کاربرد طیف سنجی در علوم جنایی

کاربرد طیف سنجی در علوم جنایی

اشتراک گذاری در email
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در linkedin
اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در whatsapp
در علوم جنایی و سیستم قضاوت جرایم، سرعت در شناسایی و نیز دقت بالای تشخیص اهمیت بسزایی دارد. گاهی لازم است کارشناسان این حوزه در محل وقوع جرم و به سرعت ماده‌ای را شناسایی کنند. از این رو، استفاده از روش‌های زمانبر اصلاً مورد استقبال نیست. از طرفی روش منتخب نباید هیچ گونه تغییری در ماهیت مدرک جرم ایجاد کند. امکان حمل آسان دستگاه نیز کار را برای کارشناسان راحت می‌کنند. روش‌های طیف‌سنجی، به ویژه طیف‌سنجی رامان در سال‌های اخیر مورد اقبال پژوهشگران این حوزه قرار گرفته است. شناسایی و تجزیه و تحلیل ناخن، مو، پوست، لوازم آرایش به جا مانده روی لباس، پارچه، مواد منفجره، خون و ... با روش‌های طیف‌سنجی امکان‌پذیر است
کاربرد طیف سنجی در علوم جنایی

فهرست مطالب

اهمیت شناسایی مواد در علوم جنایی

علوم جنایی مفهومی کلی است که ارتباط مستقیم با سیستم قضایی کشور و پزشکی قانونی دارد و به معنای استفاده از فرایندهای علمی برای پیگیری و حل جرایم و پرونده‌های قضایی است. قلمرو پزشکی قانونی در علم بسیار گسترده و پیچیده است و دارای چندین رشته است که از تکنیک‌های تحلیلی استفاده می‌کنند تا بتوانند انواع بیشتری از شواهد را برای حل جرائم شناسایی نمایند. از دهه‌های گذشته، روش‌های بسیاری برای شناسایی جرایم مرسوم بوده که همچنان مورد استفاده هستند؛ مانند شناسایی اثر انگشت و بررسی خون باقیمانده از مقتول در صحنه جرم که با روش‌های بسیار سخت و زمان بر انجام می شود. امروزه اما با توجه به پیچیده‌تر شدن برخی پرونده‌های قضایی نیاز به استفاده از دستاوردهای رشته‌های علمی دیگر از پزشکی تا فیزیک، زیست شناسی، الکترونیک و … برای حل پرونده های جنایی بیشتر حس می‌شود. بسیاری از روش‌های جدید صرفاً در حد یک مطالعه باقی می‌مانند؛ اما روش‌هایی نیز هستند که با ساخت دستگاه مورد نیاز آن‌ها به صورت تجاری، می‌توان در بطن امور پزشکی قانونی و پلیس از آن‌ها استفاده نمود.

اسپکترومتری چه کاربردی در علوم جنایی دارد؟

طیف سنجی یا اسپکتروفتومتری فرایندی است که در پزشکی قانونی عموماً برای ردیابی مستندات استفاده می‌شود. بدین صورت که پیوندهای شیمیایی اجزای مولکولی مواد با روش‌های مشخصی در تماس با نور قرار می‌گیرد. سپس بازتاب، جذب، عبور و پراکندگی نور تابیده شده به ماده (جوهر مورد استفاده در اسناد مالی، خون، مو، ناخن، پارچه، استخوان، انواع مواد مخدر و …) مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای مثال بررسی الیاف و رنگ در پرونده‌های مربوط به قتل و تجاوز اهمیت بسیاری دارد که با طیف‌سنجی مرئی-فرابنفش امکان‌پذیر است. امروزه محبوبیت روش‌ها و دستگاه‌های قدیمی‌تر مانند دستگاه آنالیز خون به دلیل محدودیت توانایی شناسایی تنها یک ماده، هزینه و زمان زیاد اجرا، نیاز به آماده سازی نمونه، عدم امکان استفاده برای ماده درون بسته بندی، امکان تحلیل فقط برای مایعات یا فقط برای جامدات، عدم پرتابل و صنعتی بودن دستگاه، خطاهای زیاد به سبب وجود مواد دیگر در ماده، کم بودن میزان ماده در دسترس و … در حال کاهش است. در محصولات طیف سنجی شرکت تکسان سعی نمودیم این محدودیت‌ها را برای سهولت استفاده پلیس کاهش دهیم.

استفاده از اسپکترومتر در شناسایی مواد مخدر

شکل ۱- استفاده از اسپکترومتر در شناسایی مواد مخدر

کاربرد طیف سنجی رامان در تحقیقات علوم جنایی

پزشکی قانونی و پلیس برای تهیه داده‌های دقیق و مورد قبولِ دادگاه نیازمند ابزارهای علمی معتبر هستند. به همین دلیل، انتخاب روش مناسب در این مسیر از اهمیت بالایی برخوردار است. طیف سنجی رامان از نظر قابلیت اطمینان، تکرارپذیری و سهولتِ استفاده مورد توجه فعالان این حوزه است. طی چند دهه گذشته پیشرفت‌های چشمگیری در فناوری ابزار طیف سنجی رامان رخ داده است؛ از جمله تجاری‌سازی چند منبع لیزر جدید و توسعه توری‌های هولوگرافیک و CCDها. این موضوع سبب شده که رامان در زمینه‌های تشخیصی علوم جنایی بیش از پیش مورد استفاده قرار بگیرد. طیف سنجی رامان در واقع تشخیص نور پراکنده در فرکانس های مختلف است که در این حوزه برای شناسایی مواد مخدر، مواد منفجره، جوهر اسناد جعلی، خون (سرولوژی) و … کاربرد دارد.

برای مثال دستگاه تشخیص مواد منفجره‌ مبتنی بر طیف سنجی رامان قادر است اثرات باقیمانده از مواد منفجره (با قطر کمتر از یک میکرومتر) را از فاصله چند متری روی سطوح مشکوک شناسایی نماید. این کار توسط نرم افزار و مطابقت با بانک اطلاعاتی ذخیره شده روی دستگاه انجام خواهد شد و در صورتی که بسته یا ماده حاوی چیزی غیر از مواد منفجره تعریف شده باشد، روی نمایشگر به کاربر اعلام خواهد نمود. در اینجا علم کمومتریکس نیز به کمک پژوهشگران آمده و امکان تحلیل اطلاعات و تخمین میزان خطا را به صورت خودکار به کاربر می‌دهد که از الزامات مهم ابزارهای پزشکی قانونی مدرن هستند.

یکی از ویژگی‌های مهم در تحلیل‌های مربوط به علوم جنایی، قابل حمل بودن دستگاه شناسایی است. به دلیل اینکه برای کاربری در این حوزه در بیشتر مواقع نیاز است که آنالیز به سرعت و حتی در صحنه جرم انجام شود، قابل حمل بودن دستگاه شناسایی بسیار مهم است. دستگاه رامان پرتابل شرکت تکسان از این ویژگی برخوردار است.

رامان پرتابل به دلیل ویژگی قابل حمل بودن، مناسب شناسایی در محل است.

شکل ۲- رامان پرتابل به دلیل ویژگی قابل حمل بودن، مناسب شناسایی در محل است.

کاربرد طیف سنجی در تشخیص مواد مخدر

اگرچه پیشتر مواد مخدر توسط تکنیک‌های کروماتوگرافی به همراه طیف سنجی جرمی مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گرفته، امروزه کاربرد طیف بینی رامان در شناسایی مواد مخدر به دلیل سرعت و دقت آنالیز، به طور فزاینده‌ای در مراکز مبارزه با مواد مخدر مورد توجه قرار گرفته است. طیف سنجی رامان روشی مناسب برای تجزیه و تحلیل سریع، دقیق و غیر مخرب انواع مواد مخدر مانند هروئین، فنتانیل، مورفین، آمفِتامین، کوکائین، پرومِتازین، اسکوپولامین، آلکالوئیدها و … است. این روش قادر است اثر مواد مخدر را روی نوشیدنی ها، مواد غذایی، الیاف لباس، اثر انگشت، ناخن، اسکناس و مو نیز تشخیص دهد. روش‌های شناخته شده قبلی اکثراً مخرب هستند. بنابراین نمی‌توان ماده را مجدداً مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. میکروسکوپ رامان در آزمایشگاه‌های پلیس و طیف سنج رامان پرتابل در گمرک، ایستگاه پلیس جاده‌های کشور، فرودگاه‌ها و ترمینال‌ها قابل استفاده است و می‌تواند در بسیاری از موارد جایگزین سگ‌های شناسایی شود که هزینه تربیت و نگهداری آن‌ها بسیار بالاست و دقت بالا نیز ندارند.

شکل ۳- شناسایی و تشخیص قرص های روان گردان با طیف سنجی

آنالیز خون به وسیله طیف سنجی رامان

از طیف سنجی رامان برای بررسی رقت و سن نمونه خون که در پزشکی قانونی مورد توجه است، استفاده می‌شود. قله‌هایی که در طیف نمونه خون افراد مختلف دیده می‌شود (به ویژه قله‌های هموگلبین) با یکدیگر متفاوت هستند. برای مثال هرچه خون کهنه‌تر باشد شدت قله‌های اکسی هموگلبین کاهش می‌یابد. همچنین طیف رامانِ خون روی بسترهای پلاستیکی، پارچه‌ای و فلزی نیز قابل تشخیص است که این موضوع در علوم جنایی مزیت بزرگی محسوب می‌شود. رامان میکروسکوپی قادر است به خوبی خون انسان و حیوان را از یکدیگر تشخیص دهد حتی اگر خون بسیار رقیق و یا خشک شده باشد. از طیف سنجی مرئی-فرابنفش نیز برای تعیین گروه خونی فرد مقتول یا مضروب و تجزیه و تحلیل هموگلبین، اسیدنوکلئیک و DNA نمونه خونی استفاده می‌شود. طیف سنجی مادون قرمز روشی مفید برای بررسی میزان الکل خون است.

آنالیز خون با طیف‌سنجی رامان

شکل ۴- آنالیز خون با طیف‌سنجی رامان

تشخیص الکل خون با استفاده از طیف سنجی مرئی-فرابنفش

از طیف سنجی مرئی-فرابنفش می‌توان برای تخمین کمّی الکل خون با استفاده از آزمایش تنفس استفاده کرد. در این آزمایش، نمونه تنفس فرد از محلول اسیدی دی کرومات پتاسیم که به رنگ نارنجی است عبور داده می‌شود. کرومات پتاسیم در محیط اسیدی یک ماده اکسید کننده است و اتانول را به اسید استیک اکسید می‌کند. در این حالت، یون های دی کرومات به یون های Cr3 + با رنگ سبز تبدیل می‌شوند. غلظت اتانول در نمونه تنفس با کاهش جذب در ۴۴۰ نانومتر تعیین می‌شود که یون دی کرومات آن را جذب می کند. با استفاده از این مقدار می‌توان غلظت الکل را با استفاده از قانون بیر لامبرت اندازه‌گیری کرد.

آیا می توان از طیف سنج برای تشخیص مواد منفجره استفاده کرد؟

ردیابی مواد منفجره برای چندین دهه یک چالش مستمر بوده و به یکی از چندین مسئله مهم در صنایع دفاعی،  تبدیل شده است. تکنیک‌های مبتنی بر طیف سنجی به دلیل مزایایی از قبیل سریع بودن، اتوماتیک بودن و غیر تماسی بودن، برای تشخیص مواد منفجره مورد توجه هستند. در این بین طیف سنجی Raman، LIBS و IMS روش‌های کاربردی‌تری هستند. دو نکته در تشخیص مواد منفجره وجود دارد: اول اینکه روش مورد استفاده می بایست قادر باشد باقیمانده مواد منفجره را روی سطح بسته، چمدان، درب خودرو، محموله و … شناسایی نماید. نکته دوم این است که روش انتخابی باید بتواند از فاصله دور نیز کارِ شناسایی را انجام دهد. تکنولوژی جدیدی که تکسان به زودی از آن رونمایی خواهد کرد دستگاه آنالیز مواد از فاصله ده متری است. از جمله مواد منفجره قابل تشخیص با طیف سنجی رامان عبارتند از: نیترومتان (NM)، TNT و DNT.

تشخیص مواد مخدر با طیف‌سنجی رامان از راه دور

شکل ۵- تشخیص مواد مخدر با طیف‌سنجی رامان از راه دور

استفاده از طیف سنجی رامان در تشخیص جعل اسناد

یکی از کاربردهای ویژه طیف سنجی رامان در علوم پزشکی قانونی، تجزیه و تحلیل جوهر روی اسناد است. اگر قدمت یا اصالت یک سند خاص (قولنامه، چک، سفته، قرارداد و انواع اسناد اعتباری و مالی) مورد سؤال باشد، این روش به کمک کارشناسان قضایی می‌آید. جوهر قلم‌ها مایعات پیچیده‌ای هستند که از چندین رنگدانه، رنگ، رزین و حلال تشکیل شد‌ه‌اند. ترکیبات مختلف از این مواد رنگ نهایی هر برند را با برند دیگر و حتی هر قلم را با قلم دیگر متفاوت می‌کند. طیف سنج رامان می‌تواند به خوبی تشخیص دهد که رنگ موجود در نوشته‌های یک سند در همه جای آن یکی هست و آیا دستکاری روی آن انجام شده یا خیر. ضمن اینکه به هیچ وجه در سند یا جوهر آن تخریب ایجاد نمی‌کند و دقیقاً به خاطر همین ویژگی مهم، روش‌های شیمیایی در این مبحث به کار نمی‌آیند.

شکل ۷- تشخیص جعل اسناد با طیف‌سنجی رامان

تشخیص فلزات مربوط به امور جنایی با طیف سنجی UV/Visible

آهن، آلومینیوم و مس سه فلز هستند که به عنوان بخشی از سلاح ها، ابزارها و خرده‌های فلز در صحنه های جنایت یافت می‌شوند. بنابراین، تحقیقات پزشکی قانونی در مورد این فلز‌ها یک زمینه مهم برای مطالعه است. این فلزها در سلاح‌هایی که اغلب در سرقت‌ها یا قتل‌ها استفاده می‌شود، وجود دارند. بررسی صحنه‌های جرم اغلب نشان‌دهنده وجود یون‌های فلزی است که معمولاً بر روی لباس مظنون وجود دارد. فلزات دیگری مانند سرب و آرسنیک نیز گاهی رؤیت می‌شوند. علاوه بر این، یون‌های فلزی در رنگ‌ها، مواد منفجره مانند باروت و شیشه نیز یافت می‌شوند. حضور و غلظت این یون‌های فلزی را می‌توان به راحتی با طیف سنجی مرئی-فرابنفش با استفاده از روش‌های مختلف اندازه‌گیری کرد.

آنالیز مو در تحقیقات مواد مخدر با استفاده از طیف سنجی جرمی

ترکیبات به دام افتاده در مو، در طول زمان و رشد، در تار موی بالغ جمع می‌شوند و باقی می‌مانند و حاوی اطلاعاتی مانند مصرف مواد مخدر هستند. آزمایش مو برای تشخیصِ استفاده مواد مخدر یک روش تشخیصی در حال توسعه است. مزیت آنالیز مو -به عنوان یک نشانگر بیولوژیکی قابل اعتماد- نسبت به آنالیز ادرار، بزاق و خون این است که اثرات مواد مخدر زمان طولانی‌تری در مو نسبت به ادرار باقی می‌ماند و بدین‌ترتیب بهتر می‌تواند از تقلب جلوگیری کند. کوکائین، هروئین، متادون و آمفتامین از جمله موادی هستند که با استفاده از روش کروماتوگرافی گازی یا مایع/ طیف سنجی جرمی از تک موی مصرف کننده قابل تشخیص هستند.

آنالیز موی انسان با روش‌های طیف‌سنجی

شکل ۸- آنالیز موی انسان با روش‌های طیف‌سنجی

تشخیص مصرف بیش از حد (Overdose) مواد مخدر با طیف سنجی مرئی-فرابنفش

مصرف بیش از حد مواد مخدر یا دارو ممکن است منجر به مرگ شود. در پزشکی قانونی، موارد مصرف بیش از حد را می‌توان با طیف سنجی مرئی-فرابنفش بررسی کرد. به عنوان مثال مصرف بیش از حد آسپرین را می‌توان با مطالعه طیف پلاسمای خون فرد بررسی کرد. آسپرین توسط استیلاسیون اسید سالیسیلیک با استفاده از انیدرید استیک تهیه می‌شود. این دارو به عنوان دارویی برای بسیاری از اهداف مانند کاهش درد، کاهش التهاب، کاهش تب و مهارکننده تجمع پلاکت ها و جلوگیری از لخته شدن خون استفاده می‌شود. مقداری که بعد از حمله قلبی تجویز می‌شود به طور معمول ۱۵۰ تا ۳۰۰ میلی‌گرم در لیتر و پس از آن ۷۵ میلی‌گرم در لیتر است. می‌توان سطح سالیسیلات موجود در پلاسمای خون را با استفاده از طیف سنجی مرئی-فرابنفش تجزیه و تحلیل کرد تا مشخص شود آیا فرد دوز درمانی مصرف کرده یا اینکه مصرف بیش از حد داشته است. این روش شامل اندازه‌گیری میزان جذب یون قرمز و بنفش یون‌های فریک و سالیسیلات در حدود ۵۳۰ نانومتر با استفاده از طیف سنج UV / Visible است.

آنالیز استخوان و دندان با طیف سنجی مرئی-فرابنفش

در تحقیقات پزشکی قانونی، تشخیص و تعیین کمّی هموگلوبین در بقایای اسکلتی یا خشک شده جسد می‌تواند بسیار قابل توجه باشد. این امر با کمک طیف سنجی فرابنفش- مرئی قابل اجرا است. به عنوان مثال، استخراج هموگلوبین از استخوان ران با استفاده از اسید کلریدریک ۰.۵ میلی‌لیتر و از طریق دندان با استفاده از اوره ۶.۰ میلی‌متر انجام می‌شود. استخراج این مواد با leuco crystal violet انجام می‌شود. با استفاده از جذب اندازه‌گیری شده ماده به دست آمده در ۵۹۰ نانومتر، می‌توان مقدار متناظر هموگلوبین در هر نمونه را تعیین کرد.

شکل ۹- آنالیز استخوان و دندان با اسپکترومتر

دستگاه تشخیص اثر انگشت

تجزیه و تحلیل اثر انگشت در صحنه جرم یکی از مهم‌ترین بخش‌های تحقیقات پزشکی قانونی است که می‌تواند به شناسایی شخص یا اشخاصی که در صحنه جرم حضور داشته‌اند و نیز بررسی سوابق کیفری اشخاص کمک کند. ابزارهای بازیابی اثر انگشت عبارتند از: فرچه‌ها، پودرها، مواد شیمیایی، کارت‌های برداشتن اثر انگشت، ذره بین و سوپرچسب. این روش‌های سنتی قادر نیستند اثر انگشت را روی آجر، دیوار بتنی، صفحات براق مجلات، محصولات کاغذی، فویل آلومینیوم نازک و کیسه‌های نازک پلاستیکی تشخیص دهند. از طرفی، آلودگی روی سطوح، اثر انگشت را مخدوش می‌کند.  دستگاه‌های جدید شناسایی اثر انگشت با اسکنر نوری، نمایه اسکن شده اثر انگشت را به کمک یک نرم‌افزار پیچیده تطبیق الگو به یک کد تبدیل و در پایگاه اطلاعات خود ذخیره می‌کنند. دستگاه تشخیص اثر انگشت که در آن از تکنولوژی جدیدتر استفاده شده، تشکیل شده از یک منبع نور (لیزر یا LED) و یک میکروچیمپ حساس به نور یا یک CCD که در دوربین‌های عکاسی حرفه‌ای نیز استفاده می‌شود.

مقایسه کاربردی طیف سنجی رامان و طیف سنجی جرمی و مادون قرمز در علوم جنایی

معمولاً تکنیک‌های تحلیلی مانند کروماتوگرافی و طیف سنجی جرمی در پزشکی قانونی و علوم جنایی مورد استفاده قرار می‌گیرند اما طیف سنجی رامان به دلیل ویژگی غیر مخرب بودن به سرعت جای خود را در این حوزه پیدا کرده است. نور منبع لیزر به نمونه برخورد می‌کند، نور پراکنده شده به آشکارساز برخورد کرده و آنالیز انجام می‌شود. در طی این فرایند، نمونه کاملاً سالم می‌ماند و به هیچ عنوان دستکاری در مدرک جرم انجام نمی‌شود. نیاز طیف سنجی رامان به مقدار بسیار کم نمونه نیز مزیت آشکاری در تحقیقات جنایی محسوب می‌شود. در روش کروماتوگرافی مایع یا گازی، نمونه حتماً باید در برخی حلال ها قابلیت انحلال پذیری داشته باشد. در غیر این صورت قبل از آنالیز می‌بایست در معرض روش‌های جداسازی یا استخراج قرار گیرد. این در حالی است که طیف سنجی رامان نیاز به آماده سازی نمونه ندارد که موجب صرفه جویی در زمان طیف گیری نیز می‌شود. از طرفی امکان طیف گیری رامان از روی شیشه، پلاستیک یا کوارتز موجب راحتی کاربری دستگاه شده است که این امکان در روش طیف سنجی جرمی وجود ندارد.

طیف سنجی فروسرخ از نظر مکانیزم تا حد زیادی شبیه به طیف سنجی رامان است. با این تفاوت که وجود آب در نمونه برای طیف سنجی فروسرخ اختلال ایجاد می کند که این موضوع در روش رامان بی اهمیت است؛ چرا که رامان مبتنی بر پراکندگی نور است نه جذب. بنابراین نیازی نیست که نمونه قبل از آنالیز خشک شود و این موضوع موجب تسریع در فرایند طیف گیری رامان است.

اما طیف سنجی رامان نیز گاهی با مشکلاتی همراه است. در برخورد نور منبع با نمونه فقط مقدار کمی از نور پراکنده می‌شود و باز بخش کمتری از آن نور پراکنده شده، پراکندگی رامان خواهد داشت. به همین دلیل سیگنال‌های مربوط به پراکندگی رامان نسبتاً ضعیف هستند و به راحتی توسط فلورسنس و سایر مداخلات نوری، پوشانده می‌شود.  یکی دیگر از ضعف‌های روش رامان، عدم توانایی طیف گیری از فلزات و آلیاژها است.

شکل ۱۰- اسپکتروفتومتر کاربردهای بسیاری در شناسایی مواد در حوزه جنایی دارد.

eget mattis libero suscipit ipsum adipiscing velit, mi, ut