Реферат: Применение физики в криминалистических исследованиях
Важнейшим параметром выпуклой линзы является ее фокусное расстояние. Фокусом называется особая точка, в которой пересекаются после прохождения линзы лучи, падающие на линзу в виде параллельного пучка. При помещении в эту точку источника света после преломления должен возникнуть пучок параллельных лучей (рис. 1). Если по одну сторону выпуклой линзы поместить объект так, чтобы он находился между фокусным и удвоенным фокусным расстоянием, по другую сторону линзы возникает обратное, действительное увеличенное изображение. Если же объект поместить между фокусом и линзой, по эту же сторону линзы возникает прямое мнимое увеличенное изображение (рис. 2). Это явление положено в основу применения простейшего визуального прибора- лупы. Увеличение лупы тем больше, чем меньше фокусное расстояние, т.е. чем больше ее кривизна. В принципе с помощью лупы можно добиться любого увеличения, но на практике возникает множество ограничений. Прежде всего, из-за технических трудностей нельзя изготовить линзу очень большой кривизны, которая бы давала четкое изображение объекта, а расстояние от глаза до линзы уменьшить практически невозможно.
Преодолеть эту трудность помогла одна простая идея, автором которой был Левенгук еще в 19 в. Идея понятна из рис.3. Для получения больших увеличений надо использовать сразу две линзы. Одна из них - объектив - дает действительное обратное увеличенное изображение объекта, а вторая – окуляр – используется как лупа. Рассматривая через окуляр картину, полученную с помощью объектива, мы видим увеличенное мнимое изображение объекта. Таким образом, большое увеличение достигается в две ступени, и в результате в микроскопе возникает обратное (перевернутое) по отношению к объекту изображение.
Современный оптический микроскоп – это не просто прибор, состоящий из одного объектива и одного окуляра. Для того чтобы изображение не портилось из-за различных недостатков линз, микроскоп приходится делать в виде сложной системы, состоящей из множества линз. Максимальное увеличение является одной из важнейших характеристик микроскопа, но важнейшим его параметром надо признать разрешающую способность, которая показывает, на каком минимальном расстоянии две точки, разрешенные с помощью данной системы объектива и окуляра, воспринимаются глазом раздельно. Если расстояние между двумя точками равно разрешающей способности, то на этом приборе уже нельзя улучшить изображение. Точно также нельзя, например, восстановить изображение детали, неразличимой на плохом негативе, путем увеличения этого негатива до размеров огромного стенда. Теоретически оптический микроскоп (рис.4) позволяет разрешить (увидеть) объекты, отстоящие друг от друга на расстоянии, близком половине длины волны лучей света, используемого для освещения.
Для того чтобы выявить и отобрать для изучения в оптическом микроскопе микрочастицы, а также, подготовить, их, для более подробных исследований, судебные эксперты пользуются стереомикроскопом. В отличие от изображений, которые получаются с помощью микроскопов других типов, изображение в стереомикроскопе является объемным и прямым. Эти особенности очень важны, потому что, работая со стереомикроскопом, объекты можно перемещать на предметном столике, а при необходимости даже обрабатывать теми или иными инструментами. Ясно, что такие операции были бы очень утомительны, если бы их пришлось проводить, наблюдая в окуляре не за прямым, а за перевернутым изображением.
Оптическая схема стереомикроскопа моделирует систему объемного зрения человека. Представим себе, что мы держим на небольшом расстоянии перед собой какой-то текст, и наши глаза зафиксированы на какой-то точке. Тогда угол между направлениями от этой точки к каждому из глаз будет равен 14 градусов. Каждый глаз воспринимает и передает в мозг свое собственное изображение, но в мозгу оба изображения складываются в единую объемную картину. Стереомикроскоп представляет собой по существу систему из двух микроскопов, направление оптических путей, в которых составляет угол 14 градусов. Подобная конструкция позволяет увеличить изображение исследуемого предмета и сохранить его привычный для наблюдения облик. Благодаря встроенным в окуляр переводным призмам наблюдатель имеет возможность наблюдать прямое изображение предметов, рассматриваемых в стереомикроскоп.
Для создания объемных эффектов очень важно уметь использовать «игру» светотени. У обычного оптического микроскопа осветительное устройство дает почти параллельный поток лучей, которые направлены к объекту практически под прямым углом. Стереомикроскоп позволяет осветить объект с любой стороны. Тем самым удается рассмотреть многие детали объекта, обычно скрытые в тени, и сохранить светотеневые эффекты.
Максимальное увеличение почти никогда не бывает больше 50-кратного, использовать более сильное увеличение нецелесообразно, потому что при этом начинает падать резкость изображения. Однако для выявления судебных улик очень сильного увеличения и не требуется, потому что и при 50-кратном увеличении размер предметов увеличится от 10 мкм в натуре до 0,5 мм при рассмотрении в микроскопе. Такие размеры уже вполне различимы человеческим глазом.
2.3. Электронный микроскоп
При исследовании микрообъектов бывает очень важно выяснить их морфологические характеристики, и для этого используют данные, полученные с помощью растрового электронного микроскопа.
Известно, что пучок электронов, также как и поток света, в одних случаях проявляет свойства дискретных частиц, а в других – волновые свойства. Эти особенности лежат в основе получения изображения с помощью электронного микроскопа. Длина волны электронного пучка, который перемещается под действием электрических и магнитных полей, зависит только от энергии электронов. Чем выше эта энергия, тем меньше длина волны. У электронов, ускоряемых полем с напряжением 60 000 В, длина волны составляет 0,005 нм. Как и световые оптические приборы, электронные микроскопы позволяют «видеть» (т.е. разрешать) объекты, находящиеся друг от друга на расстоянии порядка половины длины волны. Однако на практике трудноустраняемые дефекты электронных микроскопов ограничивают предельное разрешение: разрешаются точки, отстоящие друг от друга на расстояние в несколько десятых нанометра. Это почти в 1000 раз лучше предельного разрешения оптического микроскопа.
В электронном микроскопе (рис.5) источником электронов служит раскаленная вольфрамовая спираль. Испускаемые электроны ускоряются в электрическом поле при наложении напряжения в несколько десятков тысяч вольт. Роль, которую в световом оптическом микроскопе играют оптические линзы, у электронных микроскопов выполняют электростатические или магнитные поля. И в оптическом, и в электронном микроскопе изображение формируется в соответствии с законами геометрической оптики, однако в отличие от светового излучения, распространяющегося прямолинейно, пучок электронов перемещается в поле по спирали. Траектория движения электрона резко изменится, если на своем пути эта частица столкнется с газообразными атомами и молекулами. Поэтому, прежде чем начинать работу, надо добиться, чтобы пространство внутри микроскопа не содержало ни воздуха, ни других газов. С этой целью в микроскопе создается разрежение (давление < 10-2 – 10 -3 Па), и в дальнейшем вся работа ведется в условиях так называемого глубокого вакуума.
Электронно-микроскопическое изображение создается потоком электронов, невидимых для человеческого глаза, и поэтому его нельзя воспринимать визуально. Чтобы полученное изображение сделать видимым для глаза, пучок электронов подают на специальные экраны, покрытые светящимися составами.
Особенности строения поверхности различных объектов чаще всего исследуют с помощью растрового электронного микроскопа. В этом микроскопе на объект подается очень тонкий пучок электронов. Такой пучок с помощью специальных полей отклоняется, последовательно («по строчкам») «обегает» все точки объекта и формирует изображение поверхности. Однако изображение создается не электронным пучком, который падает на образец, а так называемыми вторичными электронами; последние выбираются из образца электронным «лучом», улавливаются приемником-коллектором и преобразуются в электрический сигнал, который затем усиливается и используется для создания изображения уже на экране.
По сравнению с оптическим растровый электронный микроскоп отличается не только более высокой разрешающей способностью, но и значительно лучшей глубиной резкости. Предположим, например, что на какой-то поверхности отдельные детали вполне различимы при 500-кратном увеличении. Если эта поверхность совершенно ровная, ее можно исследовать с помощью светового микроскопа, который дает большие увеличения. Однако если на поверхности имеются неровности, необходимо использовать электронный микроскоп, потому что при 500-кратном увеличении в световом микроскопе рельеф поверхности достаточно четко прослеживается на глубину лишь 1-2 мкм от плоскости поверхности. Поэтому, наблюдая поверхность обрывков первичных волокон с сечением 20-30 мкм в оптическом микроскопе, можно различить только наиболее крупные детали, а многие особенности морфологии останутся неразличимыми. В электронном микроскопе мы увидим очень четкое объемное изображение такого волокна, и его поперечный срез можно исследовать очень подробно.
2.4. Основные физические методы, используемые для выявления плохо
видимых и невидимых следов
Основой выделения таких следов является усиление контраста между следом и фоном предмета-носителя, на котором расположен след. Усиливаемый контраст бывает яркостным и цветовым. Первый относится к усилению яркости беспигментных следов, второй – к усилению цветоразличения, т.е. к делению объектов одного цвета, но разной степени насыщенности или двух цветов, один из которых маскирует другой. Разновидностью яркостного контраста является теневой. Он возникает за счет такого освещения рельефного объекта, при котором возвышающиеся детали рельефа отбрасывают тени на соседние участки, благодаря чему становятся отчетливо различимыми. Так, неглубокие вдавленности (0,1-0,2 мм) можно обнаружить при освещении объекта боковым косопадающим светом.
Усилением теневого контраста широко пользуются при работе со всеми рельефными (объемными) следами в трасологии, судебной баллистике. Особое внимание при идентификации таким следам уделяют тому, чтобы и исследуемый, и экспериментальный следы были освещены одинаковым образом. За счет усиления яркостного контраста могут быть обнаружены и поверхностные следы. Так, в косопадающем свете удается выявить следы, являющиеся блестящими по отношению к поверхности. Неокрашенные следы, отличающиеся от фона только структурной поверхностью (след резиновой обуви на паркете) или оптическими свойствами вещества (потожировые следы папиллярных узоров), нередко удается обнаружить, усилив яркостный контраст следа и фона за счет освещения. На фоне блестящей поверхности следы могут казаться матовыми (темными). Происходит это за счет поглощения следом части лучей света или их рассеивания. На прозрачных предметах следы обнаруживают в косонаправленном проходящем свете.
Как мы видим, все эти приемы основаны на законах отражения известных из раздела оптики.
Для усиления цветового контраста используют методы цветоделения: подбирают светофильтры и чувствительные к определенным зонам фотоматериалы, обеспечивающие четкое изображение следов на предмете. Подбор светофильтров осуществляется либо эмпирически (методом проб и ошибок), либо расчетно-теоретическим путем, с предварительным фотометрированием объектов.
Если следы отражают или поглощают невидимые ультрафиолетовые или инфракрасные лучи, то для их обнаружения используют электронно-оптические преобразователи (отпечаток окровавленной поверхности орудия преступления на одежде жертвы) или ультрафиолетовые осветители.
Если вещество следа может содержать радиоактивные изотопы, то для его обнаружения прибегают к методам радиографии. При выявлении следов давления на металле, которые в последствии были сглажены (перебитые номера), применяют электролитические методы или проявляют следы в магнитном поле с помощью специальных суспензий. При расположении следов на внутренних частях металлических устройств (следы взлома в замке, следы внутри оружия) для обнаружения следов нарушения частей механизмов используют рентгенографию и гаммаграфию.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЫ ОБЪЕКТОВ
3.1. Понятие внутренней структуры материальных источников информации
Объект как материальный источник информации, изучаемый криминалистами, - это целостная система взаимосвязанных свойств, придающая ему качественную и количественную определенность. Каждый объект обладает неисчерпаемым множеством свойств. Однако криминалист-исследователь подвергает изучению лишь те из них, которые могут отразиться в материальной среде преступления, и доступны научному познанию с использованием достижений современной науки и техники.
Характерным для современного периода развития криминалистики является стремление решать комплекс криминалистических задач, вплоть до идентификации единичного объема с максимально широким использованием информации о его внутренней структуре.
Структура вообще – это относительно устойчивая связь элементов, их отношений, обусловливающая целостность объекта. В криминалистике методологически важно различать при учете их неразрывной связи внешнее и внутреннее строение объектов.
Внешнее строение объекта, его форма в широком смысле слова проявляют себя непосредственно во внешних связях и взаимодействиях вещей: оно обусловлено внутренним строением, составом объекта. Граница «внешнего» и «внутреннего» в ряде случаев условна, например, при исследовании внешнего строения микрочастиц, волокон тканей, кристаллов.
В криминалистических исследованиях критерий разграничения внешних и внутренних свойств, внешности и внутреннего строения обусловлен механизмом их проявления, отражения в следах преступления. Если взаимодействие материальных тел осуществляется в пространственных границах и связано с изменением последних, то в процессе криминалистического исследования используются признаки внешнего строения; если взаимодействие связано с изменением вне внутренней структуры, физических, химических и биологических свойств объекта, то при криминалистическом исследовании на основе специально разработанных методик используются эти последние. Вместе с тем учет неразрывной связи внешнего и внутреннего строения является методологической основой комплексного использования признаков внешнего и внутреннего строения в криминалистических исследованиях.