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Forensische Analytik
"Schon wieder ein weißes Pulver!"
Schnelle Analytik von Sprengstoffen auf Peroxidbasis
Arbeitsgruppe des Autors

Martin Vogel, Rasmus Schulte-Ladbeck und Uwe Karst

I Einleitung:

Der erste, von Menschen genutzte Sprengstoff war das Schwarzpulver, das im dritten vorchristlichen Jahrhundert von chinesischen Alchemisten eher zufällig während eines Experimentes, das eigentich zum Ziel hatte, Gold und Silber zu trennen, synthetisiert wurde. Die Geburtsstunde der modernen Explosivmittel schlug im 9. Jahrhundert mit der Synthese des TNT (Trinitritrotoluol), der Pikrinsäure und weiterer organischer Nitroverbindungen wie z. B. dem Pentaerythritolytetranitrat (PETN). Gegenwärtig ist das TNT einer der meist verwendeten Sprengstoffe, der sowohl für die Herstellung ziviler Sprengstoffe als auch für den zivilen Einsatz genutzt wird.

Abbildung 1: Strukturen von TNT und PETN.

Darüberhinaus existieren heute eine Vielzahl weiterer Sprengstoffe, die - aufgrund ihrere verhältnismäßig einfachen Herstellungsweise - insbesondere von "Hobbychemikern" gerne im heimischen Kellerlabor hergestellt werden. Neugier gepaart mit Unvernunft und Unwissen führt hier regelmäßig zu schwersten Unfällen, die nicht selten tödlich enden. Die Gefahren, die von solchen Explosivstoffen ausgehen, potenzieren sich, wenn hinter der Synthese kriminelle oder sogar terroristische Motivationen stecken.

Die wohl am weitesten verbreitete Gruppe solcher "hausgemachten" Sprengstoffe ist die der peroxidbasierten Explosivmittel. Hierzu gehören die beiden Verbindungen TATP und HMTD, deren Strukturen in Abbildung 2 gezeigt sind. Sie werden jedoch wegen ihrer Instabilität nicht industriell oder militärisch eingesetzt.

Abbildung 2: Strukturen von TATP und HMTD.

Abbildung 3: Der 'Schuh-Bomber' in American Airlines 63 (Boston Globe vom 28.12.2001)

Hinter der Vielzahl von Terroranschlägene im nahen Osten wird der Einsatz dieser Verbindungen vermutet, und TATP gelangte Ende 2001 fast zu trauriger Berühmtheit, als im Schuh des American Airline-Passagiers Richard Reid (Abb. 3), den die Presse fortan als "Schuh-Bomber" titulierte, TATP gefunden wurde.

II. Problem:

Mit der stetig anwachsenden Zahl von Synthesevorschriften, die über diverse elektronische und gedruckte Medien einem breiten Publikum zugänglich gemacht werden, steigt zum einen die Anzahl der hiermit verbundenen Unfälle, zum anderen sehen sich die Behörden vermehrt mit Funden "weißen Pulvers" konfrontiert, die es zu identifizieren gilt. Die Analyse eines potentiellen Sprengstofffundes sollte schnell und möglichst vor Ort stattfinden können, um so eine mögliche Gefahr abzuwehren aber auch, um eine unnötige Evakuierung zu vermeiden.

Sowohl TATP als auch HMTD können mit Hilfe der Infrarotspektroskopie (IR) oder der chemischen Ionisations-Massenspektrometrie (CI-MS) detektiert werden. Allerdings sind die Empfindlichkeiten sowie die Selektivitäten der beiden Methoden wenig zufriedenstellend, weshalb vor kurzem eine neue Methode zur Analyse der beiden Verbindungen entwickelt wurde.

III. Ein Schnelltest für die vor-Ort-Analyse peroxidbasierter Sprengstoffe:

Um vor Ort schnell entscheiden zu können, ob es sich bei der gefundenen Substanz um einen peroxidbasierten Sprengstoff oder möglicherweise nur um harmlosen Zucker handelt, ist es wichtig einen sehr selektiven Test einzusetzen, der ohne großen apparativen Aufwand auskommt. Zum einen können hier Spürhunde zum Einsatz kommen (Abb. 4), zum anderen kann der an der Universität Twente entwickelte photometrische bzw. fluorimetrische Schnelltest genutzt werden.

Abbildung 4: Training einer Hundestaffel auf Peroxidsprengstoffe unter Laborbedingungen.

Bei diesem Test wird die zu untersuchende Probe zunächst mit einer wässrigen Katalaselösung gewaschen, um Peroxide, die beispielsweise aus Waschmitteln freigesetz werden und die die spätere Detektion beeinflussen könnten, zu zerstören. Hierbei wird die Probe mit Hilfe eine UV-Lampe photochemisch zersetzt, wobei Wasserstoffperoxid (H2O2) entsteht (Abb. 5).

Abbildung 5: Testschema der Analyse von TATP und HMTD.

Im Anschluss wird dieses mit Hilfe einer Farbreaktion photometrisch oder fluorimetrisch nachgewiesen. Zur photometrischen Detektion des H2O2 wird die durch Meerettichperoxidase (POD) katalysierte Oxidation des farblosen ABTS zum intensiv grün gefärbten Radikalkation ABTS genutzt (Abb. 6). Je stärker die Intensität der entstanden Grünfärbung ist, desto höher ist die Konzentration des Wasserstoffperoxides und damit auch die Konzentration des Sprengstoffes.

Abbildung 6: Nachweisreaktionen für Wasserstoffperoxid: a) Oxidation von ABTS zum grünen ABTS+°;
b) Reaktion von pHPAA zum fluoreszierenden Dimer.

Die fluorimetrische Bestimmung von H2O2 wird auf der Basis der durch Peroxidase katalysierten Dimerisierung von pHPAA durchgeführt. Das entstandene Produkt lässt sich fluoreszenzspektroskopisch detektieren. Im Vergleich mit der Photometrie wird hier noch einmal ein deutlicher Empfindlichkeitsgewinn erzielt.

IV. Ergebnisse:

Der oben vorgestellte Schnelltest erlaubt die rasche vor-Ort-Identifizierung peroxidbasierter Explosivstoffe. Dies gibt den Behörden ein einfaches, rasches und robustes Mittel an die Hand, um zu entscheiden, ob es sich bei einem vermeintlichen TATP- bzw. HMTD-Fund wirklich um diese Verbindungen handelt. Dies ist insofern wichtig, als dass vermeintliche TATP- bzw. HMTD-Proben möglichst nicht transportiert werden sollten, um so eine spontane Detonation zu vermeiden. Kann ein Peroxidsprengstoff ausgeschlossen werden, muss im Anschluss auf weitere Sprengstoffe getestet werden (z. B. mit Hilfe von Spürhunden, die etwa auf TNT oder andere Verbindungen trainiert sind). Um zwischen den beiden Verbindungen unterscheiden zu können muss jedoch vor die Photoreaktion mit der darauf folgenden Enzymreaktion eine flüssigchromatographische Trennung platziert werden.


Kontakt:
  • Dr. Martin Vogel
    Prof. Dr. Uwe Karst

    Universität Twente
    Abteilung Analytische Chemie und MESA+
    Institut für Nanotechnologie
    Postfach 217
    7500 AE Enschede
    Niederlande
    Tel.: +31 (0)53 489-4813
    Fax: +31 (0)53 489-4645
    E-Mail: m.vogel@utwente.nl
    Internet: ca.ct.utwente.nl/
    Dr. Rasmus Schulte-Ladbeck
    Bundeskriminalamt
    65173 Wiesbaden