Química forense

La química forense es la aplicación de la química y su subcampo, la toxicología forense, en un entorno legal. Un químico forense puede ayudar en la identificación de materiales desconocidos encontrados en la escena del crimen. Los especialistas en este campo cuentan con una amplia gama de métodos e instrumentos para ayudar a identificar sustancias desconocidas. Estos incluyen cromatografía líquida de alto rendimiento, cromatografía de gases-espectrometría de masas, espectroscopia de absorción atómica, espectroscopia infrarroja transformada de Fourier y cromatografía en capa fina. La gama de diferentes métodos es importante debido a la naturaleza destructiva de algunos instrumentos y la cantidad de posibles sustancias desconocidas que se pueden encontrar en una escena. Los químicos forenses prefieren usar primero métodos no destructivos, para preservar la evidencia y determinar qué métodos destructivos producirán los mejores resultados.

Junto con otros especialistas forenses, los químicos forenses suelen testificar en los tribunales como testigos expertos sobre sus hallazgos. Los químicos forenses siguen un conjunto de estándares que han sido propuestos por varias agencias y órganos rectores, incluido el Grupo de Trabajo Científico sobre el Análisis de Drogas Incautadas. Además de los procedimientos operativos estándar propuestos por el grupo, las agencias específicas tienen sus propios estándares con respecto al aseguramiento y control de calidad de sus resultados e instrumentos. Para garantizar la precisión de lo que informan, los químicos forenses comprueban y verifican de forma rutinaria que sus instrumentos funcionan correctamente y aún pueden detectar y medir varias cantidades de diferentes sustancias.

Papel en las investigaciones

El análisis de los químicos forenses puede proporcionar pistas para los investigadores y pueden confirmar o refutar sus sospechas. La identificación de las diversas sustancias encontradas en la escena puede decirles a los investigadores qué buscar durante su búsqueda. Durante las investigaciones de incendios, los químicos forenses pueden determinar si se utilizó un acelerante como gasolina o queroseno; si es así, esto sugiere que el fuego fue provocado intencionalmente. Los químicos forenses también pueden reducir la lista de sospechosos a personas que tendrían acceso a la sustancia utilizada en un delito. Por ejemplo, en investigaciones de explosivos, la identificación de RDX o C-4 indicaría una conexión militar ya que esas sustancias son explosivos de grado militar. Por otro lado, la identificación de TNT crearía una lista de sospechosos más amplia, ya que es utilizado tanto por empresas de demolición como en el ejército. Durante las investigaciones de envenenamiento, la detección de venenos específicos puede dar a los detectives una idea de qué buscar cuando entrevistan a posibles sospechosos. Por ejemplo, una investigación que involucre ricina les diría a los investigadores que busquen los precursores de la ricina, las semillas de la planta de aceite de ricino.

Los químicos forenses también ayudan a confirmar o refutar las sospechas de los investigadores en casos de drogas o alcohol. Los instrumentos utilizados por los químicos forenses pueden detectar cantidades diminutas, y la medición precisa puede ser importante en delitos como conducir bajo la influencia, ya que existen límites específicos de contenido de alcohol en la sangre donde comienzan o aumentan las sanciones. En casos de sospecha de sobredosis, la cantidad de droga encontrada en el sistema de la persona puede confirmar o descartar la sobredosis como la causa de la muerte.

Historia

Historia temprana

A lo largo de la historia, se han utilizado una variedad de venenos para cometer asesinatos, incluidos el arsénico, la belladona, la cicuta, la estricnina y el curare. Hasta principios del siglo XIX, no había métodos para determinar con precisión si una sustancia química en particular estaba presente y los envenenadores rara vez eran castigados por sus delitos. En 1836, el químico británico James Marsh introdujo una de las primeras contribuciones importantes a la química forense. Creó la prueba de Marsh para la detección de arsénico, que posteriormente se utilizó con éxito en un juicio por asesinato. También fue durante este tiempo que la toxicología forense comenzó a ser reconocida como un campo distinto. Mathieu Orfila, el "padre de la toxicología", hizo grandes avances en el campo a principios del siglo XIX. Pionero en el desarrollo de la microscopía forense, Orfila contribuyó al avance de este método para la detección de sangre y semen. Orfila también fue el primer químico en clasificar con éxito diferentes productos químicos en categorías como corrosivos, narcóticos y astringentes.

El siguiente avance en la detección de venenos se produjo en 1850, cuando el químico Jean Stas creó un método válido para detectar alcaloides vegetales en tejidos humanos. El método de Stas se adoptó rápidamente y se utilizó con éxito en los tribunales para condenar al conde Hippolyte Visart de Bocarmé por asesinar a su cuñado por envenenamiento con nicotina. Stas pudo aislar con éxito el alcaloide de los órganos de la víctima. Posteriormente, el protocolo de Stas se modificó para incorporar pruebas de cafeína, quinina, morfina, estricnina, atropina y opio.

La amplia gama de instrumentación para el análisis químico forense también comenzó a desarrollarse durante este período de tiempo. El siglo XIX vio la invención del espectroscopio por Joseph von Fraunhofer. En 1859, el químico Robert Bunsen y el físico Gustav Kirchhoff ampliaron el invento de Fraunhofer. Sus experimentos con espectroscopia mostraron que sustancias específicas crean un espectro único cuando se exponen a longitudes de onda de luz específicas. Mediante la espectroscopia, los dos científicos pudieron identificar sustancias en función de su espectro, proporcionando un método de identificación de materiales desconocidos. En 1906, el botánico Mikhail Tsvet inventó la cromatografía en papel, una de las primeras predecesoras de la cromatografía en capa fina, y la utilizó para separar y examinar las proteínas vegetales que componen la clorofila. La capacidad de separar mezclas en sus componentes individuales permite a los químicos forenses examinar las partes de un material desconocido en una base de datos de productos conocidos. Al hacer coincidir los factores de retención de los componentes separados con valores conocidos, se pueden identificar los materiales.

Modernización

Los químicos forenses modernos se basan en numerosos instrumentos para identificar materiales desconocidos que se encuentran en la escena del crimen. El siglo XX vio muchos avances en la tecnología que permitieron a los químicos detectar cantidades más pequeñas de material con mayor precisión. El primer gran avance de este siglo se produjo durante la década de 1930 con la invención de un espectrómetro que podía medir la señal producida con luz infrarroja (IR). Los primeros espectrómetros IR usaban un monocromador y solo podían medir la absorción de luz en una banda de longitud de onda muy estrecha. No fue hasta el acoplamiento de un interferómetro con un espectrómetro IR en 1949 por Peter Fellgett que se pudo medir el espectro infrarrojo completo a la vez. Fellgett también utilizó la transformada de Fourier, un método matemático que puede descomponer una señal en sus frecuencias individuales, para dar sentido a la enorme cantidad de datos recibidos del análisis infrarrojo completo de un material. Desde entonces, los instrumentos de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) se han vuelto críticos en el análisis forense de material desconocido porque no son destructivos y son extremadamente rápidos de usar. La espectroscopia avanzó aún más en 1955 con la invención del moderno espectrofotómetro de absorción atómica (AA) por Alan Walsh. El análisis AA puede detectar elementos específicos que componen una muestra junto con sus concentraciones, lo que permite la fácil detección de metales pesados ​​como el arsénico y el cadmio.

Los avances en el campo de la cromatografía llegaron en 1953 con la invención del cromatógrafo de gases por Anthony T. James y Archer John Porter Martin, lo que permitió la separación de mezclas de líquidos volátiles con componentes que tienen puntos de ebullición similares. Las mezclas líquidas no volátiles podían separarse con cromatografía líquida, pero las sustancias con tiempos de retención similares no podían resolverse hasta la invención de la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) por Csaba Horváth en 1970. Los instrumentos modernos de HPLC son capaces de detectar y resolver sustancias cuyas concentraciones son tan bajos como partes por billón.

Uno de los avances más importantes en química forense se produjo en 1955 con la invención de la cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) por Fred McLafferty y Roland Gohlke. El acoplamiento de un cromatógrafo de gases con un espectrómetro de masas permitió la identificación de una amplia gama de sustancias. El análisis GC-MS se considera ampliamente el "estándar de oro" para el análisis forense debido a su sensibilidad y versatilidad junto con su capacidad para cuantificar la cantidad de sustancia presente. El aumento en la sensibilidad de la instrumentación ha avanzado hasta el punto de que se pueden detectar diminutas impurezas dentro de los compuestos, lo que potencialmente permite a los investigadores rastrear los productos químicos hasta un lote específico y un lote de un fabricante.

Métodos

Los químicos forenses confían en una multitud de instrumentos para identificar sustancias desconocidas que se encuentran en una escena. Se pueden usar diferentes métodos para determinar la identidad de la misma sustancia, y depende del examinador determinar qué método producirá los mejores resultados. Los factores que los químicos forenses pueden tener en cuenta al realizar un examen son el tiempo que tardará un instrumento específico en examinar una sustancia y la naturaleza destructiva de ese instrumento. Prefieren usar métodos no destructivos primero, para preservar la evidencia para un examen posterior. Las técnicas no destructivas también se pueden usar para reducir las posibilidades, lo que hace más probable que se use el método correcto la primera vez que se usa un método destructivo.

Espectroscopia

Las dos principales técnicas de espectroscopia independientes para la química forense son la espectroscopia FTIR y AA. FTIR es un proceso no destructivo que utiliza luz infrarroja para identificar una sustancia. La técnica de muestreo de reflectancia total atenuada elimina la necesidad de preparar las sustancias antes del análisis. La combinación de no destructividad y preparación cero hace que el análisis ATR FTIR sea un primer paso rápido y fácil en el análisis de sustancias desconocidas. Para facilitar la identificación positiva de la sustancia, los instrumentos FTIR están cargados con bases de datos en las que se pueden buscar espectros conocidos que coincidan con los espectros desconocidos. El análisis FTIR de mezclas, aunque no es imposible, presenta dificultades específicas debido a la naturaleza acumulativa de la respuesta. Al analizar una incógnita que contiene más de una sustancia, los espectros resultantes serán una combinación de los espectros individuales de cada componente. Si bien las mezclas comunes tienen espectros conocidos en archivo, las mezclas nuevas pueden ser difíciles de resolver, lo que hace que FTIR sea un medio de identificación inaceptable. Sin embargo, el instrumento se puede utilizar para determinar las estructuras químicas generales presentes, lo que permite a los químicos forenses determinar el mejor método de análisis con otros instrumentos. Por ejemplo, un grupo metoxi dará como resultado un pico entre 3030 y 2950 números de onda (cm).

La espectroscopia de absorción atómica (AAS) es una técnica destructiva que es capaz de determinar los elementos que componen la muestra analizada. AAS realiza este análisis sometiendo la muestra a una fuente de calor extremadamente alta, rompiendo los enlaces atómicos de la sustancia, dejando átomos libres. Luego, la radiación en forma de luz pasa a través de la muestra, lo que obliga a los átomos a saltar a un estado de mayor energía. Los químicos forenses pueden realizar pruebas para cada elemento mediante el uso de una longitud de onda de luz correspondiente que obliga a los átomos de ese elemento a un estado de mayor energía durante el análisis. Por esta razón, y debido a la naturaleza destructiva de este método, el AAS se utiliza generalmente como técnica de confirmación después de que las pruebas preliminares hayan indicado la presencia de un elemento específico en la muestra. La concentración del elemento en la muestra es proporcional a la cantidad de luz absorbida en comparación con una muestra en blanco. AAS es útil en casos de sospecha de envenenamiento por metales pesados, como arsénico, plomo, mercurio y cadmio. La concentración de la sustancia en la muestra puede indicar si los metales pesados ​​fueron la causa de la muerte.

Cromatografía

Las técnicas de espectroscopia son útiles cuando la muestra que se analiza es pura o una mezcla muy común. Cuando se analiza una mezcla desconocida, debe descomponerse en sus partes individuales. Las técnicas de cromatografía se pueden utilizar para separar las mezclas en sus componentes, lo que permite analizar cada parte por separado.

La cromatografía en capa fina (TLC) es una alternativa rápida a los métodos de cromatografía más complejos. La TLC se puede utilizar para analizar tintas y tintes extrayendo los componentes individuales. Esto se puede usar para investigar notas o fibras dejadas en la escena, ya que el producto de cada empresa es ligeramente diferente y esas diferencias se pueden ver con TLC. El único factor limitante con el análisis TLC es la necesidad de que los componentes sean solubles en cualquier solución que se utilice para llevar los componentes a la placa de análisis. Esta solución se llama la fase móvil. El químico forense puede comparar las incógnitas con los estándares conocidos observando la distancia que recorrió cada componente. Esta distancia, cuando se compara con el punto de partida, se conoce como el factor de retención (R _f) para cada componente extraído. Si cada valor de R _f coincide con una muestra conocida, eso es una indicación de la identidad de la desconocida.

La cromatografía líquida de alta resolución se puede utilizar para extraer componentes individuales de una mezcla disuelta en una solución. La HPLC se utiliza para mezclas no volátiles que no serían adecuadas para la cromatografía de gases. Esto es útil en el análisis de fármacos en los que el fármaco es un fármaco combinado, ya que los componentes se separarían o eluirían en momentos diferentes, lo que permitiría la verificación de cada componente. Los eluidos de la columna de HPLC luego se introducen en varios detectores que producen un pico en un gráfico relativo a su concentración a medida que eluye de la columna. El tipo más común de detector es un espectrómetro ultravioleta-visible, ya que el elemento de interés más común probado con HPLC, los productos farmacéuticos, tienen absorbancia UV.

La cromatografía de gases (GC) realiza la misma función que la cromatografía líquida, pero se usa para mezclas volátiles. En química forense, los instrumentos de GC más comunes utilizan la espectrometría de masas como detector. GC-MS se puede usar en investigaciones de incendios provocados, envenenamiento y explosiones para determinar exactamente qué se usó. En teoría, los instrumentos GC-MS pueden detectar sustancias cuyas concentraciones están en el rango de femtogramos (10). Sin embargo, en la práctica, debido a la relación señal/ruido y otros factores limitantes, como la antigüedad de las piezas individuales del instrumento, el límite de detección práctico para GC-MS está en el rango de picogramos (10). GC-MS también es capaz de cuantificar las sustancias que detecta; los químicos pueden usar esta información para determinar el efecto que la sustancia tendría en un individuo. Los instrumentos de GC-MS necesitan alrededor de 1000 veces más sustancia para cuantificar la cantidad que la que necesitan simplemente para detectarla; el límite de cuantificación suele estar en el rango de nanogramos (10).

Toxicología forense

La toxicología forense es el estudio de la farmacodinámica, o lo que una sustancia le hace al cuerpo, y la farmacocinética, o lo que el cuerpo le hace a la sustancia. Para determinar con precisión el efecto que tiene un fármaco en particular en el cuerpo humano, los toxicólogos forenses deben conocer los diversos niveles de tolerancia al fármaco que un individuo puede desarrollar, así como el índice terapéutico de diversos productos farmacéuticos. Los toxicólogos tienen la tarea de determinar si alguna toxina encontrada en un cuerpo fue la causa o contribuyó a un incidente, o si estaba en un nivel demasiado bajo para haber tenido un efecto. Si bien la determinación de la toxina específica puede llevar mucho tiempo debido a la cantidad de sustancias diferentes que pueden causar lesiones o la muerte, ciertas pistas pueden reducir las posibilidades. Por ejemplo, el envenenamiento por monóxido de carbono daría como resultado una sangre de color rojo brillante, mientras que la muerte por envenenamiento por sulfuro de hidrógeno haría que el cerebro tuviera un tono verde.

Los toxicólogos también conocen los diferentes metabolitos que un fármaco específico podría descomponer dentro del cuerpo. Por ejemplo, un toxicólogo puede confirmar que una persona tomó heroína por la presencia en una muestra de 6-monoacetilmorfina, que solo proviene de la descomposición de la heroína. La creación constante de nuevas drogas, tanto legales como ilícitas, obliga a los toxicólogos a mantenerse informados sobre nuevas investigaciones y métodos para detectar estas nuevas sustancias. La corriente de nuevas formulaciones significa que un resultado negativo de la prueba no necesariamente descarta las drogas. Para evitar la detección, los fabricantes de drogas ilícitas suelen cambiar ligeramente la estructura de los productos químicos. Estos compuestos a menudo no se detectan mediante pruebas toxicológicas de rutina y pueden quedar enmascarados por la presencia de un compuesto conocido en la misma muestra.A medida que se descubren nuevos compuestos, los espectros conocidos se determinan y se ingresan en las bases de datos que se pueden descargar y usar como estándares de referencia. Los laboratorios también tienden a mantener bases de datos internas para las sustancias que encuentran localmente.

Estándares

Varios órganos rectores han establecido pautas con respecto a los estándares que siguen los científicos forenses en ejercicio. Para los químicos forenses, el Grupo de trabajo científico internacional para el análisis de drogas incautadas (SWGDRUG) presenta recomendaciones para la garantía y el control de calidad de los materiales analizados. En la identificación de muestras desconocidas, los protocolos se han agrupado en tres categorías según la probabilidad de falsos positivos. Los instrumentos y protocolos de la categoría A se consideran los mejores para identificar de forma única un material desconocido, seguidos de las categorías B y luego C. Para garantizar la precisión de las identificaciones, SWGDRUG recomienda que se realicen múltiples pruebas con diferentes instrumentos en cada muestra, y que una categoría A técnica y al menos otra técnica ser utilizada. Si una técnica de categoría A no está disponible, o el químico forense decide no usar una, SWGDRUG recomienda que se usen al menos tres técnicas, dos de las cuales deben ser de categoría B. Los instrumentos combinados, como GC-MS, se consideran dos pruebas separadas siempre que los resultados se comparen individualmente con valores conocidos. Por ejemplo, los tiempos de elución de GC se compararían con valores conocidos junto con los espectros de MS. Si ambos coinciden con una sustancia conocida, no se necesitan más pruebas.

Los estándares y controles son necesarios en el control de calidad de los diversos instrumentos utilizados para analizar muestras. Debido a la naturaleza de su trabajo en el sistema legal, los químicos deben asegurarse de que sus instrumentos funcionen correctamente. Para ello, los controles conocidos se prueban consecutivamente con muestras desconocidas. Al comparar las lecturas de los controles con sus perfiles conocidos, se puede confirmar que el instrumento estaba funcionando correctamente en el momento en que se probaron los desconocidos. Los estándares también se utilizan para determinar el límite de detección y el límite de cuantificación del instrumento para varias sustancias comunes. Las cantidades calculadas deben estar por encima del límite de detección para ser confirmadas como presentes y por encima del límite de cuantificación para ser cuantificadas. Si el valor está por debajo del límite, el valor no se considera confiable.

Testimonio

Los procedimientos estandarizados para el testimonio de los químicos forenses son proporcionados por las diversas agencias que emplean a los científicos, así como por SWGDRUG. Los químicos forenses tienen la obligación ética de presentar su testimonio de manera neutral y de estar abiertos a reconsiderar sus declaraciones si se encuentra nueva información. Los químicos también deben limitar su testimonio a las áreas en las que han sido calificados, independientemente de las preguntas durante el interrogatorio directo o el contrainterrogatorio.

Las personas llamadas a testificar deben poder transmitir información y procesos científicos de una manera que los legos puedan entender. Al estar calificado como experto, los químicos pueden dar sus opiniones sobre la evidencia en lugar de simplemente exponer los hechos. Esto puede dar lugar a opiniones contrapuestas de expertos contratados por la parte contraria. Las pautas éticas para los químicos forenses requieren que el testimonio se brinde de manera objetiva, independientemente de qué lado esté testificando el experto. Se espera que los expertos forenses que son llamados a testificar trabajen con el abogado que emitió la citación y lo ayuden a comprender el material sobre el que harán preguntas.

Educación

Los puestos de química forense requieren una licenciatura o similar en una ciencia natural o física, así como experiencia de laboratorio en química general, orgánica y analítica. Una vez en el puesto, las personas reciben capacitación en los protocolos que se realizan en ese laboratorio específico hasta que puedan demostrar que son competentes para realizar todos los experimentos sin supervisión. Se espera que los químicos en ejercicio que ya están en el campo tengan educación continua para mantener su competencia.