Environmental Forensics i USA

Rettstekniske metoder for etterforskning av miljøkriminalitet ble presentert på et møte i Pennsylvania ved Penn State University i juni 2013. Møtet ble arrangert med en kursdel først og deretter en konferansedel, av The International Network for Environmental Forensics (INEF). Ulike kjemiske og biologiske teknikker for å identifisere utslipp av miljøfarlige stoffer, i tillegg til kilden og tidspunktet for utslippet, ble presentert og diskutert av forskere og etterforskere fra hele verden med erfaringer fra virkeligheten.

Oljesøl

Tekst/foto: spesialetterforsker Solveig Ravnum (PhD Biologi), ØKOKRIM  /  solveig.ravnum@politiet.no  //  kjemiker Vivian M. Fredenborg, ØKOKRIM / vivian.fredenborg@politiet.no

Miljøgiftene i naturen

Miljøkriminalitet dreier seg ofte om forurensningsutslipp av miljøgifter, for eksempel petroleumsbaserte stoffer (råolje, gass, fyringsolje, diesel, bensin), halogenerte stoffer som PCB (Polyklorerte bifenyler) og dioksiner, samt furaner og tungmetaller. Disse stoffene kan komme fra industrier der disse stoffene blir produsert, raffinert eller brukt, de kan lekke ut under transport, eller de kan komme fra konsumentene. De vanligste metodene for analyse av slike stoffer er ikke gode nok til å bestemme stoffene, kilden og tidspunktet nøyaktig nok når stoffene har oppholdt seg ute i naturen en periode og kanskje forflyttet seg i jord, vann eller luft. Alle disse stoffene forandrer seg ute i naturen og med vær og vind, slik at materialet man til slutt måler på, ofte kan være forskjellig fra stoffene man hadde i starten. Det er viktig å kjenne til hvordan hvert enkelt stoff forandrer seg. Stoffene kan bli biologisk forandret eller degradert av mikroorganismer til helt andre stoffer slik at de blir umulige å kjenne igjen hvis man ikke vet hvordan hvert enkelt stoff oppfører seg. Videre kan stoffene ha ulik evne til å løse seg opp i vann, og dette kan påvirke konsentrasjonen og forflytningen av stoffet. Fordampningsevnen spiller også en rolle. De flyktigste stoffene fordamper først og lettest, og etterlater seg de tyngre stoffene. Nye verktøy har derfor blitt utviklet og tatt i bruk for rettstekniske undersøkelser av miljøgifter i naturen.

Metodene – de vanlige

De vanlige metodene for å analysere miljøgifter, for eksempel standard EPA1-metoder, er ofte altfor unøyaktige. Disse metodene er designet for å være raske, billige og ukompliserte, men vil ofte ikke være i stand til å skille mellom stoffer med lignende egenskaper. De kan være et godt utgangspunkt, men dersom man vil vite mer, trengs det grundigere verktøy. Noen typiske standardmetoder er:

  • «TOC» (totalmengden organiske karboner) og «TPH» (totalmengden oljehydrokarboner) er slike standardmetoder for grovanalyser.
  • «PCB 7» er en standardmetode for analyse av de syv vanligste PCB-ene, men langt fra alle, og den tar heller ikke hensyn til eventuelle endringer som deklorinering, som vil skje ute i naturen.
  • «PAH 16» er en annen standardmetode som påviser de 16 vanligste PAH-ene men ikke nedbrytningsproduktene fra dem, eller andre PAH-er. PAH er en forkortelse for polyaromatiske hydrokarboner.
  • «Multielementanalyse» er en metode for analyse av mange grunnstoffer, og er en god startmetode for å få et innledende hint om hvilke stoffer det dreier seg om i et utslipp.

Metodene – de nye

De nye metodene er langt mer nøyaktige og passende for det rettstekniske undersøkelser krever, i tillegg kan de brukes i kombinasjon med hverandre. Metodene bygger i tillegg på organisk geokjemi og hydrogeologi, noe de gamle metodene ikke tar hensyn til.

GCxGC

GCxGC-metoden består av to gasskromatografiske separasjoner (to kolonner med ulike egenskaper, en polar og en upolar) som er koblet sammen med en modulator i midten. Dette var kjernemetoden i alle rettstekniske undersøkelser som ble presentert på møtet, og den kan brukes til finseparering av stort sett alt av stoffer. Når stoffene er separert, kan man koble på en spesiell detektor avhengig av hvilke stoffer man ønsker å undersøke, eller man kan zoome inn på noen stoffer, for eksempel markørforbindelser eller biomarkører, og slik få gode indikasjoner på hva slags forurensning man har å gjøre med, og forurensningens kilde og alder.

PIANO-analyse

PIANO-analysen er en analyse av de fem hovedgruppene hydrokarboner man finner i petroleumsbaserte stoffer, og forholdene mellom dem. Disse hovedgruppene er: paraffiner, iso-paraffiner, aromatiske stoffer, naftener og olefiner. Dette er en ganske enkel analyse som utføres med GC-MS (gasskromatografi-massespektrometri) eller GCxGC-MS, der forholdene mellom disse fem forbindelsene kan si en hel del om type petroleumsbaserte stoffer (bensin, diesel, flybensin, parafin, tyngre oljer og lignende) samt alder, tidspunkt og kilde for utslipp. Forholdet mellom disse fem stoffene kan også fortelle noe om de spesielle kjemiske eller biologiske prosessene som har funnet sted, slik som oppløselighet i vann, fordampning/flyktighet eller biodegradering. Gil Oudijk fra Triassic technology Inc. i USA presenterte PIANO-metoden.

Markørforbindelser

Markørforbindelser er stoffer som ble brukt i bensin i ulike konsentrasjoner i ulike tidsperioder, for eksempel bly, benzen, svovel, eter og alkoholer. Disse kan derfor benyttes til å bestemme produksjonstidspunktet av bensinen i et spesifikt bensinutslipp. Det gjøres ved separasjon på GCxGC.

Biomarkører

Man har funnet en type biomarkører i petroleumsprodukter som opprinnelig stammer fra levende organismer. Disse forbindelsene er svært resistente mot vær og vind og brytes derfor meget langsomt ned i naturen. Biomarkørene kan dermed brukes til å aldersbestemme et utslipp, for eksempel ved GCxGC. Hvis man finner mye av en biomarkør (for eksempel pristane) i et utslipp i forhold til andre lett nedbrytbare stoffer (for eksempel n-C17), kan man konstatere at utslippet ikke skjedde nylig, og videre kan det eksakte forholdet mellom stoffene gi det nøyaktige tidspunktet for utslippet. Michelle Misselwitz fra Restek i USA presenterte dette.

Isotopanalyse

Analyse av forholdet (ratioen) mellom stabile isotoper av ulike grunnstoffer er en ganske ny metode som nylig er tatt i bruk ved rettstekniske undersøkelser. Metoden kalles «compound specific isotope analysis» (CSIA), og man bruker en gasskromatografisk separasjon (enten GC elller GCxGC) koblet til et gasskromatografi-isotopratiomassespektrometer (GC-IRMS). Prinsippet for metoden er at den ene isotopen er sjeldnere enn den andre. 13C og 12C forekommer for eksempel naturlig i et forhold på 1/99, og en av isotopene (12C) brytes lettere ned i naturen enn den andre (13C). Metoden ble presentert av Alan Jeffrey fra Zymax Forensics
i USA og R. Raoul Philp fra University of Oklahoma i USA. Noen eksempler på isotopanalyser er:

  • 2H/1H-isotopratioanalyse som kan brukes til å bestemme gasslekkasjer.
  • 13C/12C-isotopratioanalyse som kan brukes til å analysere råolje, bensin, klorerte stoffer eller biodegradering.
  • 37Cl/35Cl-isotopratioanalyse som kan brukes ved undersøkelse av klorerte vannløselige stoffer.
  • Ulike Pb-isotopratioanalyser som kan brukes til å analysere bensinutslipp.
  • 15N/14N-isotopratioanalyse som kan brukes til å analysere nitratforurensning av grunnvann.
  • 18O/16O som kan brukes til å identifisere vannkilder.
  • 34S/32S som kan brukes til å identifisere SO2-kilder.
  • Ulike Hg-isotopratioanalyser som kan brukes til å bestemme kvikksølvkilder i sedimenter.

Dendrokjemi

Alle trær eksponeres for miljøet rundt. Et internasjonalt forskningsprogram, Pollution Investigation by Trees (PIT), bruker nettopp trær til å undersøke og forstå hendelser i nærområdet. Dendrokjemiske metoder ble første gang brukt i 1975 for å dokumentere påvirkningen fra et gruveselskap. Ved å undersøke treets årringer og ringbredden kan man lese historien til miljøet rundt langt tilbake i tid, for eksempel flommer, snøskred, klippefall, jordskjelv, brann, insektsvermer, kalde vintre, stormer osv. Phytoscreening er metoder som første gang ble brukt i 1990 for å dokumentere nylig eksponering for flyktige organiske stoffer. Man ser da kun på de ytterste årringene. Både multielementanalyse og GCxGC kan benyttes til å analysere det utvalgte trematerialet. Jean-Christophe Balouet fra NEUF i Frankrike, Gil Oudijk fra Triassic technology Inc. i USA, Gwen O’Sullivan fra Mount Royal University i Calgary og Caroline Gauchotte-Lindsay fra University of Glasgow forsker på dette og presenterte metoden.

Kadaveranalyse

For å lokalisere og spore kadavre har det blitt utviklet en metode til å fange opp og fragmentere «lukten av død» ved å måle flyktige organiske stoffer (volatile organic compounds – VOC) med GCxGC-TOFMS. Electronic sensing-apparater (E-nose) er miniapparater som er designet for slik analyse ute i felt. Ulike dyrearter utskiller mange unike typer VOC, som dermed blant annet kan brukes til å bestemme arten. Utviklingen innen dette feltet er stor, og stadig nye stoffer oppdages som eksempelvis også kan fastslå dødstidspunktet for ulike dyrearter med stadig større nøyaktighet. Jean-Francois Focant fra University of Liege i Belgia forsker på denne metoden.

Standard Reference Materials (SRMS)

Stephen A. Wise fra National Institute of Standards and Technology (NIST) i USA snakket om bruken av referanse- eller kontrollmaterialer fra ulike omgivelser. Disse er representative og ferdig analysert, slik at man kan bruke dem som referanser mot den aktuelle forurensningen man ønsker å undersøke. Dette er mindre aktuelt for oss her i Norge da disse referansematerialene i høy grad er stedsavhengige og man er avhengig av referansemateriale som er samlet inn og analysert på forhånd.

Water DNA archive

The Scottish Government Strategic Program of Research, ved Lorna Dawson i Aberdeen, bruker diverse kjemiske og biologiske metoder for å overvåke vannkvalitet, blant annet med tanke på typiske vannbårne patogener som kan infisere både buskap og mennesker, både den hardføre parasitten Cryptosporidium parvum men også bakteriene Salmonella typhimurium, Eschericia coli og Campylobacter jejuni. De har utviklet molekylære biologiske verktøy for denne overvåkningen, og med et DNA-basert vannarkiv over alt mikrobielt liv i ulike vannsystemer skal de utvikle enkle analysemetoder på mikrobrikker som raskt kan kartlegge vannkvaliteten ved behov og overvåke eventuelle utslipp.

Oppsummering

De nevnte metodene i denne artikkelen er bare et kort utdrag av de viktigste som ble vist på møtet, men de illustrer godt hvor komplekse de rettstekniske metodene for etterforskning av miljøkriminalitet er. Det er i aller høyeste grad en multidisiplinær øvelse hvor kunnskap trengs, ikke bare innen kjemi men også innen biologi, hydrologi, geologi, jordkjemi, prosessindustri, matematisk modellering, og statistikk. Alle må jobbe sammen for å klare å komme i mål. Og målet er å kunne svare på de fem hovedspørsmålene:

  • Hva er den kjemiske sammensetningen til forurensningen?
  • Hvor er kilden og den ansvarlige for forurensningen?
  • Når skjedde forurensningen?
  • Hvorfor skjedde forurensningen?
  • Hvilke konsekvenser har forurensningen hatt for miljøet?

 

 

Forskere og etterforsker som presenterte sine erfaringer på konferansen
Både forskere fra firmaer som forsker på og utfører slike analyser, blant annet Brian Murphy og Donald G. Patterson jr. fra Exponent i USA, Alan Jeffrey fra Zymax Forensics i USA, Gil Oudijk fra Triassic Technology Inc i USA, og R.J. Collins fra Gerstel i USA, forskere fra universiteter som forsker på metodene, blant annet Glenn Johnson fra University of Utah i USA, Caroline Gauchotte-Lindsay fra University of Glasgow, Jean-Francois Focant fra University of Liege i Belgia, Jean-Christophe Balouet fra NEUF i Frankrike, og etterforskere fra myndigheter som utfører slike analyser, blant annet Nadine Benoit fra Ontario Ministry of the Environment fra Canada, presenterte sine erfaringer på konferansen.

 


Sist oppdatert 10/04/2014




PDF av nyeste Miljøkrim: