Tömegspektrometria az igazságügyi tudományban

Tömegspektrometria - olyan analitikai technika, amely az ionok tömeg-töltés arányát méri, és az igazságügyi tudományban az egyik legjobb módszer a toxikológusok számára az anyagok azonosítására és elemzésére.

Az igazságügyi közösségben ez az „aranystandard” és a „közel univerzális teszt” az ismeretlen ágensek izolálására és értékelésére. Ennek eredményeként legszélesebb körben alkalmazható gyógyszerek elemzésében (beleértve a gyógyszer metabolitjait és a gyógyszeralkatrészeket).

Bár a tömegspektrométerek már több mint öt évtizede léteznek, továbbra is a gyógyszerek igazságügyi elemzésének kedvencei. Az Igazságügyi Hivatal szerint a gyógyszerazonosítás továbbra is az igazságügyi laboratóriumoknak benyújtott leggyakoribb bizonyítékkérés, és a tömegspektrométerek meghatározó szerepet játszanak ebben a folyamatban.

Azonban míg a tömegspektrométereket ma széles körben használják, azok a koncepciójuk óta jelentősen fejlődtek. Valójában csak az 1950-es években és azután jöttek létre.

• Az 1940-es évek közepén a tömegspektrométerek sokkal túl nagyok voltak, drágaak és nehezen működtethetők. Néhányat annyira testreszabtak, hogy a kezelőknek nem volt tudomása a használatukról, és a dolgokat rosszabbá tették, némelyikhez semmilyen útmutatás (kézikönyv vagy utasítás) sem járt, ami megnehezítette az eredmények értelmezését!
• Ezeknek a problémáknak egy része csak az 1950-es évek közepén oldódott meg. Az 1950-es években John H. Beynon és Fred W. McLafferty hozzájárult a "szerves tömegspektrometria" bevezetéséhez, és jobb útmutatást nyújtott a készülékek felhasználóinak. 1959-től kezdve Klaus Biemann és Carl Djerassi csoportjai segítettek a tömegspektrométerek képességeinek bővítésében, lehetővé téve számukra a természetes termékek és növényi kivonatok (beleértve az alkaloidokat, a kannabist és a kokaint) elemzését.
• 1968-ban R. J. Martin és T. G. Alexander nagy felbontású tömegspektrometriát (HRMS) és „repedési mintákat” használt a hallucinogén dimetil-triptám (DMT) azonosítására egy esettanulmány-mintában. A probléma elemzéséhez néhány évvel ezelőtt nagy kutatási projektre lett volna szükség - ehelyett egyszerű testmozgás problémává vált.
• 1971-re a toxikológusok és tudósok több száz túladagolási esetet oldottak meg gázkromatográfiás tömegspektrometria (GC-MS) és számítógéppel támogatott adatbázis-keresés segítségével. A Nemzeti Egészségügyi Intézet egyik csoportja ezt a módszert - beleértve a vérszérum és a gyomortartalom elemzését - használta a folyamat gyors skálázására.
• Néhány évvel később (1973) egy svéd csapat kifejlesztett egy GC-MS vizsgálatot az emberi vérben lévő tetrahidrokannabinolra, amely elég érzékeny volt ahhoz, hogy észlelje, ha valaki „egy félmilliárd grammot” dohányzott. A tömegspektrometria hihetetlen sebességgel fejlődött.
• Nem sokkal ezután, 1977-ben a Környezetvédelmi Ügynökség (EPA) tömegspektrometriai adatait fogadták el bizonyítékként egy állati szövetekben lévő növényvédő szer kimutatásával kapcsolatos esetben. A következő évben egy bíró úgy döntött, hogy a tömegspektrometriás teszteredmények bizonyítékként szolgálnak egy tőkegyilkossági ügyben. 

A mai napig a tömegspektrometria széles körben az ismeretlen hatóanyagok elemzésének legjobb technológiájaként tartják számon, és több tucat (az 1940-es évek és az 1970-es évek vége között) járult hozzá a technológia fejlesztéséhez - némelyikük nem szerepel ebben a blogban.

1959-ben Joseph Nicol - a chicagói rendőrségi bűnügyi laboratórium tűzfegyvertechnikusa - azt javasolta, hogy a nagy egyetemek vagy olajipari vállalatok bűnügyi laboratóriumai magas prioritású lövöldözési esetekhez használhatják a GC-MS teszteket.

Az első teszt, amellyel megállapították, hogy valaki a GSR által lőtt-e ki egy pisztolyt, a „paraffinteszt” volt. A teszt során forró paraffin viaszt öntöttek a gyanúsított kezére, és színvizsgálatot végeztek a lehűlt viaszon.

Természetesen a teszt fájdalmas és megbízhatatlan volt, ezért alternatív megközelítéseket - tömegspektrometriát - fejlesztettek ki, beleértve a neutronaktivációs analízist (NAA), grafitkemencés atomabszorpciós spektroszkópia (GFA AS), GC-MS, induktív csatolású plazma-MS (ICP-MS), folyadékkromatográfia-tandem tömegspektrometria (LC-MS/MS, és DESI MS/MS.

Az 1980-as években a GC-MS elfogadható volt a GSR esetekben, de az American Society for Testing and Materials (ASTM) 1994-ben kidolgozott egy szabványt, amely pásztázó elektronmikroszkópiát/energiadiszperzív röntgenspektroszkópiát (SEM-EDS) ajánlott az ólom, antimon és bárium jelenlétének meghatározására a megfelelő morfológiai részecskékben. A SEM-EDS továbbra is a GSR elsődleges választása.

A tömegspektrometria legkorábbi alkalmazásai a nyomokban, a szálakban és a szőrzetben korlátozottak voltak abban, hogy csak nyomszintű szennyeződéseket tudtak kimutatni. Az emberi hajban lévő szervetlen elemek alacsony koncentrációja miatt csak a legbőségesebb elemeket lehetett megvizsgálni.

Az 1950-es évektől a 60-as évek elejéig azonban az olyan spektroszkópiai módszerek, mint a lángatom-abszorpció (FAA) lehetővé tették a bőséges fémek, például a vas, a réz és akár a higany és az ólom kimutatását mérgezés esetén.

Az ion mikroszondás tömegspektrometria (IMSS) volt a következő megbízható megközelítés, de az emberi szőrre történő alkalmazása végül nem felelt meg az idő kritériumainak, mert 1) nem szerzett elfogadást a tudományos közösségben, és 2) az eredmények nem voltak elég megbízhatóak vagy pontosak.

Ezután következett a pirolízis-tömegspektrometria (Py-MS) bevezetése. A pirolízis-GC-MS-t (Pyr-GC-MS) Saferstein és munkatársai, valamint Hughes és munkatársai vezették be az igazságügyi közösségbe a mesterséges szálakkal és polimerekkel kapcsolatos 1977-es tanulmányaik során. Valójában a Pyr-GC-MS-t napjainkban is széles körben használják a nyomonkövetési laboratóriumokban a szálak és polimerek vizsgálatára - pontosságának és hatékonyságának bizonyítékaként. 

A tömegspektrometria gazdag és érdekes múlttal rendelkezik - különösen a jogi/bírósági közösségben, ahol képes volt a legmegbízhatóbb bizonyítékokat szolgáltatni az esetekben. A tömegspektrometria az évek során jelentősen fejlődött, és kétségkívül tovább fog fejlődni.

A mai trend az, hogy szabványosított eljárásokat és megoldásokat kínálunk olyan műszerekben, amelyek megbízható eredményeket szolgáltatnak. A tömegspektrométerek kezelői nem igényelnek tudományos képzést, hanem olyan adatokat szolgáltatnak, amelyeket a jogi tanfolyamokon nem lehet másképp értelmezni.