Spektrometri jisim dalam Sains Forensik

Spektrometri jisim – satu teknik analisis yang mengukur nisbah jisim kepada cas ion dan, dalam sains forensik, salah satu cara terbaik bagi toksikologi untuk mengenal pasti dan menganalisis bahan.

Dalam komuniti forensik, ia diiktiraf sebagai "standard emas" dan "ujian hampir universal" untuk mengasingkan dan menilai agen yang tidak dikenali. Oleh itu, aplikasi terluasnya adalah dalam analisis ubat (termasuk metabolit ubat dan peralatan berkaitan ubat).

Walaupun spektrometer jisim telah wujud selama lebih dari lima dekad, ia tetap menjadi pilihan utama untuk analisis forensik dadah. Menurut Pejabat Keadilan, pengenalan dadah tetap menjadi permintaan bukti yang paling kerap dihantar kepada makmal forensik, dan spektrometer jisim memainkan peranan penting dalam proses tersebut.

Walau bagaimanapun, walaupun spektrometer jisim kini digunakan secara meluas, mereka telah berkembang dengan ketara sejak penciptaannya. Sebenarnya, ia tidak berlaku sehingga tahun 1950-an dan seterusnya bahawa mereka benar-benar menunjukkan keupayaan mereka.

• Pada pertengahan 1940-an, spektrometer jisim terlalu besar, mahal dan sukar untuk dikendalikan. Ada yang disesuaikan sehingga pengendali tidak tahu bagaimana untuk menggunakannya dan untuk menambah masalah, ada yang tidak disertakan dengan sebarang panduan (manual atau arahan) langsung, menjadikan penafsiran hasil sukar!
• Baru pada pertengahan tahun 1950-an beberapa masalah ini diselesaikan. Pada tahun 1950-an, John H. Beynon dan Fred W. McLafferty menyumbang kepada pelancaran “spektrometri jisim organik”, memberikan lebih banyak panduan kepada pengguna peranti tersebut. Kemudian pada tahun 1959 dan seterusnya, kumpulan Klaus Biemann dan Carl Djerassi membantu memperluas kemampuan spektrometer jisim, membolehkan mereka menganalisis produk semula jadi dan ekstrak botani (termasuk alkaloid, ganja dan kokain).
• Pada tahun 1968 R. J. Martin dan T. G. Alexander menggunakan spectrometri jisim resolusi tinggi (HRMS) dan "corak pemecahan" untuk membantu mengenal pasti halusinogen dimetiltripamin (DMT) dalam sampel kes. Menganalisis masalah ini memerlukan projek penyelidikan besar beberapa tahun lalu – sebaliknya, ia menjadi satu latihan yang mudah.
• Pada 1971, toksikolog dan saintis sedang menyelesaikan ratusan kes overdosis menggunakan gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) dan pencarian pangkalan data yang dibantu komputer. Sekumpulan di Institut Kesihatan Nasional telah menggunakan kaedah ini – termasuk analisis serum darah dan kandungan perut – untuk mempercepatkan proses tersebut.
• Beberapa tahun kemudian (1973), sebuah pasukan dari Sweden membangunkan ujian GC-MS untuk tetrahydrocannabinol dalam darah manusia yang cukup sensitif untuk mengesan jika seseorang telah merokok "setengah bilion gram". Spektrometri jisim sedang berkembang pada kadar yang luar biasa.
• Tidak lama selepas itu, pada 1977, data spectrometri jisim dari Agensi Perlindungan Alam Sekitar (EPA) telah diterima sebagai bukti dalam kes yang melibatkan pengesanan racun perosak dalam tisu haiwan. Tahun berikutnya, seorang hakim memutuskan untuk membenarkan keputusan ujian spektrometri jisim sebagai bukti dalam kes bunuh yang melibatkan hukuman mati. 

Cepat ke hari ini dan spektrometri jisim dianggap secara meluas sebagai teknologi terbaik yang ada untuk analisis agen yang tidak dikenali – dan puluhan (antara tahun 1940-an dan akhir 1970-an) telah menyumbang kepada pembangunan teknologi ini – beberapa daripada mereka tidak termasuk dalam blog ini.

Pada tahun 1959, Joseph Nicol – seorang juruteknik senjata api di makmal jenayah polis Chicago – mencadangkan bahawa makmal jenayah di universiti besar atau syarikat minyak boleh menggunakan ujian GC-MS untuk kes arson yang berprioriti tinggi.

Ujian pertama yang digunakan untuk menentukan sama ada seseorang telah menembak senjata api melalui GSR adalah "ujian parafin". Ujian ini melibatkan menuangkan lilin parafin panas ke atas tangan seorang suspek dan menjalankan ujian warna pada lilin yang telah sejuk.

Tidak perlu dikatakan, ujian itu menyakitkan dan tidak boleh dipercayai, jadi pendekatan alternatif – iaitu spektrometri jisim – telah dibangunkan, termasuk analisis pengaktifan neutron (NAA)., spektroskopi penyerapan atom relau grafit (GFA AS), GC-MS, plasma terinduksi-coupled MS (ICP-MS), kromatografi cecair-spektrometri jisim tandem (LC-MS/MS, dan DESI MS/MS.

Pada tahun 1980-an, GC-MS boleh diterima untuk digunakan dalam kes GSR, tetapi Persatuan Amerika untuk Pengujian dan Bahan (ASTM) telah membangunkan satu piawaian pada tahun 1994 yang mengesyorkan mikroskop elektron imbasan/spektroskopi sinar-X pengedaran tenaga (SEM-EDS) untuk menentukan kehadiran plumbum, antimon dan barium dalam zarah morfologi yang sesuai. SEM-EDS kekal sebagai pilihan utama untuk GSR.

Aplikasi awal spektrometri jisim dalam analisis jejak, serat dan rambut adalah terhad kerana ia hanya dapat mengesan kekotoran pada tahap jejak. Oleh kerana kepekatan elemen bukan organik yang rendah dalam rambut manusia, hanya elemen yang paling banyak terdapat dapat dikaji.

Namun, dari tahun 1950-an hingga awal 60-an, kaedah spektroskopi seperti penyerapan atom nyala (FAA) membolehkan pengesanan logam yang banyak seperti besi, tembaga dan bahkan merkuri serta plumbum dalam kes keracunan.

Spektrometri jisim mikroprobes ion (IMSS) didapati sebagai pendekatan yang boleh dipercayai seterusnya, tetapi aplikasinya kepada rambut manusia akhirnya gagal memenuhi kriteria pada masa itu kerana 1) ia belum mendapat penerimaan dalam komuniti saintifik dan 2) keputusan yang diperoleh tidak cukup boleh dipercayai atau tepat.

Seterusnya adalah pengenalan spektrometri jisim pirolisis (Py-MS). Pirolisis-GC-MS (Pyr-GC-MS) diperkenalkan kepada komuniti forensik oleh Saferstein et al. dan Hughes et al. dalam kajian mereka pada tahun 1977 mengenai serat dan polimer buatan manusia. Sebenarnya, Pyr-GC-MS masih digunakan secara meluas di makmal jejak hari ini untuk mengkaji serat dan polimer – bukti kepada ketepatan dan keberkesanannya. 

Spektrometri jisim mempunyai sejarah yang kaya dan menarik – terutamanya dalam komuniti undang-undang/forensik di mana ia telah dapat memberikan beberapa bukti yang paling boleh dipercayai dalam kes-kes. Spektrometri jisim telah berkembang dengan ketara sepanjang tahun dan tidak diragukan lagi akan terus maju.

Trend hari ini adalah untuk menawarkan prosedur dan penyelesaian yang standard dalam instrumen yang memberikan hasil yang kukuh. Pengendali spektrometer jisim tidak memerlukan pendidikan saintifik tetapi memberikan data yang tidak boleh ditafsirkan dengan cara lain dalam proses undang-undang.