Characterisation of Shotgun Pellets and Gunshot Residues by Trace Element Concentration Patterns by Neutron Activation Analysis Using the Slowpoke Reactor

ABSTRACT

The new Canadian SLOWPOKE reactor has unique capabilities compared with conventional pool reactors, making multi-element trace analysis by neutron activation analysis (NAA) faster and simpler for applications such as forensic science.

In this work, trace element concentration patterns obtained by NAA using the SLOWPOKE reactor have been evaluated for the characterisation of shotgun pellets, the analysis of hand samples for gunshot residues (GSR) and target to muzzle distance determinations. Little work has been reported on the characterisation of shotgun pellets, despite their frequent presence in criminal cases and the impossibility of identifying them due to the lack of rifling marks. Analysis by NAA can be performed within 3 minutes and the comparison of several samples done in 3 stages viz. qualitative examination of X-Y gamma ray spectra to eliminate obviously different samples, examination of antimony and arsenic concentrations of similar samples and finally a more conclusive characterisation using a set of up to 18 different comparison peaks on a quantitative basis with easily prepared concentration bar charts. The results proved useful for differentiating pellets.

Because of the simplicity of NAA techniques based on SLOWPOKE, the method was also used to examine two elements characteristic of gunshot residues. Antimony and barium in gunshot residues removed from hands can be determined simultaneously by NAA within 5 minutes. Flameless atomic absorption, however, has better sensitivity and may be the preferred method. For firing distance determination through the antimony content of targets, the maximum range of effectiveness is comparable for NAA and atomic absorption, however NAA can be accomplished within a few minutes with very little sample preparation and operator's time.

RÉSUMÉ

Le nouveau réacteur canadien “Slowpoke” possède des caractéristiques uniques le distinguant des réacteurs conventionnels et permet d'accélérer les analyses multi- élémentaires de traces par activité neutronique (AAN) dans le domaine des sciences judiciaires.

Dans ce travail, la distribution des concentrations des éléments à l'état de traces obtenues par le réacteur SLOWPOKE en AAN, a été étudiée dans la caractérisation des plombs de fusil de chasse, des échantillons de résidus de poudre d'arme à feu sur les mains et dans la détermination des distances de tir. Il y a peu d'études portant sur la caractérisation des plombs de fusil de chasse malgré leur utilisation fréquente dans des causes criminelles étant donné l'impossibilité de les relier à une arme parce qu'ils ne laissent pas de stries. Les analyses par AAN peuvent être effectuées en trois minutes et la comparaison des échantillons faite en trois étapes, premièrement par l'examen qualitatif du spectre en x-y des rayons gamma afin d'éliminer les échantillons aux différences évidentes, deuxièmement par l'analyse des concentrations d'antimoine et d'arsenic pour les échantillons semblables et finalement une identification concluante utilisant jusqu'à dix-huit pics de comparaison sur un base quantitative à partir de tables de hauteurs de pic facilement préparées. Les résultats se sont avérés très utiles pour différencier les plombs.

Vu la simplicité de cette méthode sur SLOWPOKE, elle a été utilisée pour l'analyse de deux éléments typiques de résidus de combustion des poudres d'armes à feu. L'antimoine et le baryum retrouvés sur les mains après un tir d'arme à feu, peuvent être analysés simultanément en cinq minutes. L'absorption atomique sans flamme possède toutefois une meilleure sensibilité et peut être considérée comme la méthode de choix. Pour la détermination des distances de tir par le contenu d'antimoine dans les cibles, l'AAN et l'absorption atomique possèdent un degré d'efficacité comparable, cependant l'AAN s'effectue en quelques minutes avec une quantité d'échantillon minimale.