اسرار شیمیدان‌های جنایی برای شناسایی مواد مخدر/ روش‌های طیف‌بینی مادون قرمز و رامان چگونه کار می‌کنند؟

تجزیه و تحلیل قانونی مواد مخدر با شناسایی و تعیین مقدار مواد غیر قانونی سر و کار دارد. یکی از وظایف اصلی شیمیدانان جنایی، غربالگری سریع و شناسایی تعداد زیاد نمونه‌های کشف و ضبط شده است. آزمایش های شناسایی به طور کلی در دو مرحله انجام می‌شود: آزمایش های غربالگری و آزمایش های تأییدی. زمانی که یک ماده از طریق آزمایش های غربالگری مثل کیت های آزمایش نقطه‌ای یا حدسی (آزمایش های ایمونولوژی، آزمایش مارکیز و غیره)، تشخیص داده شد، نمونه برای انجام آزمایش های تأییدی به آزمایشگاه فرستاده می‌شود. آزمایش های تأییدی باید از حساسیت و انتخاب پذیری بالایی نسبت به مواد مخدر و همچنین متابولیت های آن‌ها برخوردار باشند. در آزمایشگاه های تشخیص مواد مخدر آزمون تأییدی اغلب شامل روش های کروماتوگرافی (کروماتوگرافی گازی، کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا) به ویژه زمانی که با طیف سنجی جرمیجفت می‌شود، الکتروفورز موئین، طیف بینی زیر قرمز تبدیل فوریه و طیف بینی رامان است.

اگرچه فن کروماتوگرافی گازی- طیف‌سنجی جرمی می‌تواند منجر به شناسایی و اندازه‌گیری دقیق نمونه شود، اما: الف) نمونه تخریب می‌شود؛ ب) مرحله آماده‌سازی نمونه مشکل است؛ پ) زمان تجزیه و تحلیل با این فن طولانی است؛ ت) هزینه به کارگیری این روش بالا است. در مقابل، روش های طیف بینی مثل طیف بینی رامان یا طیف بینی زیر قرمز بدون نیاز به آماده سازی نمونه یا یک مرحله آماده سازی ساده، یک فن غیرتخریبی، سریع و ارزان برای شناسایی مواد مخدر ارائه می‌دهند.

برخی روش های طیف بینی مثل طیف بینی ماوراءبنفش-مریی، به عنوان یک روش غربالگری کاربرد دارند؛ چراکه یک شناسایی اولیه از نمونه به دست می‌دهند و ماهیت این روش ها شناسایی اختصاصی نیست؛ در حالی که روش های طیف بینی رامان و زیر قرمز به عنوان آزمون های تأییدی به کارگرفته می‌شوند، چراکه توانایی تشخیص اختصاصی قابل اعتمادی دارند.

اساس طیف بینی رامان

طیف بینی رامان به احترام کاشف آن سی.وی. رامان، فیزیکدان هندی که به طور همزمان با کی.اس. کریشنان اولین مقاله را در مورد این روش به چاپ رساند، نامگذاری شده است. طیف بینی رامان روشی است که به طور گسترده برای تجزیه و تحلیل گستره وسیعی از نمونه‌های جنایی از جمله مواد مخدر به کار گرفته می‌شود. این طیف بینی بر اساس کسر کوچکی از تابش پخش شده که با فرکانس تابش ورودی متفاوت است، کار می‌کند. اغلب فوتون هایی که با مولکول ها برهمکنش می‌کنند، به طور کشسان پراکنده می‌شوند، اما تقریباً از هر یک میلیون فوتون، یک فوتون به طور غیر کشسان پراکنده می‌شود. یعنی فوتون ورودی با مولکول های در حال ارتعاش برهمکنش می‌کند و طول موج آن به سمت طول موج های بیشتر یا کمتر جابه جا می‌شود. جابه جایی به سمت انرژی های بالاتر یا طول موج های کمتر آنتی استوکس نامیده می‌شود؛ اما جابه جایی به سمت طول موج های بیشتر یا انرژی کمتر غالب تر است و این پراکندگی را رامان استوکس می‌گویند. رسم شدت این جابه‌جایی نور بر اساس فرکانس، طیف رامان را برای یک نمونه به دست می دهد. میزان جابه‌جایی نور لیزر ورودی ارتباط مستقیمی با گروه عاملی، ساختار مولکولی متصل به آن، نوع اتم های مولکول و محیط آن دارد؛ بنابراین، طیف های رامان هر مولکول، منحصربه ‌فرد است.

حساسیت پایین رامان که ناشی از پخش ضعیف رامان است، مشکل اصلی این روش است. حساسیت این روش می‌تواند با استفاده از طیف بینی رامان رزونانسی و طیف بینی رامان تقویت شده سطحی بهبود یابد (کامپیون، 27:1998).

گرچه از نظر تاریخی طیف بینی زیر قرمز بیشتر از طیف بینی رامان مورد استفاده قرار گرفته است، اما پیشرفت ها در زمینه فناوری دستگاهی رامان باعث شده است که در بسیاری از موارد از جمله شناسایی مواد مخدر، طیف بینی رامان انتخاب شود. شکل زیر یک نمونه دستگاه رامان دستی که برای شناسایی نمونه کوکائین به کار گرفته شده است را نشان می‌دهد.

اساس طیف بینی مادون قرمز تبدیل فوریه

طیف بینی زیر قرمز یکی از روش های تشخیصی است که براساس اندازه‌گیری میزان تابش جذب یا نشر شده توسط یک نمونه به عنوان تابعی از طول موج استوار است. یک طیف زیر قرمز با عبور نور زیر قرمز از درون یک نمونه و اندازه‌گیری میزان تابش ورودی که در هر طول موج توسط مولکول جذب می‌شود به دست می‌آید. تبدیل فوریه، یک فرایند ریاضی است که داده های خام را به یک طیف واقعی تبدیل می‌کند (بوناسی، ابول-انین و فلشین، 2010). تفسیر طیف زیرقرمز امکان تشخیص گروه‌های عاملی را فراهم می‌کند. طیف زیر قرمز یک ماده خالص، یک اثر انگشت متمایز از الگوی سایر مواد به دست می‌دهد. برای ثبت طیف زیر قرمز یک نمونه جامد، معمولاً مقدار بسیار کمی از نمونه را با پتاسیم برمید مخلوط می‌کنند. این پودر تحت فشار به صورت یک قرص با ضخامت کم درمی‌آید و در یک نگهدارنده در دستگاه طیف بین قرار داده می‌شود. در طیف بینی زیرقرمز در صورت به کارگیری فناوری بازتابش کلی ضعیف شده می‌‌توان نمونه‌ها را به طور مستقیم در حالت جامد یا مایع بدون تهیه قرص برمید پتاسیم بررسی کرد (هاگس و همکاران، 8:2013).

طیف بینی رامان و زیر قرمز مکمل یکدیگر

از آنجا که تفاوت در طول موج بین تابش فرودی و تابش پراکنده متناظر با طول موج‌ها در ناحیه زیر قرمز میانی است، طیف پراکندگی رامان و طیف جذبی زیر قرمز برای یک گونه خاص اغلب بسیار به یکدیگر شبیه است. به هر حال بین انواع گروه‌هایی که در زیر قرمز فعال‌اند با آنهایی که در رامان فعال‌اند، آن قدر تفاوت وجود دارد که این دو فن را به جای رقیب بودن، به صورت مکمل یکدیگر درمی‌آورد. برای بعضی مسایل روش زیرقرمز یک وسیله برتر است و برای بعضی دیگر، روش رامان طیف‌های مفیدتری را در اختیار می‌گذارد. یک مزیت اصلی کار با نمونه در طیف‌بینی رامان در مقایسه با زیرقرمز، از آنجا ناشی می‌شود که آب یک پراکنده‌کننده ضعیف رامان است، اما یک جاذب قوی تابش زیرقرمز است؛ بنابراین، نمونه‌های محلول در آب یا نمونه‌های مرطوب را می‌توان با طیف‌بینی رامان مطالعه کرد؛ درحالی که به کارگیری طیف بینی زیرقرمز در این مورد با محدودیت مواجه است.

کاربرد طیف بینی رامان و زیرقرمز در شناسایی مواد مخدر

با ثبت طیف رامان یا زیر قرمز، بیشتر ترکیبات از جمله مواد مخدر (مانند هروئین، مرفین، متامفتامین (شیشه)، اکستازی، کوکائین، کتامین، باربیتورات ها و ...) و سپس انجام یک جستجوی مقایسه‌ای در پایگاه داده حاوی طیف‌های مرجع به کمک نرم افزارهای جستجو، می‌توان این مواد را با اطمینان بالایی شناسایی کرد. برای ثبت طیف رامان یا زیر قرمز، تنها به مقدار کمی نمونه (چند میلی گرم) نیاز است و نمونه مورد استفاده تخریب نمی‌شود. مواد رقیق کننده، پر کننده یا موادی که به اصطلاح برای بریدن نمونه‌های خیابانی با ماده موثر مخلوط می‌شوند، می‌توانند در شناسایی نمونه‌ها مزاحمت ایجاد کنند.

پیشرفت فناوری، قابلیت کوچک سازی بسیاری از اجزای به کار رفته در دستگاه طیف بین رامان و طیف بین زیر قرمز را فراهم کرده است. این پیشرفت‌ها در کنار نرم افزارهای پیشرفته شناسایی طیف ها، امکان دستیابی به طیف بین‌های قابل حمل دستی یا رومیزی را برای استفاده در محل فراهم کرده است و مأموران پلیس می‌توانند برای شناسایی سریع نمونه‌های مشکوک در گمرک، فرودگاه و صحنه جرم، به آسانی از تجهیزاتی چون طیف بین مادون قرمز دستی و رامان دستی استفاده کنند (هارگریوس و همکاران، 39:2008).

طیف بینی رامان برای استفاده در محل کارایی بالایی دارد؛ چرا که مأموران پلیس می‌توانند در کمتر از 30 ثانیه، بدون خارج کردن نمونه از بسته بندی یا ظرف شفاف، مثل پلاستیک یا شیشه‌، اقدام به شناسایی نمونه کنند و در نتیجه، با توجه به نتیجه آزمایش به سرعت می‌توانند در مورد توقیف و ضبط نمونه و دستگیری فرد مظنون یا عدم توقیف آن تصمیم بگیرند؛ علاوه براین، با توجه به عدم خروج نمونه از بسته بندی، امکان آلوده شدن نمونه وجود ندارد. علاوه بر شناسایی مواد مخدر، شناسایی پیش سازها و مواد شیمیایی که در تولید مواد مخدر مورد استفاده قرار می‌گیرند نیز برای مأموران پلیس از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

شناسایی این مواد در آزمایشگاه های مخفی یا در مرزها می‌تواند با استفاده از فناوری طیف بینی رامان و مادون قرمز دستی توسط مأموران پلیس آموزش دیده‌ انجام شود (عاملی، 5:1392 ؛ حداد، 32:1394). از زمان تأسیس آزمایشگاه های تشخیص مواد مخدر نیروی انتظامی جمهوری اسلامی ایران در تهران (سال 1388) و سپس به تدریج در سایر استان‌ها، طیف سنج‌های زیر قرمز و همچنین طیف سنج‌‌های رامان برای شناسایی سریع مواد مخدر ضبط شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. به کارگیری این طیف‌سنج‌ها در شناسایی مواد مخدر ضبط شده، سبب تسریع در فرایند تشخیص ماهیت این مواد و همچنین افزایش قطعیت این تشخیص شده است