时间飞行二次离子质谱（ToF-SIMS）在检测和成像中的应用：以检测受大麻污染的指纹为例——一项初步研究

《Forensic Science International》：Application of ToF-SIMS to detection and imaging: of cannabis-contaminated fingerprints – a preliminary study

为了检测指纹中残留的 cannabis（大麻）成分，本研究采用 ToF-SIMS（飞行时间二次离子质谱）技术，通过不同阶段分析（如大麻药片、污染指纹、粉末显影及胶带转移指纹）的负离子质谱和成像，成功识别出大麻相关化合物如 THC（四氢大麻酚）、CBD（大麻二酚）、CBV（大麻烯）等。实验表明，ToF-SIMS 可直接分析未预处理样本，快速成像并定位大麻残留的空间分布，尤其适用于微量检测和复杂基质中的分析。

　　这项研究探讨了使用飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）技术检测指纹中与大麻相关的化合物的可行性。大麻作为一种历史悠久的植物，其用途广泛，包括药用、宗教仪式、娱乐以及工业原料。尽管在一些国家，如荷兰，个人持有少量大麻是被允许的，但在大多数国家，大麻仍属于非法物质，仅限于医疗用途。因此，在这些国家中，开发可靠的方法来识别大麻残留尤为重要，特别是在指纹分析方面，因为指纹可能含有多种物质，包括具有精神活性的大麻成分。

研究的主要目标是评估ToF-SIMS技术在检测和可视化指纹中大麻残留方面的应用潜力。实验中，研究人员通过志愿者的手指在玻璃表面留下受大麻污染的指纹，随后使用黑色抗静电指纹粉进行显现，并利用指纹胶带进行转移。通过对这些不同阶段的指纹样本进行ToF-SIMS分析，研究发现该技术能够有效检测大麻成分，并且还能展示其在指纹表面的空间分布情况。这表明，即使在经过显现和转移的指纹中，ToF-SIMS也能捕捉到大麻相关的化合物，为法医学领域提供了新的分析工具。

大麻的化学成分非常复杂，含有多种有机和无机化合物，其中包括一些具有精神活性的物质，如四氢大麻酚（THC）、大麻二酚（CBD）、大麻酚（CBN）、大麻二酚酸（CBDA）等。这些化合物在指纹中的存在可能对法医学调查产生重要影响，尤其是在涉及毒品犯罪的案件中。研究人员指出，某些大麻品种的THC含量可高达33%，而其他混合品种的THC含量也可能达到26%-30%，这使得大麻在法医学分析中具有高度的检测价值。

ToF-SIMS技术因其高灵敏度和能够提供分子和元素的空间分布信息，已被广泛应用于法医学领域。该技术可以在不进行复杂样品预处理的情况下，直接对样品进行分析，同时还能快速获取结果。此外，该技术具有半破坏性，这意味着在进行检测后，样品仍可保留用于进一步的分析。研究还表明，ToF-SIMS在分析指纹中的化合物时，负离子谱比正离子谱提供了更多的信息，这可能是由于样品中含有较多的酸性化合物，这些化合物更容易形成负离子。

在实验过程中，研究人员对不同阶段的指纹样本进行了分析。首先，他们对受污染的指纹进行了直接检测，随后对使用指纹粉显现后的指纹进行了检测，并最终对通过指纹胶带转移的指纹进行了分析。结果显示，即使在经过转移后的指纹中，大麻相关化合物仍然可以被检测到，且其空间分布特征在ToF-SIMS图像中清晰可见。这些发现表明，ToF-SIMS不仅能够识别大麻成分，还能够提供有关其在指纹中分布的信息，这对于法医学调查具有重要意义。

研究还强调了ToF-SIMS在法医学中的多种应用潜力，包括对文件、汽车油漆、头发、化妆品、枪弹残留物和爆炸物的分析。此外，该技术在分析指纹时，能够同时获取指纹的化学成分和其物理结构特征，从而为案件调查提供更全面的信息。例如，在指纹显现过程中，指纹粉可能会影响样品的化学分析，但研究发现，即使在这种情况下，ToF-SIMS仍然能够有效检测大麻残留。

实验结果还表明，指纹中的大麻残留可能与指纹本身的化学成分相互作用。例如，在指纹显现后，部分离子的强度会有所降低，但仍然可以被检测到。研究人员还指出，指纹中的钠、镁、铝、硅、钾、钙、锰和铁等元素可能来源于皮肤分泌物或指纹粉，这些元素的存在也影响了ToF-SIMS的检测结果。因此，在使用ToF-SIMS进行指纹分析时，需要考虑这些背景成分对检测结果的影响。

此外，研究还提到，不同品种的大麻可能具有不同的化学特征，这可能影响检测结果的准确性。例如，工业大麻（Cannabis sativa）通常具有较低的THC含量，而医用大麻可能具有较高的THC和CBD含量。因此，在法医学分析中，区分不同品种的大麻可能有助于确定案件的具体情况。同时，大麻的生长条件和遗传特性也会影响其化学成分，这为研究提供了更多的变量和可能性。

综上所述，这项研究为法医学中指纹分析提供了新的方法和工具。通过使用ToF-SIMS技术，研究人员能够检测和可视化指纹中大麻残留，同时还能分析其化学成分和空间分布。这一技术的应用不仅有助于提高法医学分析的准确性，还可能为相关法律和政策制定提供科学依据。未来的研究可以进一步探索该技术在不同种类大麻和不同环境条件下的适用性，以提高其在实际案件调查中的可靠性。