Ricerca di organic gunshot residues (O-GSR) da parti di armi e munizioni: sviluppo di un metodo per la determinazione dell’uso recente dell’arma da fuoco mediante SPME-GC-MS

Estimating the time since the discharge of firearms may be a very useful piece of information in the forensic investigation of firearm-related crimes. Therefore, many approaches have been reported in literature throughout the last century, aimed to determine the recent use of a firearm. The most promising methods were generally based on analysing the decay of gunshot residues (GSR) over time. GSR is, indeed, a complex and heterogeneous mixture composed of various chemical species, organic (O-GSR, organic gunshot residues) and inorganic (called I-GSR, inorganic gunshot residues), released after the firing of a firearm. In this thesis work, it was decided to look for O-GSR in weapons and ammunition parts via solid phase microextraction (SPME) followed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). In the first stage of this work, the SPME-GC-MS was applied to the optimization and subsequent validation of a method capable of detecting O-GSR in spent shells. Both the target compounds to be investigated and the best experimental conditions to analyse them were defined thanks to chemometrics, using a multivariate statistical approach based on principal component analysis (PCA) and design of experiments theory (DoE). So, in the second phase of the thesis work, the method developed was applied to the analysis of O-GSR deposited in semi-automatic pistols barrels. Also this time, chemometrics, through the application of multiple linear regression methods, was fundamental to monitor the decay over time of O-GSR target compounds. Therefore, it was possible to conclude that SPME-GC-MS analysis of weapons and ammunition parts and, in particular, of barrels, could provide beneficial information for the determination of the recent use of a firearm. Although further studies are needed, the preliminary results obtained are very promising, as it could be the starting point for the development of a method for the determination of the recent use of a firearm, which, once validated, can be applied to real forensic cases.

La stima del tempo trascorso dallo sparo può essere molto utile nelle indagini forensi connesse a fatti delittuosi commessi mediante l’impiego di armi da fuoco. Di conseguenza, in letteratura, sin dal secolo scorso, sono stati proposti diversi approcci finalizzati alla determinazione dell’uso recente dell’arma da fuoco. I metodi più promettenti sono risultati essere quelli basati sul decadimento nel tempo dei residui dello sparo (GSR, gunshot residues). Il GSR è, infatti, una miscela complessa ed eterogenea, composta da una varietà di specie chimiche, organiche (O-GSR, organic gunshot residues) ed inorganiche (I-GSR, inorganic gunshot residues), che si producono a seguito dell’esplosione di un colpo di arma da fuoco. In questo lavoro di tesi si è deciso di ricercare gli O-GSR su parti di armi e munizioni mediante microestrazione in fase solida (SPME) seguita da gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS). Nella prima fase di questo lavoro, l’SPME-GC-MS è stata applicata all’ottimizzazione e successiva validazione di un metodo in grado di rilevare gli O-GSR in bossoli esplosi. Grazie alla chemiometria e, in particolare, ad un approccio statistico multivariato basato sull’analisi delle componenti principali (o PCA, principal component analysis) e sul disegno sperimentale (o DoE, design of experiments), sono state definiti sia gli analiti da ricercare, sia le condizioni sperimentali migliori per farlo. Quindi, il metodo messo a punto è stato applicato, nella seconda fase del progetto di tesi, all’analisi di O-GSR da canne di pistole semiautomatiche. Anche in questo caso l’intervento della chemiometria, con l’applicazione di metodi di regressione lineare, è stato fondamentale per monitorare il decadimento degli O-GSR scelti come target in funzione del tempo. Dunque, è stato possibile concludere che l'analisi SPME-GC-MS condotta su parti di arma da fuoco e, in particolare, sulla canna, potrebbe fornire elementi molto utili alla determinazione dell’uso recente di un’arma da fuoco. Nonostante siano necessari ulteriori studi, i risultati preliminari ottenuti risultano essere molto promettenti, in quanto rappresentano la base di partenza per lo sviluppo di un metodo per la determinazione dell’uso recente di un’arma da fuoco che, una volta validato, potrà essere applicato in modo routinario per casi forensi reali.