Grundlegende Untersuchungen zum Verhalten ausgewählter Seltenerdelemente bei Explosionen und zur Anwendbarkeit spezieller Methoden zu deren Analyse

Bisher ist bei forensischen Untersuchungen von Explosionen die Rückverfolgung der verwendeten Sprengstoffe begrenzt, da das Material in aller Regel bei der Explosion zerstört wird. Die Rückverfolgung von Sprengstoffen soll mit Hilfe von Identifikations-Markierungssubstanzen erleichtert werden. Diese stellen einen einzigartigen Code dar, der auch nach einer Sprengung wiedergefunden und identifiziert werden kann. Die dem Code zugeordneten, eindeutigen Informationen können somit ausgelesen werden und liefern der Polizei bei der Aufklärung weitere Ansätze.rnZiel der vorliegenden Arbeit ist es, das Verhalten von ausgewählten Seltenerdelementen (SEE) bei Explosion zu untersuchen. Ein auf Lanthanoidphosphaten basierender Identifikations-Markierungsstoff bietet die Möglichkeit, verschiedene Lanthanoide innerhalb eines einzelnen Partikels zu kombinieren, wodurch eine Vielzahl von Codes generiert werden kann. Somit kann eine Veränderung der Ausgangszusammensetzung des Codes auch nach einer Explosion durch die Analyse eines einzelnen Partikels sehr gut nachvollzogen und somit die Eignung des Markierungsstoffes untersucht werden. Eine weitere Zielsetzung ist die Überprüfung der Anwendbarkeit der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) und Partikelanalyse mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) für die Analyse der versprengten Identifikations-Markierungssubstanzen. rnDie Ergebnisbetrachtungen der ICP-MS-Analyse und REM-Partikelanalyse deuten zusammenfassend auf eine Fraktionierung der untersuchten Lanthanoide oder deren Umsetzungsprodukte nach Explosion in Abhängigkeit ihrer thermischen Belastbarkeit. Die Befunde zeigen eine Anreicherung der Lanthanoide mit höherer Temperaturbeständigkeit in größeren Partikeln, was eine Anreicherung von Lanthanoiden mit niedrigerer Temperaturbeständigkeit in kleineren Partikeln impliziert. Dies lässt sich in Ansätzen durch einen Fraktionierungsprozess in Abhängigkeit der Temperaturstabilität der Lanthanoide oder deren Umsetzungsprodukten erklären. Die der Fraktionierung zugrunde liegenden Mechanismen und deren gegenseitige Beeinflussung bei einer Explosion konnten im Rahmen dieser Arbeit nicht abschließend geklärt werden.rnDie generelle Anwendbarkeit und unter Umständen notwendige, komplementäre Verwendung der zwei Methoden ICP-MS und REM-Partikelanalyse wird in dieser Arbeit gezeigt. Die ICP-MS stellt mit großer untersuchter Probenfläche und hoher Genauigkeit eine gute Methode zur Charakterisierung der Konzentrationsverhältnisse der untersuchten Lanthanoide dar. Die REM-Partikelanalyse hingegen ermöglicht im Falle von Kontamination der Proben mit anderen Lanthanoid-haltigen Partikeln eine eindeutige Differenzierung der Elementvergesellschaftung pro Partikel. Sie kann somit im Gegensatz zur ICP-MS Aufschluss über die Art und Zusammensetzung der Kontamination geben. rnInnerhalb der vorgenommenen Untersuchungen stellte die bei der ICP-MS angewandte Probennahmetechnik eine ideale Art der Probennahme dar. Bei anderen Oberflächen könnte diese jedoch in Folge der in verschiedenen Partikelgrößen resultierenden Fraktionierung zu systematisch verfälschten Ergebnissen führen. Um die generelle Anwendbarkeit der ICP-MS im Hinblick auf die Analyse versprengter Lanthanoide zu gewährleisten, sollte eine Durchführung weiterer Sprengungen auf unterschiedlichen Probenoberflächen erfolgen und gegebenenfalls weitere Probennahme-, Aufschluss- und Anreicherungsverfahren evaluiert werden.rn

So far, tracking of explosives is limited within forensic examinations since all material used is destroyed by the explosion. Tracking of explosives could be significantly facilitated with the aid of identification taggants. These taggants represent a unique code which can be found and identified after an explosion. The unique information belonging to the code can be read out and may give valuable hints to police investigations.rnThe aim of the present work is to examine the behaviour of some selected rare earth elements at explosions. An identification taggant based on lanthanoide phosphates provides the opportunity to combine multiple lanthanoides within a single particle. As a consequence, changes of the composition after an explosion can be observed by the examination of single particles. Another aim of the work is to test the applicability of ICP-MS and SEM particle analysis for the examination of exploded identification taggants based on lanthanoide phosphates.rnThe combined review of the ICP-MS and SEM particle analysis results after an explosion point to a fractionation of the lanthanoides or their reaction products according to their thermal stability. Results show an enrichment of lanthanoides with higher thermal stability in bigger particles, which implies an enrichment of lanthanoides with lower thermal stability in smaller particles. This could possibly be explained by a fractionation process dependent on the thermal stability of the lanthanoides or their reaction products, although no final conclusion could be drawn within the present work regarding the mechanisms responsible for the fractionation and their interaction during an explosion.rnThe general applicability and the in some circumstances inevitable, complementary application of the two methods ICP-MS and SEM particle analysis is shown. With the opportunity of a bigger analysed sample area and high accuracy, ICP-MS provides a good method for the characterisation of concentration ratios of the exploded lanthanoide taggants. In the circumstances of contamination, SEM particle analysis allows the definite differentiation of single particle elemental paragenesis. In contrast to the method of ICP-MS, SEM particle analysis can give information about the nature and composition of contamination.rnThe sampling method used within the present work displays the ideal form of sampling. Since the lanthanoides show a fractionation resulting in different particle sizes, the sampling method used could end in systematically falsified results when sampling other non-ideal surfaces. To prove the general applicability of ICP-MS referring to the analysis of exploded lanthanoide identification taggants, more explosion tests should be carried out on various surface materials and – when indicated – more sampling, digestion and accumulation strategies should be evaluated.rn