Propriedades luminescentes Upconversion do YVO4:Er,Yb aplicadas ao estudo forense de resíduo de tiro

Abstract

Este trabalho trata da avaliação da utilização do ortovanadato de ítrio dopado com Er3+ e Yb3+ como marcador luminescente upconversion para a identificação de resíduo de tiro (GSR) e codificação de munições. O YVO4: 2% Er3+,Yb3+ foi sintetizado por combustão, variando-se a concentração de itérbio entre 0,5 e 8 mol%. Este material foi caracterizado por difração de raios X de pó, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por dispersão de energia e espectroscopia de fluorescência, e apresentou resultados satisfatórios para ser incorporado em munições a fim de possibilitar a identificação dos GSR e codificar munições. Os materiais sintetizados com maiores concentrações de itérbio apresentaram maiores intensidades de luminescência por upconversion, sendo possível identificar visualmente a luminescência do material tanto em processo downconversion (exc = 254 nm) quanto em processo up conversion (exc = 980 nm). A incorporação desse material nas munições e as análises dos resíduo de tiro gerados indicaram que o YVO4:Er3+,Yb3+ possui as características necessárias para serem utilizados como marcadores de GSR, tais como a alta estabilidade térmica e a elevada intensidade luminescente. Também foi possível identificar visualmente a luminescência das partículas coletadas nos resíduos de tiro (exc = 254 e 980 nm). Além das propriedades ópticas, o YVO4:Er3+,Yb3+ impõe uma assinatura química aos resíduos de tiro, permitindo a sua identificação inequívoca. Estes resultados evidenciaram que o sistema YVO4:Er3+,Yb3+ apresenta alto potencial para ser utilizado como marcador para munição, de forma isolada ou associada a outro marcador - o que permite não só a identificação dos resíduos de tiro como também a codificação de munições. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work is about the evaluation of using yttrium orthovanadate doped with Er3+ and Yb3+ as an upconverting luminescent taggant for identifying gunshot residue (GSR) and encoding ammunition. The YVO4: 2% Er3+,Yb3+ was synthesized by combustion process varying the concentration of ytterbium between 0.5 and 8 mol%. This material was characterized by X-ray diffraction powder, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and fluorescence spectroscopy, and good results were achieved in order to incorporate this material as GSR taggants and ammunition encoders. The materials synthesized with higher concentrations of ytterbium showed higher intensities of upconversion luminescence, and it was possible to visually identify the luminescence of the material in both processes such as downconversion (exc = 254 nm) and upconversion ((exc = 980 nm). The incorporation of this material in ammunition and analysis of the gunshot residues indicated that YVO4:Er3+,Yb3+ has the characteristics necessary to be used as a GSR taggant, such as high thermal stability and high luminescence intensity. It was also possible to visually identify the luminescence of the particles collected in gunshot residue (exc = 254 e 980 nm). Besides the optical properties, the YVO4:Er3+,Yb3+ imposes a chemical signature on GSR, allowing their unequivocal identification. These results showed that the YVO4:Er3+,Yb3+ system has a high potential to be used as ammunition taggant, both isolated or associated with other taggantes. This fact allows both the identification of gunshot residue and ammunition encoding.