Нингидрин

Нингидрин — это органическое соединение, гетероциклический кетон, производное индандиона. Широко используется в аналитической химии и криминалистике как реагент для качественного и количественного обнаружения первичных аминов, в первую очередь аминокислот и белков. При реакции с аминокислотами нингидрин образует интенсивно окрашенное соединение фиолетового цвета (известное как «пурпур Руэманна»), что позволяет визуализировать невидимые отпечатки пальцев на пористых поверхностях.

Химические свойства и строение

Нингидрин (2,2-дигидроксииндан-1,3-дион) представляет собой белое или светло-жёлтое кристаллическое вещество. Его молекулярная формула — C₉H₆O₄. Соединение хорошо растворимо в воде, этаноле и ацетоне, но плохо — в неполярных растворителях. В твёрдом состоянии нингидрин существует в виде гидрата, содержащего две гидроксильные группы у второго атома углерода инданового кольца.

Ключевое свойство нингидрина — способность вступать в реакцию с α-аминокислотами. В ходе реакции происходит окислительное дезаминирование аминокислоты: нингидрин восстанавливается до гидриндантина, а аминокислота превращается в альдегид и аммиак. Затем аммиак реагирует с избытком нингидрина и гидриндантином, образуя окрашенный комплекс — пурпур Руэманна, который имеет максимум поглощения света при длине волны около 570 нм. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации аминокислоты, что позволяет проводить количественный анализ.

Реакция нингидрина с вторичными аминами (например, с пролином) даёт жёлтое или оранжевое окрашивание, а с третичными аминами — не происходит. Это свойство используется для дифференциации типов аминов.

История открытия

Нингидрин был впервые синтезирован в 1910 году немецким химиком Зигфридом Руэманном. Он обнаружил, что при нагревании раствора нингидрина с аминокислотами образуется характерное фиолетовое окрашивание. В 1912 году Руэманн опубликовал работу, в которой описал этот процесс, и предложил использовать нингидрин для качественного обнаружения аминокислот. Впоследствии реакция была названа его именем — реакция Руэманна.

В 1950-х годах нингидрин начали применять в криминалистике для выявления следов пальцев рук. Первым это предложил шведский химик Свен Оден, который показал, что нингидрин реагирует с аминокислотами, содержащимися в потожировых выделениях человека. С тех пор этот метод стал одним из основных в дактилоскопии.

Применение

Криминалистика и дактилоскопия

Основное применение нингидрина — выявление латентных (невидимых) следов пальцев рук на пористых поверхностях, таких как бумага, картон, необработанное дерево, ткани. Метод основан на реакции нингидрина с аминокислотами, присутствующими в потожировом веществе. Обработка поверхности раствором нингидрина (обычно 0,5–2% раствор в ацетоне или этаноле) с последующим нагреванием приводит к появлению фиолетовых отпечатков. Процесс может занимать от нескольких часов до суток при комнатной температуре, но ускоряется нагреванием до 80–100 °C.

Нингидрин эффективен для следов, возраст которых не превышает нескольких лет, однако на старых отпечатках (более 10 лет) результат может быть менее стабильным. Для усиления контраста иногда используют предварительную обработку поверхности раствором хлорида цинка, что даёт флуоресцентное свечение под ультрафиолетовым светом.

Биохимия и аналитическая химия

В биохимии нингидрин используется для качественного и количественного определения аминокислот в растворах. Метод нингидриновой реакции применяется в хроматографии (например, при анализе аминокислотного состава белков) и в автоматических анализаторах аминокислот. Реакция также используется для обнаружения пептидов и белков, хотя для них чувствительность ниже.

В клинической диагностике нингидрин применяется для определения концентрации аминокислот в биологических жидкостях (кровь, моча), что важно при диагностике нарушений метаболизма (например, фенилкетонурии).

Микробиология

Нингидрин используется в микробиологии для окрашивания бактериальных колоний, содержащих аминокислоты, и для идентификации микроорганизмов по их способности выделять аммиак из аминокислот.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности нингидрин применяется для контроля качества продуктов — например, для определения содержания свободных аминокислот в соках, вине, пиве. Избыток аминокислот может указывать на процессы брожения или порчи.

Методика применения

Для выявления следов пальцев рук раствор нингидрина наносят на исследуемую поверхность с помощью пульверизатора, кисти или погружением. Затем объект выдерживают при комнатной температуре или нагревают. Проявление отпечатков может занимать от 1–2 часов при нагревании до 24–48 часов при комнатной температуре. Для ускорения процесса используют увлажнение (например, в камере с водяным паром) или добавление катализаторов (уксусная кислота, ацетат цинка).

После проявления отпечатки фотографируют, так как со временем они могут выцветать под действием света. Для длительного хранения отпечатки обрабатывают фиксатором (например, раствором хлорида кобальта).

Ограничения и недостатки

• Нингидрин неэффективен на непористых поверхностях (стекло, пластик, металл) — для них используются другие методы (например, цианакрилатные пары или порошки).
• Реакция нингидрина может быть подавлена присутствием некоторых веществ (например, хлоридов, аммиака, солей тяжёлых металлов).
• Нингидрин токсичен и может вызывать раздражение кожи и слизистых оболочек. Работы с ним проводят в вытяжном шкафу с использованием средств индивидуальной защиты.
• На старых или загрязнённых отпечатках результат может быть нечётким или отсутствовать.
• Нингидрин может повреждать документы и бумагу, особенно при нагревании, поэтому для ценных архивных материалов применяют щадящие режимы.

Безопасность

Нингидрин относится к умеренно опасным веществам (3-й класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76). При вдыхании пыли или паров может вызывать раздражение дыхательных путей, при попадании на кожу — дерматиты. Растворы нингидрина на ацетоне или этаноле легковоспламеняемы. При работе необходимо использовать перчатки, защитные очки и работать в хорошо проветриваемом помещении.

Интересные факты

• Нингидрин используется не только в криминалистике, но и в исторических исследованиях — для выявления следов пальцев на древних рукописях и папирусах.
• Реакция нингидрина с аминокислотами настолько чувствительна, что позволяет обнаружить до 0,1 мкг аминокислоты.
• В 1960-х годах нингидрин применяли для обнаружения аминокислот в образцах лунного грунта, доставленных миссией «Аполлон-11», но следов жизни найдено не было.
• Пурпур Руэманна — это не единственный продукт реакции; в зависимости от условий могут образовываться жёлтые, оранжевые и красные соединения.

Источники

• Руэманн З. Über eine neue Reaktion von Aminosäuren mit Ninhydrin // Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. — 1910. — Bd. 43, H. 3. — S. 3220–3224.
• Оден С. Detection of Fingerprints by the Ninhydrin Reaction // Nature. — 1954. — Vol. 173. — P. 449–450.
• Химическая энциклопедия: в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 234–235.
• Криминалистика: учебник / Под ред. А. Г. Филиппова. — М.: Высшее образование, 2008. — С. 156–158.
• ГОСТ 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.