Historie
1,2-Indaandionen werden in eerste instantie gemaakt als tussenprodukt voor gesubstitueerde ninhydrines (bijv. 5-methylthioninhydrine) door prof. Madeleine Joullié en haar medewerkers, dr. Diane Hauze en dr. Olga Petrovskaia, van de Universiteit van Pennsylvania (Upenn). Tijdens de evaluatie van deze verbindingen door dr. Tony Cantu en Robert Ramotowski, van de United States Secret Service (USSS), werd ontdekt dat ook deze klasse van verbindingen in staat is vingersporen zichtbaar te maken op de manier van DFO (fluorescentie maar vaak slecht zichtbaar). Het eerste artikel over IND verscheen in 1997 [1a].
In de loop der jaren zijn vele formuleringen voorgesteld [2-7] en uiteenlopende resultaten met het reagens gemeld. Ook nabehandeling met zinkchloride gaf variërende resultaten. Australische onderzoekers [9a-c] vonden rond 2005 dat luchtvochtigheid een groot effect had op de ontwikkeling van fluorescerende vingerafdrukken. Als de luchtvochtigheid in het lab onder de 60% was presteerde 1,2-IND slechter dan DFO. Wanneer de luchtvochtigheid boven de 70% was echter gaf het uitstekende resultaten [9c]. Deze kritische waarde van 70% relatieve vochtigheid werd ook waargenomen in de USA [10].
De Australische onderzoekers introduceerden formuleringen die minder afhankelijk waren van luchtvochtigheid door een kleine hoeveelheid zinkchloride in ethanol aan de werkoplossing toe te voegen. Ze introduceerden ook een methode die ze al voor DFO gebruikten waarbij met IND behandelde papieren een korte tijd (10 seconden) bij een veel hogere temperatuur (160 °C) werden verhit dan gebruikelijk bij verwarming in een oven (bijvoorbeeld 10 minuten bij 100 °C).
Wanneer een geschikte lichtbron (groen licht) en camerafilters beschikbaar zijn is het aantal vingerafdrukken dat zichtbaar gemaakt kan worden hoger bij het gebruik van 1,2-IND dan bij ninhydrine.
Gesubstitueerde indaandionen
Een aantal gesubstitueerde indaandionen (bijvoorbeeld de 5-methoxy en 5,6-dimethoxy) bleken bij de eerste evaluaties van indaandionen een betere fluorescentie dan DFO te geven (in het bijzonder 5,6-dimethoxyindaandion [1a-c,2, 3]). Echter, de synthese ervan is tamelijk complex en de produktie ervan daarom nogal kostbaar. Bovendien bleek dat 5,6-dimethoxy-1,2-indaandion slecht oplost in de (met het oog op doorlopen van inkten) bij voorkeur gebruikte apolaire oplosmiddelen (zoals petroleumether).
 |
 |
|
| 1,2-indaandion | 5,6-dimethoxy-1,2-indaandion |
IND versus DFO
Sterke vingerafdrukken zullen een roze kleur ontwikkelen (Joullié's roze) met 1,2-IND die wat lichter is dan met ninhydrine verkegen zou zijn [9b]. Zwakke afdrukken zullen echter slechts vaag zichtbaar of onzichtbaar zijn, net als met DFO vaak het geval is. De fluorescentie van de met IND ontwikkelde afdrukken zal echter in de meeste gevallen sterker zijn dan wanneer deze met DFO behandeld zouden zijn.
 |
 |
|
| Doormidden geknipte vingerafdruk behandeld met DFO (onder) en 1,2-IND (boven - IND-Zn formulering). | Gefotografeerd met groen licht (505 nm), door een oranje filter (OG550). |
Testen en validering van 1,2-indaandion door groepen en labs over de hele wereld hebben laten zien dat het gebruikt kan worden als vervanging voor DFO. Vele labs hebben dat ook inmiddels gedaan.
Formuleringen
Omdat 1,2-IND een redelijk oplosbare verbinding is heeft het geen grote hoeveelheden polaire oplosmiddelen als toevoeging nodig om opgelost te blijven in apolaire oplosmiddelen (zoals petroleumether). Dit is een gunstige eigenschap omdat het het doorlopen van inkten voorkomt als papieren door de werkoplossing gehaald worden.
De bulk van de werkoplossingen wordt gevormd door ofwel alifatische oplosmiddelen als pentaan, hexaan, petroleumether of het gefluorineerde oplosmiddel HFE7100 (1-methoxynonafluorbutaan). Werkoplossingen met HFE7100 bleken [9b, pagina 48] veel betere resultaten te geven dan die met HFC4310mee (1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-decafluorpentaan). De reden ervan is onbekend. HFE7100 werd geprefereerd boven petroleumether (zie proefschrift Christie Wallace, referentie 9b, pagina 48) maar research naar IND-zinkformuleringen door onderzoekers van de USSS [10] vond juist geen verschil in effectiviteit.
Werkoplossingen met 1,2-IND zijn niet onbeperkt houdbaar. Moleculen indaandion zullen uiteindelijk met elkaar gaan reageren tot verbindingen die geen vingerafdrukken zichtbaar maken. Daarom moeten werkoplossing klaargemaakt worden wanneer ze nodig zijn en niet lange tijd op voorraad gehouden worden. In poedervorm is 1,2-IND echter volledig stabiel.
Methanol en ethanol moeten niet gebruikt worden in werkoplossingen. Deze oplossingen zijn gebleken niet langer dan een paar weken stabiel te zijn [4, 5] wat mogelijk te wijten is aan de vorming van ketalen (bijvoorbeeld 2,2-diethoxy-1-indanon in het geval van ethanol). De IND-Zn formulering bevat een kleine hoeveelheid ethanol (4 ml per liter) maar dit heeft blijkbaar een geringe invloed op de stabiliteit. Voor de houdbaarheid van de HFE-7100 werkoplossing, in het donker en bij kamertemperatuur bewaard, wordt een termijn van 3 maanden genoemd [13].
In de meeste formuleringen wordt azijnzuur gebruikt. Een opvallende uitzondering is de formulering gepubliceerd door Wiesner et al. [5] die 2 g/liter IND, 70 ml ethylacetaat bevat in 930 ml HFE7100 (eerst de 1,2-IND in de ethylacetaat oplossen en dan verdunnen met de HFE7100). Deze onderzoekers vonden dat het toevoegen van azijnzuur de resultaten niet verbeterde en zelfs de scherpte van de afdrukken verminderde. Een mogelijke reden die genoemd werd is dat het papier in Israel meestal zuur of neutraal is en de luchtvochtigheid laag. In andere delen van de wereld is het papier vaak basisch door het gebruik van kalk (calciumcarbonaat) als vulstof. Op thermisch papier werd hetzelfde waargenomen door Chen et al. [15]. Azijnzuur verminderde de fluorescentie en liet de afdruk enigzins doorlopen wanneer het werd gebruikt in petroleumether/ethylacetaat formuleringen.
De Israëlische onderzoekers [5] behandelden 1000 gebruikte checks, de helft met DFO gevolgd door ninhydrine en de andere helft met IND. IND ontwikkelde 50% meer afdrukken dan DFO en 46% meer dan DFO gevolgd door ninhydrine.
Deze "Wiesner" formulering werd geëvalueerd en gevalideerd door de FBI en de Florida Department of Law Enforcement in 2002 [7].
Wanneer vingerafdrukken zijn ontwikkeld met een formulering zonder zinkchloride zouden zwakke afdrukken sterker kunnen fluoresceren wanneer ze nabehandeld worden met zinkchlorideoplossing. Afkoelen in vloeibaar stikstof na deze behandeling leidt volgens Australische onderzoekers [3] tot een verdere verbetering van de fluorescentie.
Het IND-Zn recept uit Australië is meerdere malen aangepast. Het eerste recept, gepubliceeerd in 2007 [9d] gebruikte 1 gram IND opgelost in 30 ml dichloormethaan, 60 ml ethylacetaat, 10 ml azijnzuur wat vervolgens verdund werd met 900 ml HFE7100. Om de werkoplossing te maken werd aan deze oplossing 20 ml van een HFE7100 oplossing toegevoegd die 0,04 gram zinkchloride en 1 ml ethanol bevatte (molverhouding IND:ZnCl2 = 23 : 1).
De IND-Zn formulering uit 2008 gebruikte 0,8 gram IND opgelost in 90 ml ethylacetaat en 10 ml azijnzuur verdund met 900 ml HFE7100 waaraan 4 ml van een 40 g/l zinkchlorideoplossing in ethanol was toegevoegd voor de werkoplossing (molverhouding IND:ZnCl2 = 4,7 : 1).
De IND-Zn formulering gepubliceerd in the NCFS workshop manual [13] staat hieronder. De molverhouding IND:ZnCl2 is 3,5 : 1 in deze formulering.
| Australische IND-Zn werkoplossing, 1 liter | Zinkchloride stockoplossing, 50 ml |
| Los 0,6 g 1,2-indaandion op in 125 ml ethylacetaat, voeg dan toe: 5,2 ml azijnzuur (99%), voeg dan toe 870 ml HFE-7100, voeg dan toe 4 ml zinkchloride stockoplossing |
2,0 g zinkchloride opgelost in 50 ml absolute ethanol Houdbaarheid is onbeperkt. ZnCl2 concentratie = 0,04 g/ml |
Dana Bicknell en Robert Ramotowski van de USSS [10] namen het eerste IND-Zn recept van Stoilovic et al. [9d] en varieerden de hoeveelheid zinkchlorideoplossing die toegevoegd werd om de werkoplossing te maken. Zij kwamen tot de conclusie dat een verviervoudiging van de hoeveelheid zinkchloride (0,16 g/l; molverhouding IND:ZnCl2 = 5,75 : 1) hen het beste resultaat gaf. Ze vonden ook geen verschil in resultaten bij gebruik van HFE7100 of petroleumether en gaven vanwege de kosten de voorkeur aan het laatste.
Een formulering zonder zinkchloride gebaseerd op een ontwikkeld door de PSDB [6] die er gunstig uitkomt bij vergelijking met andere bekende formuleringen [9b] staat hieronder. De verandering aan de formulering t.o.v. het origineel is een verhoging van de hoeveelheid IND (van 0,25 naar 1 gram/l) en de vervanging van HFE7100 door petroleumether.
| Aangepaste PSDB formulering, 1 liter |
| 1 g 1,2-indaandion 10 ml azijnzuur (99-100%) 90 ml ethylacetaat 900 ml petroleumether |
Voor alle IND formuleringen geldt de aanbeveling deze in een donkerbruine glazen fles, in het donker te bewaren. Uit de chemische literatuur is bekend dat 1,2-indaandionen gemakkelijk photochemische reacties ondergaan onder invloed van zonlicht.
De beste methode voor het ontwikkelen van vingerafdrukken op papier behandeld met 1,2-IND lijkt het verhitten gedurende een korte tijd (10 seconden) bij een temperatuur van 160 °C waarbij gebruik gemaakt wordt van een hittepers of iets soortgelijks (Kasper et al. [7] gebruikten een glanspers op 100 °C).
Verwarmen van het papier in een oven (100 °C, 20 minuten) ontwikkeld afdrukken maar de beste resultaten lijken toch echt verkregen te worden door kort te verwarmen bij een hogere temperatuur (mogelijk omdat het water in het papier dan nog niet weggedampt is).
In experimenten waarbij IND en aminozuren in een oplossing met elkaar gereageerd werden bleek dat wanneer de reactie langzaam ging of men het experiment lang liet lopen niet fluorescerende, bruine producten (oligomeren) werden gevormd uit Joullié's roze (Joullié's Pink) en ongereageerd 1,2-IND [9b, sectie 5.3.3].
Vingerafdrukken, behandeld en zichtbaar gemaakt met 1,2-IND fluoresceren na excitatie met groen licht (optimum rond 530 nm), analoog aan DFO. Voor het bekijken en fotograferen van de sporen kunnen het beste donkeroranje filters (doorlating vanaf 570-590 nm) gebruikt worden.
Ontwikkelen van vingerafdrukken op papier van lage kwaliteit
Wij hebben waargenomen dat op een aantal papiersoorten van slechtere kwaliteit (zoals kranten, karton en gerecycleerd papier in het algemeen) indaandionen geen vingerafdrukken ontwikkelden, terwijl ninhydrine en DFO dit wel deden. Daar staat tegenover dat de Police Scientific Development Branch (PSDB, UK) na experimenten met een flink aantal verschillende papiersoorten tot de conclusie kwam dat er in de praktijk weinig verschil is tussen DFO en 1,2-IND. Op bruine enveloppen ontwikkelden zij zelfs meer afdrukken met 1,2-IND dan met DFO [14, hoofdstuk 5, blz. 384].
Het ontwikkelen van vingerafdrukken op dit soort papier is in zijn algemeenheid problematisch. De reden hiervoor is tot nu toe onbekend.
Ontwikkelen van vingerafdrukken op thermisch papier
Thermisch papier is een warmtegevoelig papier dat in het verleden bijna uitsluitend werd gebruikt als faxpapier. Tegenwoordig wordt het in veel meer applicaties gebruikt, zoals bonnen uit pinautomaten, kassabonnen en parkeerautomaten. De actieve laag in dit papier is erg gevoelig (wordt zwart of het geprintte deel lost op) voor polaire oplosmiddelen als aceton, ethanol en azijnzuur en natuurlijk warmte. Dit maakt het ontwikkelen van vingerafdrukken op dit soort papier problematisch.
Jon Stimac van de Oregon State Police was de eerste om te publiceren over het gebruik van IND op thermisch papier [8]. Hij liet zien dat de HFE-7100 formulering van Wiesner et al. [5] daarvoor gebruikt kan worden.
De formulering van een indaandion-zink recept van de Australische Federal Police (Stoilovic et al. [13]) staat hieronder.
| IND-Zn werkoplossing voor thermisch papier, 1 liter | Zinkchloride stockoplossing, 50 ml |
| 0,35 g 1,2-Indaandion oplossen in 40 ml ethylacetaat, voeg dan toe 960 ml HFE-7100, voeg dan toe 4 ml zinkchloride stockoplossing |
2.0 g zinkchloride opgelost in 50 ml absolute ethanol Houdbaarheid is onbeperkt. ZnCl2 concentratie = 0,04 g/ml |
Hong et al. [16] gebruikte een mengsel van 1,2-IND-oplossing (0,125 gram per liter, 60 ml ethylacetaat, 20 ml dichloormethaan, 10 ml azijnzuur en 900 ml petroleumether) en een 8% w/v polyvinylpyrrolidone (MW.40.000 g/mol) in ethanol in een verhouding 1:0,4 om thermisch papier te behandelen dat dan vervolgens 10 seconden verhit werd op 150 °C zonder dat de thermische zijde zwart werd. In de meeste gevallen werkte het (onverklaarbaar) beter op de thermische zijde van het papier dan de andere zijde.
Gevoeligheid voor licht
Onderzoek heeft uitgewezen dat de ontwikkelde vingerafdrukken gevoelig zijn voor licht. Wanneer de papieren met daarop de vingersporen niet in het donker werden bewaard, nam de fluorescentie van de afdrukken af. Wanneer ze echter wel in het donker werden bewaard, behielden ze hun fluorescerende eigenschappen.
Het groene licht dat gebruikt wordt voor het bekijken en fotograferen van de fluorescentie blijkt alleen een tijdelijke vermindering van de fluorescentie te veroorzaken (een vermindering werd overigens pas geconstateerd na enkele uren blootstelling). De fluorescentie keerde terug na overnacht in het donker bewaren (PSDB).
Procedure voor het maken van een zinkchloride-oplossing
Voor de behandeling met zinkchloride hebben wij de hieronder beschreven formulering ontwikkeld op basis van methyl-tert-butylether (MTBE) en petroleumether. Onze ervaring is dat de oplossing heel betrouwbaar werkt en heel stabiel is (wij hebben oplossingen die meerdere jaren oud waren zonder problemen gebruikt). Deze oplossing is overigens ook gewoon bij ons verkrijgbaar.
Los 30 gram zinkchloride (anhydrous) op in een mengsel van 500 ml MTBE en 20 ml absolute ethanol (98% of hoger) in een 1 liter erlenmeyer met behulp van een roerboon (een magneet in teflon omhulsel) op een magnetische roerder. Uiteraard dient dit in een zuurkast te gebeuren. Het geheel oplossen van de zinkchloride duurt 30 tot 60 minuten.
Als het poeder is opgelost voeg dan 10 tot 20 ml azijnzuur (99-100%) toe en verdun dan in een rustig tempo de MTBE oplossing met 500 ml petroleumether (pentaan, hexaan of heptaan werkt ook). Bewaar de oplossing in een goed afgesloten bruine glazen fles. In principe is het onbeperkt houdbaar.
Procedure voor de behandeling met zinkchloride
Het behandelen van papieren met zinkchloride, met daarop vingerafdrukken die zichtbaar zijn gemaakt met 1,2-IND (in een formulering die geen zinkchloride bevat), is een eenvoudige procedure. Wij bevelen hiervoor het gebruik van een sprayer aan (in een zuurkast). Besproei het papier slechts licht, laat de oplosmiddelen verdampen en besproei dan nogmaals wanneer nodig. Dit is echter lastig te beoordelen, omdat er (in tegenstelling tot ninhydrine) geen omkleuring of andere indicatie dat genoeg gesproeid is, optreedt.
De beste resultaten worden vervolgens verkregn door het papier na de zinkchloride behandeling nogmaals te verwarmen gedurende 10 seconden bij 160 °C [9d].
Referenties
[1a] Ramotowski, R.; Cantu, A.A.; Joullié,
M.M.; Petrovskaia, O., "1,2-Indanediones: A Preliminary Evaluation of a New
Class of Amino Acid Visualizing Compounds", Fingerprint Whorld 1997,
Vol. 23, nr. 90, blz. 131-140.
[1b] Joullié, M.M.; Petrovskaia, O., "A better way to develop fingerprints",
CHEMTECH 1998, Vol. 28, nr. 8, blz. 41-44.
[1c] Hauze, D.; Petrovskaia, O.; Taylor, B.; Joullié, M.; Ramotowski, R.; Cantu, A., "1,2-Indanediones: New Reagents for Visualizing the Amino Acid Components of Latent Prints," Journal of Forensic Sciences 1998, Vol. 43, nr. 4, blz. 744-747, [doi:10.1520/JFS14300J].
[2] Almog, J.; Springer, E.; Wiesner, S.; Frank, A. et al., "Latent
Fingerprint Visualization by 1,2-Indanedione and Related Compounds: Preliminary
Results", Journal of Forensic Sciences 1999, Vol. 44,
nr. 1, blz. 114-118, [doi:10.1520/JFS14421J]
[3] Roux, C.; Jones, N.; Lennard, C.; Stoilovic, M., "Evaluation of 1,2-Indanedione and 5,6-Dimethoxy-1,2-Indanedione for the Detection of Latent Fingerprints on Porous Surfaces", Journal of Forensic Sciences 2000,
Vol. 45, nr. 4, blz. 761-769, [doi:10.1520/JFS14768J]
[4] Niet gepubliceerde waarnemingen van onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania, de USSS, Israelische Nationale Politie en de PSDB.
[5] Wiesner, S.; Springer, E.; Sasson, Y.; Almog, J., "Chemical Development of Latent Fingerprints: 1,2-Indanedione Has Come of Age", Journal of Forensic Sciences 2001, Vol. 46, nr. 5, blz. 1082-1084, [doi:10.1520/JFS15102J]
[6] Merrick, S., Gardner, S.J.; Sears, V.G.; Hewlett, D.F., "An Operational Trial of Ozone-Friendly DFO and 1,2-Indanedione Formulations for Latent Fingerprint Detection", Journal of Forensic Identification 2002, Vol. 52, nr. 5, blz. 595-605.
[7] Kasper, S.P.; Minnillo; D.J., Rockhold; A.M., "Validating IND (1,2 - indanedione)" Forensic Science Communications 2002, Vol. 4, nr. 4.
[8] Stimac, J.T. "Thermal Paper: Latent Friction Ridge Development via 1,2-Indanedione" Journal of Forensic Identification 2003, Vol. 53, nr. 3, blz. 265-271.
[9a] Wallace, Christie, "Characterisation and Optimisation of Reaction of 1,2-Indanedione with Amino Acids and its Application to Fingerprint Casework", lezing op de 17e "International Symposium on the Forensic Sciences", maart 2004 (samenvatting - van web.archive.org, de originele site www.anzfss2004.org.nz bestaat niet meer).
[9b] Wallace-Kunkel, Christie; "Evaluation of Reagents for the Chemical Enhancement of Fingermarks on Porous Surfaces: Optimisation and Characterisation of the 1,2-Indanedione Technique", proefschrift, University of Technology Sydney, 2008 (hdl.handle.net/10453/32042)
[9c] Wallace-Kunkel, Christie; Lennard, Chris; Stoilovic, Milutin; Roux, Claude, "Optimisation and evaluation of 1,2-indanedione for use as a fingermark reagent and its application to real samples" Forensic Science International, 2007, Vol. 168, nr. 1, blz. 14-26, [doi:10.1016/j.forsciint.2006.06.006]
[9d] Stoilovic, Milutin; Lennard, Chris; Wallace-Kunkel, Christie; Roux, Claude, "Evaluation of 1,2-Indanedione Formulation containing Zinc Chloride for Improved Fingermark Detection on Paper" Journal of Forensic Identification 2007, Vol. 57, nr. 1, blz. 4-18.
[10] Bicknell, D.E; Ramotowski, R., Journal of Forensic Sciences 2008, Vol. 53, nr. 5, blz. 1108-1116, [doi:10.1111/j.1556-4029.2008.00826.x]
[11] Stoilovic, Milutin, Instructions for preparation and use of the IND-Zn reagent (persoonlijke communicatie, 2008).
[12] Spindler, X.; Shimmona, R.; Roux, C.; Lennard, C. "The effect of zinc chloride, humidity and the substrate on the reaction of 1,2-indanedione-zinc with amino acids in latent fingermark secretions", Forensic Science International, 2011, Vol. 212, blz. 150-157 [doi:10.1016/j.forsciint.2011.06.005].
[13] Stoilovic, M., Lennard, C. NCFS Workshop Manual: Fingermark Detection & Enhancement. 6th ed. National Centre for Forensic Studies, Canberra; 2012.
[14] Fingerprint Source Book, publicatiedatum maart 2013 (v 1.0), CAST/Home Office
[15] Chen, C.; Yu, Y.; Lee, H.C.; Giang Y., Wang, S. "Latent Fingerprint Development on Thermal Paper Using Traditional Ninhydrin and 1,2-indanedione" Journal of Forensic Sciences 2016, Vol. 61, nr. 1, blz. 219-225, [doi:10.1111/1556-4029.12897]
[16] Hong, S.; Kim, M.; Yu, S. "Latent Fingermark Development on Thermal Paper using 1,2-Indanedione/Zinc and Polyvinylpyrrolidone" Journal of Forensic Sciences 2018, Vol. 63, nr. 2, blz. 548-555, [doi:10.1111/1556-4029.13585]
Boven: doormidden geknipte vingerafdruk behandeld met DFO (onder) en 1,2-IND (boven - IND-Zn formulering).
Onder: gefotografeerd met groen licht (505 nm), door een oranje filter (OG550).
