naturalny lub farbowany oraz w jaki samoistnie, poprzez wyrwanie, itp. [2, 5].

Wszystkie te informacje poprzez ze

oraz ludzkich i

od W z podobnych do siebie

z z trzech

korzenia w i w tkanki;

ponad wolnego szczytowej,

niekiedy ostro niespotykanej w innych rodzajach np. pachowych [7-8]. z licznych organicznych i nieorganicznych,

czemu w zdrowym takie pierwiastki jak: (C), tlen (O),

azot (N), (H), (S) oraz (Ca), magnez (Mg), (Fe), (Cu),

mangan (Mn) i cynk (Zn). Natomiast podstawowym organicznym budulcem

jest: - keratyna aminokwasy: alifatyczne, aromatyczne oraz

heterocykliczne. Keratyna w trzonie tworzy ze

poprzez grup S-H S-S oraz poprzez chemiczne

z innymi Wynikiem tego jest oraz ich

Kolejnym jest melanina, pigment, w

stopniu odpowiada za obecnymi we

lipidowe z sebum oraz apokrynowych.

one z wolnych mono, di- i woskowych,

i alkoholi [9-12]. cych we

od koloru wieku jak pory roku, stylu stosowanych

i [13,14].

W niniejszej pracy wykorzystano skaningowej mikroskopii elektronowej

z SEM/EDX (Scanning Electron Microscopy/

Dispersive X-ray Spectroscopy) ze na jednoczesnego obrazowania (poznanie morfologii) i analizy chemicznego Celem

sprawdzenie mechanicznych oraz wysokiej lub niskiej

temperatury na (ludzkich i a poznanie ich

1. METODA

temperatu

w temperaturze - -

naturalnie obrazowano za

analizie pokrywano cie (5 nm) (Au) za

2.

Rys. 1.

Rysunek 1.

odpowiednio: (A, C) 1000x, (B, D) 5000x

Figure 1. SEM photo of reference hair: (A, B) human and (C, D) animal magnification: (A, C) - 1000x, (B, D) - 5000x

(B, D) i

Tabeli 1.

Rysunek 2.

Figure 2. The EDX spectrum of reference hair: (A) human, (B) animal

Tabela 1.

analiza EDX)

Table 1. Elemental composition of reference hair: (A) human, (B) animal (quantitative EDX analysis)

Pierwiastek

C 46,2 57,8

N 18,0 13,0

O 29,6 24,6

S 3,6 3,5

Ca 1,8 0

Na 0 0,5

Cl 0,7 0,5

, azot (N), tlen (O), siarka (S), co

modyfikowanych czynnikami temperaturowymi oraz mechanicznymi.

3.

3.1.

- - ek

godziny umiarkowanej temperatury ujemnej (-

i czas (-

zne, jak w poprzednim przypadku. Ubytki w powierzchni

ludzkich w

Rysunek 3.

temperatury: (A, C) - azotem

Figure 3. SEM photos of hair (A, B) human, (C, D) animal, subjected to temperature (A, C) - hours, (B, D) 10 minutes liquid nitrogen, respectively

(Rys. 4). Zestawienie

procentowym zobrazowano na wykresie (Rys. 5).

ludzkie oraz - i -

ujemne.

Rysunek 4. B) ludzkich, (C, D) -

Figure 4. EDX spectra representing changes in the chemical composition of hair (A, B) human, (C, D) animal, subjected to temperature (A, C) -

nitrogen, respectively

Rysunek 5.

- -

Figure 5. Graphical presentation of the elemental composition of human and animal hair subjected to

temperature - -

w temperaturze -

referencyjnej.

3.2.

TEMPERATURY

-

ie [16]. W przypadku

Na Rys

ludzkich (A- -F) wygrzewanych przez 24 godziny

w

Rysunek 6. -F) ludzkich, (G-

Figure 6. SEM images of: (A-F) human and (G-L) animal hair subjected to temperature: (A, B, G, H)

24 hours, respectively

MECHANICZNYCH ORAZ TERMICZNYCH 835

Rysunek 7. -C) ludzkich, (D-F)

przez 24 godziny

Figure 7. EDX spectra representing changes in the chemical composition of: (A-C) human, (D-F) animal

respectively

N

Rysunek 8.

Figure 8. Graphical presentation the elemental composition of (A) human and (B) animal hair resulting from heat treatment.

z

w temperaturze 100- -

miast, w obu przypadkach, obserwowany jest wzrost

w testach niskotemperaturowych.

Po

[17-

w postaci np. NO2, NO3, CO2, CO, C, NH3 SCS, SCO [11, 19-22]. Natomiast

obserwowany wzrost siarki to przyczyna wnikania grup budulcowych materii w

Przyczy

4.

ECHANICZNYCH

tym

- -

czynnikami zestawiono na Rys. 9 - 12.

Rysunek 9. (A-C) ludzkich, (D-

Figure 9. SEM images of hair: (A-C) human, (D-F) animal subjected to (A, D) a scalpel, (B, E) a scissors, (C, F) a hammer, respectively

-ostrych. W tym przypadku, na przekroju zie z licznymi rozgniecionymi

Rysunek 10. -C, G-I) ludzkich, (D-F, J-

Figure 10. SEM images of hair: (A-C, G-I) human, (D-F, J-L) animal subjected to low temperature and then subjected to: (A, D, G, J) a scalpel, (B, E, H, K) a scissors, (C, F, I, L) a hammer, respectively

Na Rys. 10 (A-

- oraz -

(B, E

do p

w zobrazowanych pierwotnych, bez na ich pochodzenie

(Rys.

Rysunek 11.

Figure 11. SEM images of human hair, subjected to high temperature and then to: (A, D, G) a scalpel, (B, E, H) a scissors, (C, F, I) a hammer, respectively

tym

Temperatury

rozerwanie na nich pustka.

Rysunek 12.

Figure 12. SEM images of animal hair, subjected to high temperature and then to: (A, D, G) a scalpel, (B, E, H) a scissors, (C, F, I) a hammer, respectively

gdzie poddano je dzia

bardzo co jest spowodowane

W - efektem uderzenia jest

zanik elast

wysokich e

a)

- (-

b)

24

na powierzchni

i do

ciowa pierwiastkowego wygrzewanych ludzkich i pozwala

c) mechanicznych

uderzenie,

z -

wanie

[1] I. Bogusz, M. Bogusz, Technika Krymi Policji, Legionowo, 2013.

[2] - Ujawnianie, zabezpieczanie, wykorzystanie,

Warszawa, 2007.

[3] W.D. Douglas, Forensic Science Communications, 2000, 5 [archives.fbi.gov 15.10.2020].

[4] M.M. Houck, Forenic Sci Rev., 2005, 17, 51.

[5] K. Steck-Flynn, Forensic Science, Trace & DNA, 2013 [crimeandclues.com 15.10.2020].

[6] M. Dobosz, B. Kalska 74, 2020, 453.

[7] A. Bochenek, M. Reicher,

[8] B. Bhushan, Nanomechanical, and Nano Tribological Studies, 2010.

[9] 65, 1019.

[10] N. Chen, B. Bhushan, J. Microsc., 2005, 220.2, 96.

[11]

[12] R.D.C. Comis Wagner, P.K. Kiyohara, M. Silveira, I. Joekes, J. Microsc., 2017, 226, 54.

[13] F.I. Abdulrahman, J.C. Akan, Z.M. Chellube, M. Waziri, World Environment 2012, 2, 81.

[14] S. Robertson, News Medical Life Sciences, 2019.

[15] 10, 133.

[16] E. Pangerl, K. Igowsky, JASTEE, 2015, 6, 17.

[17] P. Hallegot, R. Peteranderl, C. Lechene, J. Invest. Dermatol., 2004, 122, 381.

[18] A. Coroaba, A.E. Chririac, L. Sacarescu, T. Pinteala, B. Minea, S.A. Ibanescu, M. Pertea, A.

Moraru, I. Esanu, S. Maier, A. Chiriac, M. Pinteala, PeerJ, 2020, 8.

[19] C. Popescu, C. Gummer, J. Coset. Sci., 2016, 38, 433.

[20] C.R.R.D. Lima, L.D.B. Machado, M.V.R. I Velasco, in., J Therm Anal Calorim, 2018, 132, 1429.

[21] M. Brebu, L. Spiridon, J. Anal. Appl. Pyrolysis, 2011, 91, 288.

[22] R. Rigoletto, G. Zhang, T. Gilecce, L. Foltls, i in., JCS, 2011, 62, 265.

[23] F.J. Wortmann, G. Wortmann, J. Marsh, K. Meinert, J. Struct. Biol., 2012, 177, 533.

18 grudnia 2020 r.