Op zoek naar bewijs voor een chemische aanval

De inzet van chemische wapens in een conflict is vaak moeilijk aan te tonen. TNO werkt aan analysemethoden waarmee tot maanden later kan worden bepaald welke stoffen er precies zijn gebruikt – en zelfs door wie.In weerwil van allerlei internationale verdragen is het bij militaire conflicten of terroristisch geweld bepaald niet uitgesloten dat partijen giftige stoffen inzetten als wapen. Alleen al in Oekraïne zijn de afgelopen jaren meer dan negenduizend keer chemische strijdmiddelen ingezet, meldden de inlichtingendiensten AIVD en MIVD vorig jaar. Ook in de Syrische burgeroorlog zijn veelvuldig chemische wapens gebruikt, zegt Mirjam de Bruin-Hoegée, scheikundige en forensisch onderzoeker bij TNO. ‘Bij verdenking van de inzet van chemische wapens, is forensisch onderzoek nodig om te bepalen of dat klopt en om welke chemische stoffen het zou gaan.’ Dat kan van alles zijn, van zenuwgassen, blaartrekkers en synthetische opioïden tot verbindingen die chloor bevatten.Binnen de afdeling Chemische, Biologische, Radiologische en Nucleaire (CBRN) Bescherming van TNO, waar onder andere onderzoek wordt gedaan naar bescherming tegen chemische en biologische dreigingen, ontwikkelt De Bruin-Hoegée nieuwe analysetechnieken voor de detectie en identificatie van chemische wapens en hun mogelijke herkomst. Het gaat dan vooral om validatie achteraf in het laboratorium. Haar collega Jelle de Koning richt zich op detectie met kleine, mobiele apparaten (zie Snelle test voor detectie van chemische wapens). Hij ontwikkelt een bemonstering- en meetsysteem om in het veld stoffen direct door te meten. Verdachte monsters kunnen vervolgens door naar het lab voor verdere verificatie.BiomarkersTNO is het enige lab in Nederland dat chemische strijdmiddelen in kleine hoeveelheden mag produceren voor onderzoek. Het onderzoeksinstituut werkt in opdracht van de Organisatie voor het Verbod op Chemische Wapens (OPCW), dat ook de ontwikkeling van nieuwe analysemethoden stimuleert. Samen met nog zo’n dertig labs wereldwijd kan TNO worden gevraagd onderzoek te doen na een mogelijke aanval. Bij wie de monsters zijn ondergebracht en wat de resultaten zijn, is niet bekend: alleen de OPCW communiceert daarover. ‘Wij praten dus eigenlijk nooit over wat we wel of niet doen. Met een uitzondering in 2013. Toen mochten we publiceren over onderzoek in Syrië waar het zenuwgas sarin was gebruikt. Methoden om dit soort stoffen aan te tonen, proberen we steeds verder te verbeteren’, zegt De Bruin-Hoegée.Bij een aanval wordt de toxische stof verspreid over een groot gebied. Wanneer forensisch onderzoekers ter plekke zijn – al te kort na een aanval sporen zoeken is niet veilig – is de reactieve stof vaak al afgebroken in het milieu of omgezet in het lichaam. Met analysetechnieken die de TNO-onderzoekers nu hebben ontwikkeld, kunnen toch nog heel lage concentraties van specifieke biomarkers worden teruggevonden in bloed. Het gaat dan bijvoorbeeld om stoffen in het lichaam die zijn gevormd door een reactie van het strijdmiddel met specifieke eiwitten of DNA. Mensen die zijn blootgesteld aan deze stoffen vormen daarom een belangrijke bron van bewijs. Maar ook in planten in het oorlogsgebied en zelfs in beton zijn biomarkers terug te vinden.VingerprikMet geavanceerde laboratoriumapparatuur is in bloed de exacte stof te bepalen waaraan iemand is blootgesteld. Zenuwgassen reageren in bloed bijvoorbeeld met een specifiek stukje van het enzym acetylcholinesterase, cruciaal voor de afbraak van neurotransmitters in het zenuwstelsel. Als dit enzym niet meer werkt, resulteert dat in overprikkelde spieren, spiertrekkingen, vochtophoping en uiteindelijk verlamming van de ademhalingsspieren. In oorlogsgebied is het lastig om een buisje bloed gekoeld en stabiel over te brengen naar het lab. Maar De Bruin-Hoegée zag een alternatief. ‘Bij jonge baby's wordt bloed via een hielprik afgenomen. Op een filterpapiertje komen druppeltjes bloed die dan indrogen. Dat idee wilden we testen voor onze toepassing, maar dan via een vingerprik.’Filterpapiertjes met ingedroogde bloeddruppels. Foto: TNO Ze liet de filterpapiertjes met gedroogde bloeddruppels, ongeveer vijftig microliter, wekenlang liggen en mat ondertussen op verschillende momenten de biomarkers. ‘Zelfs een maand later vonden we de biomarker nog terug. De stabiliteit van zo’n monster heeft veel voordelen. Behalve dat de bloedmonsters niet meer hoeven te worden gekoeld, is er ook geen arts nodig om een buisje af te nemen.’Eerder al ontwikkelde TNO een mobiel apparaatje waar een druppeltje bloed in kan om direct vast te stellen of iemand is blootgesteld aan een zenuwgas. ‘Dan kan iemand daarna direct een antistof toedienen, via zo’n pen die je in een been zet. Dat werkt goed en snel. In het lab kunnen we dan met de ingedroogde bloedspots vaststellen om welk zenuwgas het gaat: sarin, novitsjok of wat anders.’Net als De Koning probeert De Bruin-Hoegée de technieken die ze ontwikkelt, dichter bij de praktijk te brengen, om dicht aan de frontlijn snel te kunnen meten. Dan kunnen er gelijk de juiste beschermingsmaatregelen worden genomen. ‘Bijvoorbeeld met een simpel testje waar je met een beetje bloed of speeksel al ziet wat er aan de hand is. Dat is er voor zenuwgas en chloorverbindingen nog niet.’Opstelling in een zuurkast in het lab om een plant bloot te stellen aan chemische strijdgassen, in dit geval sarin. De plant zit in een glazen vat met toe- en afvoerbuisjes voor het toedienen van chemische strijdgassen, zoals chloorgas, zenuwgas, mosterdgas in verschillende concentraties. Bij lage concentraties is er niets te zien en leeft de plant gewoon door. ‘Bij hogere concentraties werd het wel een beetje zwart, bij chloor kreeg het gele stippen’, zegt Mirjam de Bruin-Hoegée. FOTO’S: TNOBasilicum en laurierbladChemische strijdmiddelen reageren ook met eiwitten in planten. ‘Dat hebben we een paar jaar geleden voor het eerst onderzocht’, zegt De Bruin-Hoegée. Dit bleek al snel kansrijk. De reactie van een toxische stof met planteneiwit levert een stabiele biomarker op die drie maanden later nog steeds in het levende plantje blijkt terug te vinden, evenals in gedroogde bladeren. Het gaat om rubisco, dat essentieel is voor fotosynthese.Voor haar onderzoek koos ze planten die overal voorkomen, zoals brandnetels, maar ook basilicum, laurierblad en gras. ‘Elke keer lukte het stabiele biomarkers te vinden. Dat was geruststellend.’In het lab is de blootstelling aan chemische strijdmiddelen goed na te bootsen. ‘Bij mensen kan dat natuurlijk niet, daar hebben we met bloed van bijvoorbeeld bloedbank Sanquin gewerkt.’De blaadjes van de plant worden verpulverd en de stoffen eruit gehaald. Na bewerking door onder andere grote eiwitten in stukjes te knippen, kan het materiaal de analyseapparatuur in. Dit is halverwege het proces: hoe verser het plantje hoe groener de kleur. FOTO: TNO ChloorgasOm de eiwitten uit de plant te halen, maalt De Bruin-Hoegée de plant fijn. De eiwitmoleculen zijn dan nog intact en vrij groot. ‘Kleine eiwitstukjes kunnen we met onze vloeistofchromatograaf en massaspectrometer beter meten dan grote intacte eiwitten. Daarom knippen we de eiwitten eerst in stukjes door enzymen toe te voegen, net zoals in je maag gebeurt nadat je wat hebt gegeten.’De gevonden biomarkers zijn het resultaat van de reactie tussen het chemische middel en de plant zelf en daarmee heel specifiek. Zo is te onderscheiden of het om zenuwgas, mosterdgas of chloorgas gaat. ‘Bij chloorgas vonden we indicatoren die ook voorkomen als je huishoudbleek over een plant gooit. Daarom hebben we in een vervolgstudie gekeken of er specifieke markers te vinden zijn voor chloorgas, die je niet vindt met bleek. We hebben allerlei soorten bleek gekocht, van die jerrycans die je in het zwembad gooit tot huishoudbleek. Dat leverde interessante resultaten op. Bleek is basisch en chloorgas is meer een soort zuur, en die reageren anders.’Vier soorten beton uit Europa en het Midden-Oosten worden blootgesteld aan chloorgas. FOTO: TNO BetonInmiddels is het protocol voor het opsporen van het gebruik van chemische strijdmiddelen via planten overgenomen door laboratoria die zijn aangesloten bij de OPCW. Een nieuwe standaardmethode is daarmee een feit. ‘Fijn dat die nu breder kan worden gebruikt voor forensisch onderzoek. Dat is het mooie aan dit werk. Als het er op aankomt, kunnen we het verschil maken bij de opsporing en juridische afhandeling.’Midden in de stad zijn minder planten en onkruid, maar er is wel overal beton. De onderzoekers bekijken nu samen met laboratoria in onder andere Finland en Zweden of daarin ook markers te ontdekken zijn. Recente eerste testen lieten zien dat stoffen in beton, zoals aceton of fenolen, met chloorgas reageren. ‘We zagen ook een reactie met tinoxide, een mineraal dat wordt gevonden in rotsen en als grondstof kan dienen voor beton. Collega’s in Zweden ontdekten dat lignine, houtachtige plantenresten die als onzuiverheden in beton zitten, specifiek reageren met chloorgas.’Chemische vingerafdrukEr is meer forensisch informatie uit de meetgegevens te halen. Bijvoorbeeld in welke fabriek en hoe de chemische stof is gemaakt, en uit welke grondstoffen. Zo’n stof bestaat bijvoorbeeld uit 90 procent gif en 10 procent overige stoffen, zoals vervuiling uit het productieproces of resten van een van de grondstoffen. Die geven veel informatie over hoe en mogelijk ook waar het gif is gemaakt. Zo heeft elk chemisch wapen zijn eigen vingerafdruk.‘Het eenvoudigst is als je monsters hebt van een plaats delict en van een verdachte productiefaciliteit, zodat je die kunt matchen. Maar dat is meestal niet het geval. Toch kan de chemische samenstelling op zichzelf ook informatie geven’, zegt De Bruin-Hoegée. Dit is bijvoorbeeld gerapporteerd door de OPCW, die de terreurgroep IS als mogelijke dader van een aanslag aanwees, omdat de samenstelling ‘amateuristisch’ overkwam en sterk verschilde van die bij eerdere aanvallen door de Syrische regering.De Koning vult aan: ‘Ook uit de zuiverheid van de bijproducten is op te maken of het professioneel is gedaan of juist niet. Dat levert al veel forensische informatie.’DaderprofielenEen chemisch wapen omvat behalve de giftige stof ook het middel waarmee die wordt verspreid. ‘Ook die zijn gereguleerd en dus te volgen’, zegt De Bruin-Hoegée. Denk aan plastic van bijvoorbeeld een drone of een geïmproviseerd explosief van pvc-buizen met wat tape en elektriciteitsdraden. ‘Uit een klein stukje plastic is al forensische informatie te halen, bijvoorbeeld waar de onderdelen zijn gekocht.’Onderzoekers zijn honderden materialen bij bouwmarkten gaan kopen, van jerrycans en pvc-buizen tot elektrische draden en tape om daarvan de elementensamenstelling te bepalen – dus hoeveel zink, koper en ijzer zit erin en in welke concentratie. Is er bijvoorbeeld een katalysator gebruikt die zink bevat? Welke anorganische stof is gebruikt voor de kleur wit? Het gaat dan niet om de samenstelling van het plastic, maar alle resten van het productieproces die nog te vinden zijn. Dit verschilt per merk. Deze gegevens worden gebruikt om een database op te bouwen bij het Nederlands Forensisch Instituut (NFI) en het National Institute of Standards and Technology (NIST) in de Verenigde Staten, partners in het project. ‘Op dit moment wordt de database door het NFI veel gebruikt voor de herkomst van glas. Bijvoorbeeld wanneer een raampje is ingetikt door een inbreker en ze vinden later nog wat glas op de kleren van de verdachte, als die profielen matchen, kan dat worden gebruikt als bewijs. Het idee is om dit nu voor plastics verder op te zetten.’Openingsfoto: TNO-onderzoeker Mirjam de Bruin-Hoegée bij een vloeistofchromatograaf, die dient om bijvoorbeeld stoffen in bewerkte plantenextracten te scheiden, om vervolgens de massaspectrometer in te gaan. Beeld: TNO

Op zoek naar bewijs voor een chemische aanval

Dit artikel lezen?

Meer artikelen

Groen schild tegen verhitting

Minister wil doctoraat op hbo