Emprego de espectroscopia no infravermelho médio e técnicas quimiométricas em estudos de documentoscopia e datiloscopia para fins forenses

Abstract

A constante evolução das ciências forenses conta com o desenvolvimento e aprimoramento de métodos investigativos, bem como com profissionais especializados em diversas áreas de aplicação. As amostras a serem investigadas podem ser macro ou microscópicas, tendo como característica em comum a preferência por metodologias que sejam rápidas e não-destrutivas. O presente trabalho teve como objetivo estudar o emprego de espectroscopia no infravermelho médio com transformada de Fourier por reflexão total atenuada (ATR-FTIR) associado a quimiometria em diferentes aplicações forenses. Num primeiro estudo, espectros de traços de 3 canetas esferográficas (sendo 2 de mesma marca e cor diferente e uma de marca diferente) aplicados em 4 papéis (que diferenciaram em gramatura, nacionalidade e matriz), foram pré-processados e diferenciados por PCA, LDA e PLS-DA, sendo na LDA empregado dois métodos de seleção de variáveis, GA e SPA. Os modelos não-supervisionados e supervisionados separaram com sucesso as 3 canetas nos papéis brancos e demonstraram elevada contribuição do papel nos espectros. Para os modelos supervisionados as figuras de mérito ficaram entre 80 e 100%. Um segundo estudo foi feito com amostras de impressões digitais com o objetivo de diferenciar tempo e condição de armazenamento. Foram obtidos espectros de impressões digitais latentes de 19 pessoas do sexo masculino, aos quais foi aplicado HCA para selecionar os mais semelhantes entre as triplicatas e após foram pré-processados. A PCA aplicada aos dados demonstrou que há significativa preservação nas amostras armazenadas ao abrigo da luz entre 0 e 7 dias, mas que há uma tendência em atingir similar padrão de envelhecimento em 30 dias. Na modelagem por LDA foi avaliado o desempenho de quatro métodos de seleção de variáveis, GA, AOC, SW e SPA, resultando todos em excelentes figuras de mérito, assim como modelo PLS-DA. Portanto, ATR-FTIR associada a técnicas quimiométricas demonstra grande potencial para aplicação em casos forenses, sendo uma metodologia eficaz, rápida, de baixo custo e com preservação da integridade amostral.

The constant evolution of forensic sciences relies on the development and improvement of investigative methods, as well as professionals specialized in different areas of application. The samples to be investigated can be macro or microscopic, with the common characteristic being the preference for methodologies that are fast and non-destructive. The present work aimed to study the use of mid-infrared spectroscopy with attenuated total reflection Fourier transform (ATR-FTIR) associated with chemometrics applied in different forensic areas. In a first study, trace spectra of 3 ballpoint pens (2 of the same brand and different color and one of a different brand) applied to 4 papers (which differed in weight, nationality and matrix), were pre-processed and differentiated by PCA, LDA and PLS-DA, with LDA using two variable selection methods, GA and SPA. The unsupervised and supervised models successfully separated the 3 pens on white paper and demonstrated a high contribution of the paper to the spectra. For the supervised models, the figures of merit were between 80 and 100%. A second study was carried out with fingerprint samples with the aim of differentiating storage time and condition. Latent fingerprint spectra were obtained from 19 males, to which HCA was applied to select the most similar among the triplicates and then pre-processed. PCA applied to the data demonstrated that there is significant preservation in samples stored away from light between 0 and 7 days, but that there is a tendency to reach a similar aging pattern within 30 days. In LDA modeling, the performance of four variable selection methods, GA, AOC, SW and SPA, was evaluated, all resulting in excellent figures of merit, as well as the PLS-DA model. Therefore, ATR-FTIR associated with chemometric techniques demonstrates great potential for application in forensic cases, being an effective, fast, low-cost methodology that preserves sample integrity.