Chemici kunnen een frisse blik werpen op forensische sporen. Zo kan de geboorte­grond van een naamloos slachtoffer nauwkeuriger worden achterhaald, of illegaal vuurwerk aan een verdachte gekoppeld.

Dat isotopen wat kunnen vertellen over waar iemand is opgegroeid of lange tijd heeft geleefd, komt door invloed van ons eten en drinken. De minieme hoeveelheid strontium in drinkwater laat bijvoorbeeld sporen na in tanden en botten, weet bio-archeoloog Lisette Kootker, werkzaam bij de afdeling Geologie en Geochemie van de VU. ‘De verhouding tussen de isotopen strontium-87 en strontium-86 in het grondwater is gerelateerd aan de ouderdom van de onderliggende geologie. In een jong vulkanisch gebied als de Eiffel vind je lage 87Sr/86Sr-ratio’s. Mensen in Noorwegen leven bijvoorbeeld op geologisch zeer oud gesteente, daar kun je totaal andere strontium-ratio’s verwachten.’

Die wetenschap speelde een belangrijke rol in de zaak van het Heulmeisje. Haar lichaam werd in 1976 gevonden bij parkeerplaats De Heul langs de A12. De politie dacht na jaren onderzoek dat het om Monique Jacobs ging, die in een naburig dorp werd vermist. Case closed. Totdat Monique Jacobs zich in 2006 levend en wel meldde; ze had elders een leven opgebouwd en eiste haar identiteit op. Het Heulmeisje was dus weer naamloos.

Kootker: ‘Haar resten zijn toen opgegraven en daarop is isotopenonderzoek gedaan. Toen bleek uit de strontiumratio’s dat het geen Nederlands meisje kon zijn. Ze komt waarschijnlijk uit een jong vulkanische regio, zoals de Eiffel of het Roergebied. Het Heulmeisje is nog altijd niet geïdentificeerd, maar isotopenonderzoek heeft wel zoekgebieden als Nederland en België uitgesloten. In 2016 is in Duitsland besloten om een DNA-bevolkingsonderzoek te doen, om verwanten van het Heulmeisje op het spoor te komen, maar dat project is nog niet gestart.’

Unieke combinatie

Kootker deed vorig jaar in opdracht van onder andere het NFI vijf analyses, dit jaar staat de teller halverwege het jaar al op zeven zaken. Er is één dag per week beschikbaar, naast talloze isotoop-analyses die Kootker doet voor archeologische projecten. ‘Archeologisch materiaal is na duizenden jaren mooi droog, maar forensische zaken leveren bot met veel organische stof. Bot moet je ontvetten en oplossen in een mengsel van zoutzuur, salpeterzuur en waterstoffluoride. Dat duurt ongeveer een week. Daarna volgt kolomscheiding om bijvoorbeeld de strontiumfractie eruit te halen. Die laden we op een filament van rhenium, en dan pas kun je het analyseren in de spectrometer. Verder werk ik ultra clean, elk buisje of pipetpuntje dat ik gebruik is schoongemaakt met zwavelzuur en salpeterzuur. Het is dus niet zo dat ik met een stukje bot naar een machine loop en op enter druk.’

Strontium is niet de enige isotoop die informatie kan verschaffen. Ook waterstof, koolstof, zuurstof, stikstof, zwavel en neodymium leveren signalen over omgeving, geologie en dieet. Lood-isotoopratio’s kunnen verschillen tussen West- en Oost-Europa signaleren.

Kootker heeft voor analyse van zwaardere elementen een thermal ionization mass spectrometer (TIMS) in bedrijf. De lichte elementen zoals zuurstof, stikstof en koolstof worden in gasvorm geïoniseerd en geanalyseerd op een tweede massaspectrometer. In beide apparaten komt de informatie uit de unieke combinatie van massa en lading voor elk isotoop.

Meetgegevens krijgen pas waarde als je het kunt vergelijken met gegevens over isotoopratio’s in verschillende regio’s, of eerdere onderzoeken aan menselijk materiaal. ‘Het valt of staat met de interpretatie, en die is net zo accuraat als de achtergronddata’, zegt Kootker. ‘Voor de toekomst moeten we veel meer achtergronddata verzamelen, bijvoorbeeld van kraanwater, maar ook van mensen uit dezelfde streek, om een indruk te krijgen van de invloed van variatie in dieetvoorkeuren.’

Archeologisch isotopenonderzoek is wat dat betreft veel eenvoudiger, zegt Kootker, omdat mensen vroeger vrijwel uitsluitend lokaal geproduceerd voedsel aten en grondwater dronken. Die koppeling weerspiegelt nu nog in isotopenratio’s in oude botten en tanden, en kan dus veel vertellen over migratie in vroeger tijden. De moderne mens gaat naar de supermarkt en eet zijn hele leven uit alle windstreken. Kootker: ‘Door de globalisering en de manier waarop we tegenwoordig voedsel en drinkwater produceren, is die koppeling met lokale geologie veel minder sterk geworden. Maar je kunt nog steeds op grond van isotoopwaarden die sterk afwijken, bepaalde gebieden uitsluiten. Net zoals in de zaak van het Heulmeisje.’

Land van herkomst

Herkomstbepaling is ook het doel in het onderzoek van Carlos Martin-Alberca, werkzaam bij het NFI in Den Haag, en tevens visiting researcher aan de VU in Amsterdam. Hij is leider van het Europese Pyroprof-project, gericht op het chemisch profileren van vuurwerk en andere anorganische explosieven, bijvoorbeeld gebaseerd op ammoniumnitraat. Het doel is het ontwikkelen van analysestrategieën waarmee monsters van vuurwerk met elkaar kunnen vergeleken op herkomst of fabrikant. Op die manier kunnen in rechtszaken verdachten mogelijk gelinkt worden aan een partij illegaal vuurwerk of een plofkraak.

Martin-Alberca is gespecialiseerd in onderzoek van vuurwerk en vuurrestanten, bijvoorbeeld om sporen van brandstichting vast te stellen. ‘Bij het vuurwerkonderzoek proberen we verschillende soorten vuurwerk van elkaar te onderscheiden, en we proberen iets te zeggen over bijvoorbeeld het land van herkomst, of een specifieke regio. Een van de doelen is het terugdringen van illegale handel en productie. Je wilt met chemische profielen van vuurwerk en explosieven uiteindelijk verschillende soorten bewijs aan elkaar kunnen koppelen, bijvoorbeeld van vuurwerk dat gevonden is bij een verdachte en een plaats delict.’
Het Pyroprof-project onderzoekt verschillende onderdelen van vuurwerk. Eén daarvan is klei, dat vaak als plug wordt gebruikt om een kartonnen buis met vuurwerk van onderen af te sluiten. Het is een onderdeel in veel vuurwerk, en anders dan kruit is het na ontbranding nog overvloedig aanwezig.

Masterstudent Felix van Zwoll heeft een begin gemaakt met chemisch profileren van kleimonsters uit Chinees vuurwerk. In zijn onderzoek gebruikte hij röntgenfluorescentie (XRF) en capillaire elektroforese in combinatie met uv-detectie. ‘XRF geeft informatie over de verhouding van elementen, dus hoeveel ppm van een element er in een monster zit. Met de elektroforese probeerden we kleine moleculen te detecteren, zoals ionen, aminozuren en suikers.’

Martin-Alberca heeft de indruk dat er met deze methodes onderscheidende profielen zijn op te stellen die de geologische herkomst van de klei kunnen vaststellen. Het onderzoek keek naar kleimonsters uit twee Chinese provincies waar 80 % van het wereldwijd geproduceerde vuurwerk vandaan komt, en dat geldt ook voor illegaal vuurwerk: ‘We hadden monsters uit vier Chinese steden die vrij dicht bij elkaar liggen, en toch konden we klei uit vuurwerk uit verschillende locaties en vuurwerkfabrieken van elkaar onderscheiden.’

Statistische analyses

Voor alle technieken geldt dat je significante verschillen moet kunnen onderscheiden van betekenisloze variatie. Bij elektroforese met uv-detectie moeten nog stappen worden gemaakt, zegt Van Zwoll: ‘Bij elektroforese zien we verschillen, maar blijkt het groeperen van monsters nog lastig. Met de XRF hebben we statistische analyses gedaan om te zien welke elementen het meest onderscheidend zijn. We zien dat in de meeste monsters dat silicium, aluminium en ijzer (de meest voorkomende elementen in klei, red.) de grootste verschillen laten zien. We bekijken nog andere elementen, om te zien of één specifiek element op sommige plaatsen veel voorkomt.’

Martin-Alberca wil in het vervolgonderzoek meer kleimonsters en vuurwerk onderzoeken uit verschillenden delen van de wereld. ‘Als het goed werkt, kunnen we het toepassen op politiezaken. Eerst moeten we bewijzen dat het werkt. Maar er is zeker toekomst voor, want in het forensisch onderzoek worden klei en zandsporen op schoenen al gebruikt om een verdachte te koppelen aan een plaats delict. Daarom verwacht ik dat we straks hetzelfde ook kunnen doen met klei in vuurwerk.’