Ninhydrineoplossingen

Ninhydrine

Ninhydrine is het meest bekende en meest gebruikte reagens voor het zichtbaar maken van vingerafdrukken op papier en andere poreuze materialen (bijvoorbeeld karton, met latex behandelde muren, behang e.d.). Ninhydrine (1,2,3-indaantrion, monohydraat) reageert met de aminozuren in zweet, achtergelaten in de vorm van een vingerafdruk, waarbij het een zeer sterk gekleurde verbinding vormt, Ruhemann's paars geheten (zie dit pop-up venster voor de chemische reactie en de structuur van Ruhemann's paars).

Ondanks het feit dat er maar een hele kleine hoeveelheid materiaal in een vingerafdruk zit, maakt de sterke kleur van Ruhemann's paars het mogelijk dat de vingerafdruk toch zichtbaar wordt.

Ninhydrineoplossingen

Ninhydrine werd in 1910 voor het eerst gemaakt door Siegfried Ruhemann (een Engelse chemicus) en al snel daarna gebruikt als analytisch reagens voor aminozuren. Het duurde echter tot de jaren vijftig voordat het gebruik ervan als reagens voor het zichtbaar maken van vingerafdrukken op papier beschreven werd door twee Zweedse chemici (Odén en von Hofsten [1]). Zij gebruikten ninhydrine opgelost in ether (diethylether) of aceton waaraan azijnzuur was toegevoegd.

Ether is een nogal gevaarlijk oplosmiddel door het lage kookpunt (dus sterke verdamping bij kamertemperatuur) en de grote ontvlambaarheid. In aceton lost ninhydrine erg goed op, ballpointinkten echter ook.

Een oplosmiddel dat lange tijd populair geweest is omdat het niet brandbaar was, ballpointinkten niet liet doorlopen en snel verdampte was frigen (1,1,2-trichloortrifluorethaan, Fluorisol, CFK113). De ninhydrineoplossing die ermee gemaakt werd stond bekend als NFN en werd in 1974 beschreven door Morris en Goode [2].

Toen begin jaren negentig het gebruik van CFK's werd verboden (vanwege de schade die zie toebrengen aan de ozonlaag) moest teruggegrepen worden op brandbare oplosmiddelen. Omdat al bekend was dat petroleumether gebruikt kon worden (Crown, 1969 [3]), weinig doorlopen van ballpointinkt veroorzaakt en snel verdampt lag het voor de hand om hierop over te gaan.

Petroleumether (een mengsel van koolwaterstoffen zoals hexaan en heptaan) is zo apolair dat de geconcentreerde ninhydrineoplossing zoals die voor frigen gebruikt werd, niet met petroleumether mengt. De ninhydrineoplossing, die met frigen (bij absorptie van water) bovenop de frigen kwam drijven, komt bij menging met petroleumether onderin de oplossing terecht. Om dit te vermijden moeten er polaire oplosmiddelen aan de petroleumether toegevoegd worden. Sommigen gebruiken hiervoor ethanol, wat ook al in de geconcentreerde ninhydrineoplossing zit. Het nadeel daarvan is dat inkten sneller gaan doorlopen. Wij gebruiken een ether, die geen peroxides vormt, om het mengsel polairder te maken (niet gepubliceerd, eigen ontwikkeling).

Onderzoekers in Engeland hebben een formulering op basis van heptaan gepubliceerd [4] waarin 2,5 vol% ethylacetaat (naast 7,5 vol% ethanol en een verlaagde concentratie azijnzuur [0,3% i.p.v. 1%]) gebruikt wordt. Uit testen van deze formulering is gebleken dat deze zelfs iets meer vingerafdrukken zichtbaar maakte als de NFN-formulering.

Het grote nadeel van ninhydrineoplossingen op basis van vluchtige organische oplosmiddelen is het gevaar van explosies en brand. De enige oplossing hiervoor is veilig werken, in een zuurkast, zodat de vorming van explosieve damp/lucht mengsels voorkomen wordt (door de afzuiging, verdunning met lucht).

Er is een goede formulering bekend van ninhydrine in een niet-brandbaar oplosmiddel [5], namelijk op basis van HFE7100, net als CFK113 een gefluorineerd oplosmiddel [6]. Vanwege de hoge kosten is het tot nu toe niet erg populair gebleken.

De gebruiksklare oplossing op basis van petroleumether die wij maken is verkrijgbaar in (speciale plastic) flessen van 1 liter (B-794000) alsmede in jerrycans van 5 liter (B-794100). Ook hebben we een spuitbus met ninhydrine: Ninprint.

Speciaal voor thermisch papier is er een ninhydrinederivaat, ThermaNin genaamd, waarmee zelf werkoplossingen gemaakt kunnen worden. De productinformatie hiervoor staat op een aparte pagina.
 

Behandeling objecten met werkoplossing

De behandeling van papieren met de gebruiksklare ninhydrineoplossing op basis van petroleumether is niet moeilijk. Wel moet vanwege de verdamping van de petroleumether, waarbij oplosmiddeldamp/lucht mengsels gevormd kunnen worden die explosief zijn in de zuurkast gewerkt worden. Voordat papieren (in het bijzonder kartonnen dozen) in een oven geplaatst worden om de ontwikkeling van vingerafdrukken te versnellen moet men er zeker van zijn dat alle oplosmiddel verdampt is. Overigens kan DFO wel vóór ninhydrine gebruikt worden (er wordt zelfs aangeraden om na de toepassing van DFO, ontwikkeling en fotografie van bruikbare sporen alsnog ninhydrine te gebruiken) maar in principe niet na ninhydrine. Er schijnen echter gevallen te zijn geweest waarbij een vingerafdruk zichtbaar werd na behandeling met DFO, die niet met het eerder gebruikte ninhydrine opgekomen was.

Om documenten of andere papieren te onderzoeken op vingerafdrukken kan gebruik worden gemaakt van een ondiepe schaal waarin een laagje van ongeveer 2 cm werkoplossing wordt gegoten. Hier wordt het papier in gelegd (maximale verblijftijd 5 seconden) of doorheen gehaald.

Voor het behandelen van papier heeft BVDA een praktisch kunststof dompelbad in het pakket. Door de ronde vorm kan hierin met kleine hoeveelheden gebruiksoplossing gewerkt worden, waardoor minder ongewenste verdamping optreedt.

Langdurig onderdompelen is niet gewenst, nat worden van het oppervlak is voldoende. Gebruik een pincet voor het hanteren van het papier. Op grote oppervlakken (bijvoorbeeld kartonnen dozen) of op papieren labels van flessen kan de werkoplossing aangebracht worden met een zachte kwast. Laat het object hierna volledig drogen.

Kleine hoeveelheden gebruikte werkoplossing kunnen beter met het chemisch afval meegegeven worden (niet-gehalogeneerd chemisch afval). Grotere hoeveelheden die op het oog niet verontreinigd zijn, kunnen bewaard worden voor later gebruik. Bewaar deze werkoplossing wel apart van nog ongebruikte werkoplossing (aparte, goed geëtiketteerde fles).

Ninhydrinespray

Een heel gebruiksvriendelijke en snelle manier om papieren of voorwerpen met ninhydrine te behandelen is het gebruik van ninhydrinespray. Ninprint werd door ons ontwikkeld omdat de bestaande spuitbussen ofwel CFK's bevatten ofwel, naar onze smaak, te veel polaire oplosmiddelen bevatte. Deze overmaat aan polaire oplosmiddelen veroorzaakt het doorlopen van inkten. Ninprint bevat, vanwege de corrosieve werking, geen azijnzuur. Voor de werking lijkt dit weinig verschil te maken. De spray is bijzonder "droog" omdat de oplosmiddelen zeer snel verdampen. Het grote voordeel hiervan is dat inkten nauwelijks de kans krijgen om door te lopen. Het betekent wel dat een vel papier niet door en door nat wordt, zodat beide kanten van het papier gesprayd moeten worden.

De sproeimist van de spuitbus is vrij irritant voor de luchtwegen. Waarschijnlijk is dit te wijten aan de zeer fijne ninhydrinekristallen die ontstaan door de verdamping van het oplosmiddel. Gebruik in de zuurkast, buiten, of met een goed afsluitend masker (pas op de ogen) is dan ook aan te raden.

Ontwikkelen van de vingerafdrukken

Vingerafdrukken worden zichtbaar door een chemische reactie tussen eiwitten en aminozuren (die in het zweet aanwezig zijn) en de ninhydrine, waarbij een paarse verbinding (Ruhemann's paars) wordt gevormd.

De meest betrouwbare, maar ook de langzaamste methode om de vingerafdrukken te ontwikkelen, is het in het donker bewaren van de behandelde objecten bij kamertemperatuur en verhoogde relatieve vochtigheid (80%). Dit kan bijvoorbeeld bereikt worden door de objecten in een grote, afgesloten, plastic zak te bewaren met daarin een vochtige tissue of prop watten. Uiteraard dient contact tussen de objecten en het vochtige papier of watten vermeden te worden. Een manier om een relatieve vochtigheid van 80% in een niet al te grote ruimte te krijgen is het onderin plaatsen van een schaal met daarin een verzadigde keukenzoutoplossing [7]. Ontwikkeling bij kamertemperatuur kan dagen of weken duren.

Versnellen van de ontwikkeling

Het zichtbaar worden van de vingerafdrukken kan versneld worden door de objecten gedurende enige tijd te verwarmen bij verhoogde temperatuur (en idealiter ook een verhoogde luchtvochtigheid) in een oven. Een temperatuur hoger dan 80° C is niet aan te raden. De maximale verwarmingstijd bij deze temperatuur is 5 minuten. Bij lagere temperatuur kan deze tijd wat langer genomen worden. Uiteraard moeten de te verwarmen objecten wel tegen de verhoogde temperatuur bestand zijn. Voor plastic flessen met etiket zal een temperatuur van 50° C nog wel haalbaar zijn. In geval van twijfel kan een proef genomen worden met eenzelfde artikel. De kleuring van de achtergrond zal sterker zijn bij het ontwikkelen van de afdrukken bij verhoogde temperatuur dan bij kamertemperatuur. Voor maximaal contrast is dus de ontwikkeling van de vingerafdrukken bij kamertemperatuur aan te raden.

Na de temperatuurbehandeling dienen de objecten weer in het donker en bij kamertemperatuur bewaard te worden om de vingerafdrukken (verder) te laten ontwikkelen (minimaal 10 dagen als dat mogelijk is). Vele vingerafdrukken zullen namelijk pas na dagen zichtbaar worden.

Een, in sommige laboratoria gebruikt alternatief voor de oven is het gebruik van een stoomstrijkijzer. Het hete strijkijzer wordt op ca. 1,5 cm afstand over het oppervlak van het papier bewogen. Het ijzer mag het papier niet raken! Op karton of gecoat papier kan deze methode beter niet gebruikt worden, omdat de stoom de neiging heeft op deze oppervlakken te condenseren. Hierdoor treedt beschadiging of vernietiging van de vingerafdrukken op.

Omkleuren met metaalzouten

Bekend is dat de verbinding die ninhydrine met aminozuren vormt (het Ruhemann's paars) met metaalzouten zoals nikkelnitraat, cadmium- en zinkchloride complexen kan vormen die een andere kleur hebben dan het Ruhemann's paars zelf (nikkel en cadmium geven een rood complex, zink meestal een oranje complex; voor de structuurformule van het complex van Ruhemann's paars met zink, zie dit pop-up venster).

Omkleuren met cadmium is uit veiligheidsoogpunt en ook uit milieuoogpunt niet aan te raden. Cadmium is bijzonder giftig. De complexen met cadmium en zink kunnen ook fluoresceren. Hiervoor is over het algemeen afkoelen met vloeibare stikstof (-196° C) nodig. Deze complexen fluoresceren bij bestraling met groen licht in het rode gebied. De fluorescentie is minder sterk als die van DFO.

Het proces is op zich niet bijzonder ingewikkeld. De fluorescentie is echter sterk afhankelijk gebleken van de voorbehandeling en ook van onbekende factoren. Zo mag de ontwikkeling van de vingerafdrukken niet versneld zijn geweest door verhoging van de temperatuur en moet de nabehandeling met zinkzout ook vrij vlot na de ninhydrinebehandeling gebeuren. Succes is dus niet altijd verzekerd. Zie voor meer informatie en literatuurverwijzingen het artikel van Wainwright et al. [8].

Door het ninhydrinemolecuul te veranderen (bijvoorbeeld door middel van een methoxy- of een methylthiogroep [5-MTN] in de aromatische ring) is gebleken dat zowel de betrouwbaarheid als de sterkte van de fluorescentie aanzienlijk verbeterd kon worden.

Omkleuren met zinkzout tot een oranje complex kan ook in een absorptiemodus zinvol zijn. Bij het bekijken of fotograferen van het oranje complex onder blauw licht wordt een beter contrast verkregen dan met de paarse vingerafdruk met wit (of een andere kleur) licht. Vooral als het papier blauwe of blauwgroene bedrukkingen bevat (zoals de achterkant van de oude girobetaalkaart) werkt de methode dubbelop. Blauwe of blauwgroene bedrukkingen worden minder contrastrijk onder deze belichting, zie bijvoorbeeld het artikel van M.J.M. Velders [9].
 

Procedure voor de behandeling met zinkchloride

Het behandelen van met ninhydrine ontwikkelde vingerafdrukken is eenvoudig. BVDA heeft een zinkchlorideoplossing ontwikkeld op basis van MTBE en petroleumether. Deze oplossing bevat een hoge concentratie zinkchloride (30 g/l), zodat voor de behandeling slechts een geringe hoeveelheid benodigd is.

Het is mogelijk om het papier in de zinkchlorideoplossing te dompelen. Echter de kans op doorlopen van inkten is niet denkbeeldig, bovendien is de concentratie zink in de oplossing hoger dan nodig voor dompelen.

Wij bevelen dan ook aan om een sprayer te gebruiken, in een zuurkast, voor de behandeling van papier met zinkchlorideoplossing. Sproei een kleine hoeveelheid over het papier, laat het oplosmiddel verdampen en wacht gedurende korte tijd. Voor de vorming van het fluorescerende complex is een kleine hoeveelheid water nodig, waarvan meestal genoeg in de omgevingslucht aanwezig is. De reactie zal over het algemeen binnen enkele minuten verlopen. Bevochtigen van een vingerafdruk (door erop te ademen) versnelt het proces. Opnieuw besproeien is alleen nodig wanneer de kleuromslag niet volledig is.

Door het papier met de zinkchloride oplossing te besproeien kan men eenvoudig doseren en is het doorlopen van inkten het beste te voorkomen.

Veiligheid

Gebruik altijd goed afsluitende handschoenen, een veiligheidsbril en beschermende kleding zoals een labjas. Vermijd aanraking van de huid door de geconcentreerde oplossing of de werkoplossing. Als dat toch gebeurt, spoel de huid dan grondig af onder de kraan. Als een van de oplossingen in de ogen komt, dienen deze met koud water uitgespoeld te worden. Mochten irritaties of andere symptomen blijven, dan dient een arts geraadpleegd te worden.

Aangeraden wordt de oplossingen uitsluitend te gebruiken in een zuurkast. Als dat niet mogelijk is moet in ieder geval zeer goed geventileerd worden (bijvoorbeeld als behang in een kamer bewerkt wordt). De petroleumether is zeer vluchtig en zal in kleine ruimten de lucht verdringen. Het damp/lucht mengsel is in een bepaald concentratiebereik explosiegevaarlijk.

Ninhydrine kleurt de huid sterk. Als poeder irriteert het de luchtwegen. Omdat na verdampen van de oplosmiddelen fijne ninhydrinekristallen op het papier kunnen ontstaan, is het aan te raden de behandelde papieren na droging te bewaren in plastic zakken. Dit verkleint uiteraard ook de kans dat nieuwe sporen op de objecten gemaakt worden.

[1] Odén, S.; Hofsten, B. von "Detection of Fingerprints by the Ninhydrin Reaction"  Nature, 1954, 173, p. 449-450. (PDF)
[2] Morris, J.R.; Goode, G.C.  Police Research Bulletin, No. 24, 1974, p. 45-53.
Dit artikel is als PDF beschikbaar: als "alleen de tekst" (32 KB) of inclusief de afbeeldingen (1,7 MB).
[3] Crown, D.A. "The Development of Latent Fingerprints with Ninhydrin",  Journal of Criminal Law, Criminology & Police Science, 60(2), 1969, p. 258.
[4] Hewlett, D.F.; Sears, V.G. "Replacements for CFC113 in the Ninhydrin Process, Part 1",  Journal of Forensic Identification 1997, Vol. 47, nr. 3, p. 287-299.
[5] Hewlett, D.F.; Sears, V.G.; Suzuki, S. "Replacements for CFC113 in the Ninhydrin Process, Part 2",  Journal of Forensic Identification 1997, Vol. 47, nr. 3, p. 300-306.
[6] Mengsel van de hydrofluoroethers (HFE's) 1-methoxynonafluoroisobutaan en 1-methoxynonafluorobutaan, CAS-nummer respectievelijk 163702-08-7 en 163702-08-6, door 3M op de markt gebracht onder de naam Novec^TM Engineering Fluid HFE-7100.
[7a] Deze oplossing wordt gemaakt door zoveel mogelijk keukenzout in (kraan)water op te lossen totdat het er niet meer in oplost. Om zeker te zijn dat de oplossing verzadigd is, dient een gedeelte van het keukenzout niet op te lossen. Het mengsel van zout en verzadigde oplossing kan dan in de schaal gedaan worden.
[7b] Zie: Nielson, J.P., "Quality Control for Amino Acid Visualization Reagents",  Journal of Forensic Sciences, 1987, Vol. 32, nr. 2 (maart 1987), p. 370-376 voor praktijkvoorbeelden van vingerafdrukken die niet meer ontwikkelen bij te lage luchtvochtigheid na dompelen in ninhydrineoplossing (citaat).
[8] Davies, P.J.; Kobus, H.J.; Taylor, M.R.; Wainwright, K.P. "Synthesis and Structure of the Zinc(II) and Cadmium(II) Complexes Produced in the Photoluminescent Enhancement of Ninhydrin Developed Fingerprints Using Group 12 Metal Salts",  Journal of Forensic Sciences, 1995, Vol. 40, nr. 4 (July 1995), p. 565-569.
[9] Velders, M.J.M. "Latent Fingerprint Pencil",  TIB, 1990, nr. 3, blz. 7-18.