Инфракрасная спектроскопия помогла алгоритму отличить человеческую кровь от животной

Американские химики разработали модель классификации крови человека и животных по инфракрасному спектру с преобразованием Фурье. В список животных вошли восемь видов млекопитающих, обитающих вместе или поблизости от человека, а также лось, олень и хорек, которые часто оказываются жертвами охоты или автомобильной аварии. Точность модели достигла 99,6 процентов, помешал достичь стопроцентной точности один енот, кровь которого по составу оказалась очень похожей на человеческую. Статья, которая поможет судмедэкспертам быстрее определять, принадлежит ли кровь человеку, опубликована в журнале Communications Chemistry.

В судебной химической экспертизе зачастую нужно определить, кому принадлежат образцы крови на месте преступления или вещах преступника. Этим вопросом начали интересоваться еще в середине девятнадцатого века — тогда судмедэксперты определяли наличие крови по образованию кристаллов гемина после добавления к образцу крови уксусной кислоты и хлорида натрия. Однако такой метод не был селективен по отношению к крови человека.

Затем ученые изобретали и другие более качественные тесты — например, в 1901 году немецкий ученый Пауль Уленгут открыл способ селективного различения крови животных с помощью сыворотки кролика, которому в кровь вводили кровь других животных. Иммунная система кролика, чтобы осадить инородные белки крови, использует специальные антитела — преципитины. С помощью такой сыворотки Уленгут различил кровь коровы, лошади, собаки, кошки, лани, морской свинки, свиньи, гуся, индейки, мыши и, самое главное, человека. В случаях, когда кровь подверглась разрушающему воздействию, вместо преципитинов могут использовать флюорохромы, которые связываются с конкретными белками и вызывают люминесценцию в УФ-диапазоне. У подобных методов есть общий недостаток — они воздействуют на образец.

Существуют также количественные неразрушающие методы, которые помогают с высокой точностью определить состав крови, характерный для животного. Несколько лет назад с помощью рамановской спектроскопии ученые разработали модель бинарной классификации PLSDA, с помощью которой можно предсказывать принадлежность крови человеку или животному. Однако рамановский спектрометр есть не во всех криминологических лабораториях, хотя таким методом можно анализировать и с помощью компактного портативного рамановского спектрометра. Чаще в криминалистической практике используют метод инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (ATR FT-IR), однако с помощью человеческого глаза различить спектры крови человека и животного раньше считалось невозможным.

Игорь Леднев (Igor Lednev) совместно с Эвелиной Мистек-Морабито (Ewelina Mistek-Morabito) из Университета штата Нью-Йорк в Олбани расширили список животных, кровь которых можно отличить от человеческой с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье. В этот список вошли: кошка, собака, кролик, лошадь, корова, свинья, опоссум, енот, олень, лось и хорек. Животных выбрали за счет своей близости к человеку (большинство из них домашние и сельскохозяйственные, а последние три являются частыми жертвами охоты или автомобильных аварий в США).

Пики на инфракрасном спектре соответствуют различным группам органических молекул, белки, жиры и углеводы располагаются в разных регионах спектра. Чтобы определить, какие участки спектра нужно сравнивать между собой для наиболее эффективного определения, ученые применили генетический алгоритм: наибольшие различия среди белков оказались при 1650 обратных сантиметров, что соответствует колебаниям амидной группы, среди жиров и белков при 1390 обратных сантиметров, а среди углеводов при 1082 обратных сантиметрах. К сожалению, выбрать что-то одно из них не получилось — состав крови даже внутри одного вида очень различается, а известные отличия между кровью разных видов заключаются в уровне гемоглобина, глюкозы, некоторых гормонах и ферментах.

После предобработки спектра исследователи обучили модели бинарного PLSDA с пятью и шестью скрытыми переменными. В тренировочный набор входило десять образцов человеческой крови и по семь образцов крови животных, кроме оленя, лося и хорька. В набор валидации вошло пять образцов человеческой крови, по три образца крови животных и по десять образцов крови оленей, лосей и хорьков. Из 240 проб неправильно классифицирована кровь одного енота — алгоритм ошибочно признал ее человеческой — и кровь одного человека. Таким образом, точность классифицирующей бинарной модели равна 99,6 процентам, при этом три пробы от одного источника крови алгоритм оценивает одинаково.

В ходе исследования образцы крови соскабливались со стеклянной подложки и переносились в спектрометр, в будущем ученые планируют разобраться с влиянием других субстратов для применения такого анализа прямо на месте происшествия с помощью портативных инфракрасных спектрометров с преобразованием Фурье.

Помочь криминалистам под силу не только химикам, но и физикам. Несколько лет назад американские физики предложили теоретическую модель разбрызгивания капель крови после огнестрельного ранения. Оказалось, этот процесс описывается при помощи модели неустойчивости Рэлея — Томсона, которая к тому же описывает поведение ядерного гриба.

Артем Моськин