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Stabilisotopenanalyse: Grundlagen – Datenbank – Forschung

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Grundlagen der Isotopenmethoden

IsotopenanalyseDie Methode der Stabilisotopenanalyse hat zur Grundlage, dass die Bioelemente Wasserstoff (H), Kohlenstoff (C), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Schwefel (S) sowie die Geoelemente Strontium (Sr) und Blei (Pb) in der Natur in unterschiedlichen Atomarten, den Isotopen, vorkommen.

Die verschiedenen stabilen Isotope der genannten Elemente gelangen über die Luft, das Wasser und den Boden in den Nahrungs- bzw. Stoffkreislauf. Abhängig von der geographischen und geologischen Situation weisen Pflanzen und Lebewesen daher unterschiedliche Stabilisotopenhäufigkeitsverhältnisse (I.V.) mit regional typischen Isotopensignaturen auf. Letztere finden sich durch die Ernährung mit pflanzlichen und tierischen Produkten in den menschlichen Geweben wieder und lassen Rückschlüsse auf Aufenthaltsorte, bzw. Wachstumsorte der Nahrung, und Ernährungsweise des Konsumenten zu (Tab. 1).

Tab. 1: Aussagen der I.V. der Bioelemente (H, O, C, N, S) und der Geoelemente (Sr, Pb) zur Darstellung regionaler Unterschiede

  • Wasserstoff (2H/1H), Sauerstoff (18O/16O):
    Klima, Entfernung zum Meer
  • Kohlenstoff (13C/12C):
    Ernährungsgrundlage, z.B. Getreide oder Mais
  • Stickstoff (15N/14N):
    Anteile von Fleisch, Milchprodukten und Fisch an der Nahrung; Düngeart
  • Schwefel (34S/32S):
    Seefisch, Meeresnähe, Geologie
  • Strontium (87Sr/86Sr):
    Alter und Zusammensetzung des geologischen Untergrundes
  • Blei (206,207,208Pb/ 204Pb):
    nationale Signatur, anthropogen aus Industrie, Verkehr, Müllverbrennung, Heizung

Die I.V. der genannten Elemente in den verschiedenen Geweben erwachsener Personen oder Tiere enthalten entsprechend ihrer Wachstumszeit und Umbaurate Informationen von der Kindheit bis zu den letzten Monaten und Tagen vor dem Tod. An den Geweben von Neugeborenen lassen sich Ernährungsgewohnheiten und Aufenthaltsregionen der Mutter während und vor der Schwangerschaft ermitteln.

Die I.V. von synthetischen organischen Materialien (z.B. Medikamente, Drogen, Textilgewebe, Klebebänder) ermöglichen einen Vergleich mit vorhandenen Proben, die Zuordnung zu einer Herkunft oder einem Hersteller. Über die Verwendung verschiedener Chargen von Ausgangsstoffen bei dem Herstellungsprozess können Syntheseorte und Produktionszeiträume ermittelt werden.nach oben

Datenbank

IsotopenanalyseIn einer Datenbank am hiesigen Institut befinden sich mittlerweile Isotopendaten von etwa 600 weltweit gesammelten Referenz-Haarproben, mit denen eine unbekannte Körpergewebeprobe verglichen und somit einer geographische Region zugeordnet werden kann.

Unsere Datenbank wird ständig erweitert. Referenzproben (v.a. menschliche Haare) aus verschiedensten weltweiten Regionen werden gerne entgegen genommen. Weitere Hinweise und ein Sammlungsprotokoll für Referenzproben finden Sie unter folgendem Link: Sammlungsprotokoll - collecting reference samples (PDF-Datei, 54 KByte)

Forschungsschwerpunkte

IsotopenanalyseForschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe Isotopenanalyse ist die Bestimmung der regionalen Herkunft von unbekannten Toten. Dazu wurden in einer Machbarkeitsstudie Isotopenanalysen von Bio- (H, C, N, S) und Geoelementen (Sr, Pb) an verschiedenen Geweben - Zähne, Knochen, Knochenhaut, Haare und Nägel - von 10 Toten durchgeführt. Die Ergebnisse wurden in einer Habilitationsschrift vorgelegt (Bestimmung von Herkunft und Aufenthaltsorte rezent Verstorbener mittels Analyse der Isotopenverhältnisse leichter und schwerer Elemente an verschiedenen Körpergeweben. Habilitationsschrift aus dem Institut für Rechtsmedizin der Ludwigs-Maximilians-Universität München, vorgelegt von Dr. Elisabeth Mützel, 2007).

Im Hinblick auf Fragestellungen zur Biokinetik der Elemente in Körpergeweben werden die Umbauraten von Kollagen aus verschiedenen Knochen isotopenanalytisch untersucht. Systematische Unterschiede der  Isotopenhäufigkeitsverhältnisse I.V. der Bioelemente in den einzelnen Geweben werden ermittelt.

Isotopenanalyse

In weiteren Studien werden die regionalen und ernährungsbedingten Abhängigkeiten der I.V. der Elemente überprüft. Diese Untersuchungen werden an menschlichen Geweben, z.B. an Haaren, als auch auch an Körpergeweben von Schweinen, die sich in einer kontrollierten Ernährungsstudie befinden, durchgeführt.

Bei Anträgen zu Isotopengutachten werden immer neue Fragestellungen und Materialien bearbeitet, die Methoden verbessert und neue Erkenntnisse gewonnen.

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Verschiedene forensische Fragestellungen

Verschiedene forensische Fragestellungen, für die Isotopengutachten erstellt wurden:

  • Geographische Herkunft von nichtidentifizierten Toten (ca. 90 Individuen)
  • Geographische Herkunft der Kindsmutter von tot aufgefundenen Neugeborenen (ca. 20 Individuen)
  • Identitätsprüfung von Marihuanaproben aus verschiedenen Sicherstellungen
  • Vergleichende Herkunftsanalyse von Schmutzantragungen an Schuhen und Kleidungsstücken bei einem Tatverdächtigen in einem Mordfall
  • Geographische Herkunft eines Eichhörnchens nach Anschlag auf einen Hersteller von Pelzmoden durch militante Tierschützer
  • Geographische Zuordnung von Pflanzenteilen aus dem Kofferraum eines Fluchtautos nach Geldraub
  • Nachweis von markiertem Silbernitrat an der Hautprobe eines Gelddiebes
  • Identitätsprüfung eines Medikamentenwirkstoffes bei gefährlicher Körperverletzung
  • Herkunft von Zigaretten aus chinesischer Schmugglerware
  • Geographische Herkunft von Erdbeermarmelade in einem Mordfall
  • Identitätsprüfung von Socken in einem Mordfall

Zusammenarbeit

  • Isolab GmbH, Laboratorium für Stabil-Isotopenanalytik, Schweitenkirchen (Dr. habil. Andreas Roßmann)
  • Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit, Oberschleißheim (Dr. Antje Schellenberg)
  • Freie Universität Amsterdam (Vrije Universiteit Amsterdam), Faculty of Earth and Life Sciences (FALW), Deep Earth and Planetary Science Cluster (Prof. Gareth Davies, Dr. Laura Font)
  • Ries-Krater-Museum Nördlingen (Prof. Dr. Peter Horn, Prof. Dr. Stefan Hölzl)
  • Polizeipräsidium München – KFD 9 (KHK Hans Jürgen Knoch)

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Literaturauswahl

  • Christine Lehn, Andreas Rossmann, and Matthias Graw. "Provenancing of unidentified corpses by stable isotope techniques–presentation of case studies." Science & Justice 55.1 (2015): 72-88.
  • Christine Lehn, Christina Lihl, and Andreas Roßmann. "Change of geographical location from Germany (Bavaria) to USA (Arizona) and its effect on H–C–N–S stable isotopes in human hair." Isotopes in environmental and health studies ahead-of-print (2015): 1-12.
  • Christine Lehn, Matthias Graw (2012): Wie viel Regionalität steckt in Körpergewebe? - Isotopenmethoden zur geografischen Herkunftsbestimmung von unbekannten Toten. Rechtsmedizin 22: 99–105
  • Matthias Graw,  Wolfgang Eisenmenger, Katja Anslinger, Christine Lehn, Jiri Adamec, Christian Braun, Elisabeth Mützel (2011): Neues aus der Rechtsmedizin. Bayerisches Ärzteblatt 10: 546-551
  • Christine Lehn (2011): Isotope methods in forensic science – locating the geographical origin of unidentified bodies and other materials. .SIAK Scientific Series, No. 6 - Forensic Perspectives, 2011, S. 41-58.
  • Christine Lehn, Elisabeth Mützel, Andreas Rossmann (2011): Multi-element stable isotope analysis of H, C, N, and S in hair and nails of contemporary human remains. International Journal of Legal Medicine 125: 695-706.
  • Christine Lehn (2010): Isotopenmethoden in der Forensik – Geographische Herkunftsbestimmung von unbekannten Toten und anderen Materialien. .SIAK Journal - Zeitschrift für Polizeiwissenschaft und Polizeiliche Praxis 6(4): 32-40.
  • Christine Lehn, Elisabeth Mützel, Susanne Rummel, Andreas Roßmann (2009): Analyse der Stabilisotopenhäufigkeitsverhältnisse (I.V.) von Bio- und Geoelementen an Geweben von unbekannten Neugeborenen zur Ermittlung der geographischen Herkunft der Mutter. In: Das Kind in der forensischen Medizin. Festschrift für Wolfgang Eisenmenger. O. Peschel, E. Mützel, R. Penning (Eds.), Ecomed Medizin, Hüthig Verlag, Landsberg. S. 273-294.
  • Elisabeth Mützel (Rauch), Christine Lehn, Oliver Peschel, Stefan Hölzl, Andreas Roßmann (2009): Assignment of unknown persons to their geographical origin by determination of stable isotopes in hair samples. International Journal of Legal Medicine 123: 35–40.
  • Rauch E, Rummel S, Lehn C, Büttner A: Origin assignment of unidentified corpses by use of stable isotope ratios of light (bio-) and heavy (geo-) elements — A case report. For Sci Intern 2007; 168: 25-218.
  • Dahlenburg R, Rossmann A, Schmidt HL: Stabilisotopenuntersuchung an Grundstoffen zur illegalen Herstellung von synthetischen Drogen (ATS). In: Pragst & Aderjan, Hrsg. Beiträge zum XIV. Symposium der Gesellschaft für Toxikologie und Forensische Chemie. Mosbach, 14.-16. April 2005. Dr. Dieter Helm, Heppenheim, 2006
  • Sieper HP, Kupka HJ, Williams T, Rossmann A, Rummel S, Tanz N, Schmidt HL: A measuring system for the fast simultaneous isotope ratio and elemental analysis of carbon, hydrogen, nitrogen and sulfur in food commodities and other biological material. Rapid Commun Mass Spectrom 2006; 20: 2521–2527
  • Rummel S, Hölzl S, Horn P: Isotopensignaturen von Bio- und Geo-Elementen in der Forensik. In: Hermann & Saternus, Hrsg. Biologische Spurenkunde 1, Kriminalbiologie. Springer, Berlin, 2007
  • Beyser J, Pitz K, Horn P, Hölzl S, Rauch E: Isotopenanalytik. Kriminalistik 2003; 7: 443-452
  • Ertel T, Horn P: Schadensuntersuchungen mit Hilfe von Isotopensignaturen, Fingerprints und Biomarkern. Wasser, Luft und Boden 1998; 1-2: 64-67
  • Horn P, Hölzl S, Todt W, Matthies D: Isotope abundance ratios of Sr in wine provenance determinations, in a tree-root activity study, and of Pb in a pollution study on tree-Rings. Isotopes Environ Health Stud 1997; 33(1): 31–42
  • Ihle E, Schmidt HL: Multielement isotope analysis on drugs of abuse — possibility for their origin assignment. Isotopes in Environmental and Health Studies 1996; 32: 226–228
  • Fehn J, Höltl S, Horn P: Isotopensignaturen in der Kriminalistik. Blindversuch zur Anwendung der Blei-Isotopenverhältnisse von Munitionsschrot. Arch Kriminol 1990; 183, 151-158

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