L'investigazione forense utilizza la termografia e il vapore

In che modo l'applicazione del vapore a tessuti con macchie di sangue ha reso possibile la termografia

Alcuni ricercatori a caccia di un metodo alternativo per rilevare la presenza di sangue in concentrazioni diluite sui tessuti hanno trovato una soluzione nella termografia. Mentre il sangue non è di per sé visibile nello spettro dell'infrarosso, si è scoperto che è possibile creare una firma termica introducendo vapore acqueo in un campione di sangue. Nonostante alcune difficoltà riscontrate con le fibre naturali, questo metodo di imaging termico può rappresentare una soluzione alternativa e preferibile all'uso del luminol nell'investigazione forense.

Quando gli investigatori di una serie poliziesca TV devono trovare tracce di sangue, la prima cosa che fanno è spruzzare la zona con luminol e spegnere le luci. Anche se aggiunge drammaticità alla vicenda, questa non è certo la soluzione ottimale per dei veri investigatori che abbiano bisogno di scoprire indizi di sangue concreti in circostanze tutt'altro che ideali. Questo vale specialmente quando si lavora su tessuti con macchie di sangue diluito, che potrebbero facilmente essere danneggiate dall'aggiunta di luminol liquido. Dei ricercatori chimici, i dottori Michael Myrick e Stephen Morgan, insieme al loro team presso l'Università della Carolina del Sud, stanno studiando l'utilizzo forense delle termocamere come metodo alternativo per rilevare e registrare prove di fluidi biologici come il sangue sulla scena del crimine.

Figura 1. Impronta di sangue integro su tessuto acrilico.
A sinistra: durante l'esposizione termografica al vapore.
A destra: raffreddamento per evaporazione dopo l'esposizione. Il contrasto è sufficiente per distinguere i disegni delle creste.

Figura 2. Impronta di sangue integro su tessuto di poliestere.
A sinistra: durante l'esposizione termografica al vapore.
A destra: raffreddamento per evaporazione dopo l'esposizione.

Figura 3. L'impronta su poliestere, diluita 10 volte, mostra sia i disegni delle creste sia un alone dovuto all'assorbimento di particelle solide nel sangue. Il team di Myrick e Morgan ha notato che le creste assorbivano il vapore più rapidamente dell'alone esterno e si raffreddavano a velocità diversa: questo permetteva di distinguere cineticamente i due disegni.

Figura 4. Le proprietà di adsorbimento/deadsorbimento del sangue per l'acqua sono molto simili a quelle del cotone, tessuto sul quale persino le impronte di sangue integro risultano labili.

Problemi del luminol

Il luminol si presenta inizialmente come una polvere che viene miscelata con perossido di idrogeno prima di essere applicata sulla superficie da sottoporre a test. Se vi è presenza di sangue, il ferro nell'emoglobina catalizza una reazione tra il luminol e il perossido di idrogeno, rilasciando elettroni sotto forma di fotoni visibili in luce blu. Sfortunatamente, il luminol può reagire con altre sostanze diverse dal ferro, causando un falso positivo.

Come spiega il dott. Myrick, il luminol "reagisce con rafano, sali di rame, candeggine... Reagisce con numerose sostanze rintracciabili, ad esempio, in un tessuto o su una scena del crimine che ci interessa osservare".

Un altro inconveniente con il luminol è il suo potenziale effetto sul test del DNA: benché la sostanza chimica non distrugga completamente il DNA, è in grado di influenzare alcuni marcatori genetici.

Infine, l'atto stesso di spruzzare il luminol sulla macchia potrebbe sbavarla o espanderla. "Quindi se si rileva un disegno di creste, come in un'impronta digitale, e lo si impregna con un liquido, si corre il rischio di perderlo del tutto", afferma il dott. Myrick. Qualsiasi possibilità di identificare quell'impronta digitale sul tessuto sfumerebbe. L'eccessiva diluizione di una macchia di sangue potrebbe anche rendere impossibile sottoporre in seguito il campione a test del DNA.

Le sfide dell'infrarosso

Il dottor Myrick e il suo team stavano cercando una soluzione migliore per visualizzare sangue e altri fluidi biologici per l'investigazione forense. Myrick era particolarmente interessato a un metodo di rilevamento che permettesse l'osservazione per più di qualche secondo e che potesse essere ripetuto senza distruggere il campione. Lui e il suo team hanno iniziato a studiare l'uso della riflettanza a infrarossi per la visualizzazione del sangue. Pur funzionando, nelle immagini termiche il sangue appariva sempre molto indistinto.

"La termografia generalmente non è un buon metodo per visualizzare il contrasto chimico", ammette il dott. Myrick. Lui e il suo team stavano cercando modi per aumentare la sensibilità al sangue, e si sono orientati sul vapore come metodo per ottenere una efficace banda di assorbimento nella finestra spettrale dell'infrarosso. Tuttavia, nel tentativo di migliorare un metodo, il team si è imbattuto in una soluzione di gran lunga migliore.

Al dottorando Wayne O'Brien era stato assegnato il compito di saturare un panno con l'ossido di deuterio emesso da un vaporizzatore da viaggio e rilevare le misurazioni di riflettanza. O'Brien aveva appena registrato un video a infrarossi, mentre il vapore colpiva il tessuto, e la scoperta è stata sorprendente.

"Nel momento in cui ha attivato il vapore, la macchia diluita 100 volte che mi stava mostrando agli infrarossi si è accesa come una lampadina. La sorpresa è stata scoprire che un dettaglio, in precedenza così difficile da notare, all'improvviso nell'immagine appariva perfettamente brillante", ricorda Myrick.

Inoltre, hanno scoperto che il vapore acqueo, a differenza del luminol, che svanisce quasi immediatamente, ha un effetto duraturo sul tessuto macchiato di sangue. "Se si prende un tessuto e lo si espone a un ambiente umido a temperatura elevata, è possibile vedere la macchia per un tempo indefinito", dice Myrick. "Non compare e scompare, la si può osservare all'infinito, fintanto che si continua a tenerla in quelle condizioni di umidità".

Il metodo viene messo alla prova

Il team di Myrick ha messo all'opera la propria scoperta in uno studio di impronte di sangue su tre tipi di tessuto. Le "impronte digitali" provenivano da un timbro di gomma, inumidito e applicato su tre tessuti sottoposti a triplice tintura. Ciascun pezzo di tessuto ha ricevuto due impronte digitali con sangue di ratto, una diluita in un rapporto 1:10 e l'altra non diluita. Il team ha quindi lasciato asciugare le macchie per 24 ore.

Al momento di analizzare l'immagine delle macchie di sangue, i ricercatori hanno esposto i campioni al vapore acqueo deionizzato di un vaporizzatore portatile per indumenti. Hanno registrato i cambiamenti del sangue sul tessuto mentre lo vaporizzavano a intervalli di tre secondi per un periodo prolungato, con pause tra ogni intervallo.

L'aggiunta di vapore acqueo al campione provoca un'immediata produzione di calore. Il dott. Myrick paragona questo processo al passaggio da una stanza asciutta e con aria condizionata all'esterno in una giornata calda e umida. Qualsiasi indumento indossato assorbirebbe immediatamente il vapore acqueo, provocando un leggero aumento della temperatura. Questo tipo di aumento è facile da vedere all'infrarosso.

Così come l'aggiunta di acqua produce calore, l'allontanamento della fonte di vapore provoca il raffreddamento. Ma i tessuti idrofobi, come acrilico o poliestere, trattengono una scarsissima quantità di acqua e arrivano rapidamente all'equilibrio. Di conseguenza, la zona macchiata di sangue sembra raffreddarsi più lentamente rispetto al resto del tessuto. Questo fenomeno causa una differenza di temperatura che è facilmente rilevabile all'infrarosso.

"Si ottiene un contrasto sia positivo che negativo su un oggetto che assorbe acqua, a seconda della velocità con cui l'adsorbimento e il deadsorbimento si verificano. Ed è possibile ripetere l'operazione diverse volte", spiega Myrick.

Per la prima serie di registrazioni, hanno collegato un'ottica da 50 mm a una termocamera FLIR A6751sc SLS per poter visualizzare l'impronta intera. La A6751sc offre una frame rate elevata e una velocità di integrazione di 480 ns, che permettono ai ricercatori di registrare transienti termici molto rapidi. Una seconda serie di registrazioni, con un'ottica da 13 mm, ha permesso al team di Myrick di osservare una singola cresta ingrandita di un'impronta digitale. In entrambi i casi, il team ha gestito la termocamera tramite il software ReasearchIR di FLIR.

Le immagini delle impronte da entrambi i tessuti, acrilico e poliestere, mostravano chiaramente la presenza del sangue integro e diluito. I residui sul tessuto acrilico offrivano inoltre un contrasto sufficiente a distinguere le creste delle impronte digitali. Sul tessuto in poliestere, il team ha osservato un "alone" termico attorno all'impronta diluita 10 volte, causata dalla penetrazione delle particelle solide di sangue nel tessuto. Valutando i dati termici nel tempo, il team ha notato che le creste sul poliestere avevano assorbito il vapore acqueo più rapidamente rispetto all'alone esterno. Questo ha permesso al team di distinguere le creste dall'alone.

I tecnici di Myrick hanno riscontrato alcune difficoltà nell'analizzare le immagini delle impronte di sangue sul cotone. Questo perché, avendo fino al 20% di acqua in peso, i filati in cotone assorbono tanta acqua quanto la macchia di sangue. Al contrario, le fibre sintetiche come acrilico e poliestere non assorbono così facilmente l'acqua.

"Il fenomeno è strettamente correlato alla composizione chimica e alla struttura delle fibre", spiega Raymond Belliveau, un dottorando membro del team di Myrick.

"Il cotone è un tessuto disordinato, con fibre libere in tutte le direzioni", aggiunge Myrick. "E la velocità con cui i fili assorbono l'acqua è diversa. La risposta di una fibra singola è estremamente rapida".

Per questo motivo, il team ha riscosso maggior successo con l'analisi di immagini delle creste di impronte ingrandite su cotone. Si notava un contrasto visibile tra il sangue integro sui singoli fili in rilievo e il resto del tessuto di cotone. La visibilità durava solo per i 30 ms necessari ai fili rialzati per assorbire il vapore.

"L'A6751sc ci ha permesso di eseguire misurazioni ad alta velocità, in cui è possibile vedere le fibre accendersi per lo spazio di un solo fotogramma", spiega Myrick. Successivamente, la maggior parte del tessuto assorbe vapore acqueo in quantità sufficiente a eliminare qualsiasi differenza termica tra il sangue integro e il cotone.

Figura 5. I singoli fili all'interno della impronta di sangue integra sono in contrasto con il resto del tessuto di cotone.

La cresta dell'impronta di sangue integra è facilmente visibile sul tessuto acrilico, sebbene interrotta nei punti in cui la trama del tessuto ha impedito al timbro di entrare in contatto con tutta la superficie.

Figura 6. Nel disegno di creste compare un'interruzione nei punti in cui la trama del tessuto acrilico ha impedito il contatto completo tra timbro e tessuto.

L'impronta di sangue integra era visibile solo vagamente durante la vaporizzazione e, come nel campione acrilico, presentava una trama che impediva il contatto completo tra tessuto e timbro. Tuttavia, poiché l'ordito (direzione verticale dei fili) è in rilievo rispetto alla trama (direzione orizzontale), le particelle solide nel sangue sono più visibili sull'ordito.

Figura 7. Le creste dell'impronta di sangue sono visibili solo sull'ordito in rilievo del tessuto.

Il passo successivo

In base ai risultati ottenuti da Myrick, la termografia può essere una valida alternativa al luminol per determinare se il tessuto sia stato macchiato di sangue. Potrebbe anche essere un metodo preferibile, perché il vapore acqueo necessario ad agevolare l'analisi dell'immagine non diluisce ulteriormente la macchia né possiede il potenziale per rovinare le prove. Benché l'uso del vapore acqueo ponga alcune sfide nel caso del cotone, le termocamere ad alta velocità ed elevata risoluzione possono aggirare il problema. Una termocamera scientifica come la FLIR A6751sc offre la frame rate e la velocità di integrazione necessarie per registrare il riscaldamento o il raffreddamento rapidi delle fibre libere di cotone e l'osservazione può essere migliorata con l'ingrandimento. Myrick e il suo team continueranno a studiare l'impiego dell'imaging ad alta velocità su filati di cotone nella speranza di perfezionare la procedura.