Теоретические исследования состава следов продуктов выстрела с помощью наноструктур

В мире судебно-медицинской экспертизы идентификация следов и назначение выстрела может быть важным шагом в раскрытии преступления. Давность выстрела в настоящее время устанавливается по следам выстрела лишь ориентировочно. Этот факт обусловливает необходимость разработки научно обоснованного подхода к его оценке.

Бесспорным признаком недавнего выстрела является запах порохового дыма, который можно ощущать у дульного среза, патронника и от стреляной гильзы. Этот запах является нестойким и быстро исчезает, но при наличии благоприятных условий может продержаться сутки и более. Сразу после выстрела канал ствола покрывается налетом интенсивно черного цвета (от дымного пороха) и слабого серого цвета (от бездымного пороха). Затем, если не производилось чистки оружия, в зависимости от содержания влаги в воздухе на поверхности канала появляются капельки влаги, островки ржавчины и, наконец, поверхность канала ствола покрывается сплошным налетом ржавчины, которая тоже имеет характерный запах [1-2].

Также давность выстрела можно определить по существующей зависимость между возрастом органических продуктов выстрела (дифениламина), отлагающихся на внутренней поверхности канала ствола огнестрельного оружия, и их химическим составом, изменяющимся с течением времени (дифениламин = 2-нитродифениламин): чем больше давность выстрела, тем больше обнаруживается продуктов нитрования ДФА окислами азота (2-нитродифениламина), сорбированными на внутренней поверхности канала ствола огнестрельного оружия или около пулевого отверстия, и наоборот. Если во внутреннем канале оружия собрать пробу для исследования не составляет труда, то изъять данные вещества с поверхности, на которой присутствует пулевое отверстие проблематично, ввиду очень малого количества [3]. Поэтому необходимо разработать методику, которая позволит собирать следы выстрела вокруг пулевого отверстия.

Для проведения теоретических расчетов взаимодействия углеродных нанотрубок [4] с молекулой дифениламина и 2-нитродифениламина необходимо было построить и выбрать оптимальную модель молекул . Для определения оптимальной структуры были выполнены расчеты геометрии системы с использованием полу-эмпирического метода MNDO в программном пакете Gaussian. Результаты расчетов представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Молекула дифенилами_́на (С 6 Н 5 ) 2 NН и 2-нитродифениламин С 12 Н 10 N 2 O 2.

Далее исследовался процесс адсорбции выбранных структур на углеродной нанотрубке (6,6). Рассматривалось два положе- ние ориентации молекулы дифениламина и 2-нитродифениламин над поверхностью углеродного тубулена (рис. 2).

Рис. 2. Две ориентации молекулы дифениламина и 2-нитродифениламина над поверхностью углеродного тубулена (6,6)

Молекулы приближались к поверхности УНТ, в каждой точке (шаг 0,1 Å) была рассчитана энергия взаимодействия, которая представлена на рисунке 3.

■                                         б

Рис. 3. Энергии взаимодействия с углеродной нанотрубкой (6,6): а) молекулы дифениламина; б) молекулы 2-нитродифениламина

Анализ энергетических кривых установил, что молекулы адсорбируются на поверхности трубки, что подтверждается наличием минимума на энергетических кривых. Обнаружено, что процесс адсорбции зависит от первоначального располо- жение молекулы дифениламина над поверхностью трубки: в первом случае процесс происходит безбарьерно, во втором случае молекуле необходимо преодолеть небольшой барьер величиной 0,65 эВ. Оптимизация структурных параметров ком- плекса «УНТ-молекула дифениламина» позволила установить пространственную ориентацию комплекса и установить гео- метрические особенности образовавшейся структуры (рис. 4).

Рис. 4. Взаимодействие дифениламина с УНТ (6,6):

а) молекула взаимодействует с УНТ в положении 1; б) молекула взаимодействует с УНТ в положении 2.

Структурная единица 2-нитродефиниламина также адсорбируется на поверхности трубки, что подтверждается наличием минимума на энергетических кривых, иллюстрирующего факт образования химической связи между атомом структурной единицы и атомом трубки. Реализуется так называемая химическая адсорбция, расстояния адсорбции состави- ло 1,45 Å для параллельной ориентации и 1,39 Å для перпендикулярной ориентации (рис. 5). Следует отметить, что для образования адсорбционного комплекса в случае параллельного расположение молекулы, ей необходимо преодолеть потенциальный барьер высотой около 1,5 эВ. Для перпендикулярной ориентации процесс адсорбции происходит безбарьерно.

Рис. 5. Адсорбция молекулы 2-нитродефениламина на поверхности УНТ (6,6)

Далее необходимо выяснить как изменяются свойства углеродного тубулена при образовании различных адсорбционных комплексов: «УНТ+дифениламин» и «УНТ+2-нитродифениламин».

Расчеты позволили построить одноэлектронные спектры. Обработка результатов расчетов электронного строения углеродного тубулена и адсорбционного комплекса на его основе определила, что уровни молекулярных орбиталей объединяются в зоны (рис. 6). Следует заметить, что образовавшиеся адсорбционные комплексы обладают различными элетронно-энергетическими характеристиками по сравнению с чистой тубулярной структурой. Это проявляется в изменении ширины запрещенной зоны (запрещенная зона уве- личивается при адсорбции веществ входящих в состав пороха на поверхности УНТ). Данный факт как раз и позволит опреде- лить концентрацию этих веществ, что позволит сделать вывод о давности произведенного выстрела.

Рис. 6. Одноэлектронные энергетические спектры: 1-УНТ; 2- УНТ + дифениламин; 3-УНТ+2-нитродифениламин