This post is also available in: Tiếng Việt (Vietnamese)

Giới thiệu

Hầu hết mọi người khi nghĩ đến “phát hiện dấu vết”, họ sẽ nghĩ đến việc được đưa đến một khu vực an ninh sân bay để kiểm tra đồ đạc của họ một cách ngẫu nhiên và tìm kiếm dư lượng chất nổ. Mặc dù việc làm này là đúng, nhưng việc phát hiện dấu vết của các chất có độc tính cao trong lĩnh vực ứng phó khẩn cấp cần được chú trọng kỹ hơn, trong bối cảnh “opioid” đang hoành hành trong cộng đồng, và các mối đe dọa từ các tác nhân chiến tranh hóa học thế hệ thứ 4 ((còn gọi là FGA hoặc “Novichoks”) đang nổi lên.

Có hai định nghĩa về “dấu vết” được xem xét trong tình huống này. Đầu tiên, đến từ thế giới của việc phát hiện chất nổ – sự “vô hình” – tức là sự hiện diện của một chất đe dọa không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Thường nó sẽ ít hơn hơn một microgram của tổng sản phẩm. Ví dụ, tại các bề mặt bị ô nhiễm ở những góc khuất của phòng thí nghiệm, các thùng rỗng từ các thùng rác, và ở những nơi công cộng sau khi một tác nhân chiến tranh hóa học bị phát tán.

Thứ hai, xuất phát từ giới ma túy, “ẩn” đi sự hiện diện của một tỷ lệ phần trăm nhỏ (nhưng có khả năng gây chết người) của vật liệu đe dọa trong một lượng lớn (có thể nhìn thấy) của một thứ gì đó ít gây hại hơn. Ví dụ các opioid tổng hợp được pha loãng nhiều với các chất cắt để sử dụng cá nhân hay các chất được kiểm soát hòa tan trong dung môi để tránh bị phát hiện tại hiện trường các trạm kiểm soát. Những người ứng cứu khẩn cấp và nhân viên an ninh ngày nay cần một “khả năng” phát hiện có thể giải quyết được cả hai yêu cầu: độ nhạy cao (khả năng phát hiện các vật liệu đe dọa dưới mức có hại) và độ trung thực cao (khả năng phát hiện có thể tái tạo và đáng tin cậy).

Thách thức trong việc phát hiện dấu vết các chất

Cho đến nay, việc phát hiện dấu vết tại hiện trường có những sự giới hạn đối với các phép đo phổ ion di động (IMS), khối phổ sắc ký khí (GC-MS), xét nghiệm so màu hay chó đánh hơi tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể.

Các phương pháp này đều có hiệu quả, nhưng mỗi phương pháp lại mang một hạn chế nhất định về khả năng phát triển trong khi các mối đe dọa ngày một tăng và phức tạp. Phép đo phổ ion di động (IMS) mặc dù rất nhạy, nhưng lại thiếu tính chọn lọc hay khả năng phân biệt vật liệu, do đó các máy dựa trên công nghệ này thương có thư viện không nhiều các hợp chất. Do đó, tỉ lệ dương tính giả có xu hướng xảy ra khá cao, các hệ thống IMS thường dẽ bị quá tải dẫn đến thời gian ngưng hoạt động khá nhiều. Với các hệ thống GC-MS, chúng có tính chọn lọc và độ nhạy cao, nhưng lại yêu cầu phải có người vận hành chuyên nghiệp, nặng, cồng kềnh và chi phí mua sắm cao, đồng thời đòi hỏi thời gian khởi động kéo dài và mất nhiều thời gian để phân tích, lên tới hàng chục phút. Các xét nghiệm đo màu yêu cầu người dùng phải giải thích được và thường gặp phải các phản hồi sai do phản ứng chéo. Mặc dù gặp khó khăn trong các trường hợp phân tích ở nồng độ thấp nhưng chúng lại rất hữu ích với một số mẫu “ẩn” nhất định.

Ngoài ra, những chú chó đánh hơi được huấn luyện để phát hiện một loạt các mối đe dọa cụ thể và yêu cầu những người sử dụng chúng phải được đào tạo chuyên sâu. Do thiếu tính chọn lọc, khối lượng các công việc dành cho chúng bị hạn chế. Vi vậy, để có được độ nhạy cần thiết, khả năng phát hiện mở rộng, khả năng sẵn sàng hoạt động và chi phí mua sắm thấp hơn, chúng ta cần có một phương thức mới để phát hiện dấu vết các chất.

Thách thức trong việc phát hiện ở số lượng lớn

Kể từ giữa những năm 2000, các thiết bị phản ứng đầu tiên cũng đã sử dụng công nghệ phát hiện quang học dựa trên quang phổ hồng ngoại (FT-IR) và quang phổ Raman. Các thiết bị này cung cấp độ trung thực cực cao do tính đặc hiệu phân tử của chúng nhưng lại giới hạn trong việc phát hiện và xác định lượng lớn các chất (có thể nhìn thấy được). Trên thực tế, các công cụ quang học thường không thể phát hiện các chất có tỉ lệ ít hơn 10% trong hỗn hợp. Khi fentanyl chuẩn bị được đưa ra để tiêu thụ trên đường phố, nó phải được pha loãng nhiều để ngăn tình trạng quá liều do liều giảm đau của nó rất nhỏ (2,5 microgam). Một mẫu fentanyl đường phố thông thường chứa khoảng 1 – 3% opioid, thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng phát hiện quang học điển hình. Bột ma túy nghi ngờ được xác định là lactose hoặc heroin bằng FT-IR hoặc Raman có thể tạo ra cảm giác an toàn giả cho người tiếp xúc vì lượng dấu vết của fentanyl ẩn bên trong có thể nguy hiểm nếu không được xử lý đúng cách. Để giải quyết những mối lưu tâm này, khả năng phát hiện hàng loạt phải được kết hợp với khả năng phát hiện dấu vết đáng tin cậy.

Công nghệ HPMS – Thu hẹp khoảng cách về khả năng phát hiện

So với các công nghệ phát hiện dấu vết, phương pháp áp suất khối phổ cao (Công nghệ HPMS) cung cấp độ nhạy tương đương với độ trung thực cao hơn nhiều. Ví dụ, giới hạn phát hiện HPMS đối với opioid tổng hợp là dưới 100 nanogram (20 ng cho fentanyl), thấp hơn 1000 lần so với liều lượng của fentanyl (25 – 125 microgam).

Công nghệ HPMS khi được triển khai trong MX908 được thiết kế để giảm thiểu tình trạng quá tải và dịch chuyển mẫu bằng cách cô lập vùng lấy mẫu khỏi vùng phân tích (khối phổ kế). Tuy nhiên, khía cạnh độc đáo nhất của HPMS so với các kỹ thuật khác là nó tạo ra một hình ảnh khối phổ. Hình ảnh này đại diện cho dạng khối lượng của chất được phát hiện, là một thuộc tính hóa học cơ bản, có thể được xem xét và diễn giải sau.

So với các công nghệ phát hiện số lượng lớn, HPMS có thể phát hiện các chất đe dọa với tỷ lệ phần trăm rất thấp trong hỗn hợp phức tạp và đã chứng minh khả năng phát hiện dưới 1% thể tích trong hỗn hợp tùy thuộc vào tác nhân cắt. Điều này là do HPMS đặc biệt nhạy với các loại thuốc như opioid tổng hợp và quá trình giải hấp nhiệt và các thuật toán phát hiện có xu hướng cung cấp khả năng miễn dịch với các chất cắt lành tính.

Điều này đang được lưu ý, việc sử dụng HPMS với bộ dò số lượng lớn mang lại thông tin có giá trị cho người phản hồi. Ví dụ: nếu một máy dò số lượng lớn cho kết quả báo cáo là lactose và HPMS báo cáo là fentanyl cho một loại bột nghi ngờ, thì sản phẩm đó sẽ bị “cắt” nhiều và ít gây nguy hiểm hơn so với loại bột mà cả hai máy dò báo cáo fentanyl.

Sức mạnh của Công nghệ HPMS

Để tạo ra hình ảnh khối phổ, HPMS ion hóa chất hóa học và phân mảnh nó thành các khối lượng nhỏ hơn đặc trưng. Hình ảnh được tạo ra cho các chất được kiểm soát và FGA bởi công cụ MX908, và được nâng cao hơn nữa thông qua một quá trình gọi là Va chạm Phân ly cảm ứng (CID). Về cơ bản, CID phá vỡ vật liệu thành các mẫu khối lượng cực kỳ cụ thể bằng cách sử dụng một chuỗi các năng lượng ngày càng cao hơn trong quá trình ion hóa để tối đa hóa độ trung thực của phát hiện. Công nghệ HPMS không bị giới hạn trong thư viện của nó nhờ khả năng phát hiện các mối đe dọa hóa học mới. Ngoài việc có thể để xác định hàng trăm chất đe dọa theo tên và mã số CAS, MX908 có thể cảnh báo với > 2.000 chất tương tự fentanyl mới bằng cách sử dụng thuật toán dự đoán dựa trên hình ảnh khối phổ mà nó phát hiện được. Cách tiếp cận dự đoán này khó đối với các công nghệ khác bởi vì dữ liệu chúng tạo ra hoặc không có cấu trúc hóa học vốn có (trong trường hợp IMS) hoặc bị ảnh hưởng bởi các tương tác hóa học mà quang phổ thu được không thể được biết một cách chắc chắn cho đến khi chúng được đo trực tiếp (trong trường hợp FTIR và Raman).

Kết luận

MX908 cung cấp tính năng phát hiện dấu vết hiện trường tốt nhất. Nó có độ nhạy của các phương pháp theo dõi khác để phát hiện những mối đe dọa “vô hình” kết hợp với độ đặc hiệu có thể so sánh với các phương pháp số lượng lớn để phát hiện những mối nguy hiểm “tiềm ẩn” đó. Với MX908, một thiết bị được bổ sung trong bộ công cụ phát hiện các chất nguy hiểm, những người ứng cứu khẩn cấp hay các nhân viên an ninh có thể tự tin hơn trong việc đối mặt với tình thế những mối đe dọa đang ngày một nổi lên nhiều hơn.