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De laboratórios criminais a rochas espaciais, o NIST ajuda a identificar produtos químicos misteriosos
De laboratórios criminais a rochas espaciais, o NIST ajuda a identificar produtos químicos misteriosos
Em dramas policiais televisivos, os investigadores muitas vezes recuperam uma poça de resíduo desconhecido, enviam-na para um laboratório e descobrem exatamente o que é antes do próximo intervalo comercial.
A ciência real é mais lenta e complicada, mas uma parte desse enredo familiar é muito real.
Os cientistas forenses podem analisar uma substância desconhecida com um espectrômetro de massa, gerar uma impressão digital química distinta e comparar o resultado com uma enorme biblioteca de referência mantida pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST).
O NIST lançou recentemente uma grande atualização a essa biblioteca, adicionando dezenas de milhares de compostos que pesquisadores, fabricantes e cientistas forenses podem usar para identificar substâncias misteriosas.
A coleção ampliada inclui impressões digitais químicas associadas a tudo, desde opioides sintéticos e contaminantes ambientais até compostos detectados em Marte e material orgânico recuperado de um asteroide.
Essas impressões digitais são formalmente conhecidas como espectros de massa.
Para criar um, um espectrômetro de massa ioniza um composto químico e o quebra em fragmentos carregados.
O instrumento então classifica esses fragmentos de acordo com sua relação massa/carga, criando um padrão semelhante a um gráfico de barras que pode ser distinto da substância original.
“Assim como uma pessoa pode ser identificada comparando seu DNA com um banco de dados, um composto químico pode ser identificado comparando seu espectro de massa com o banco de dados do NIST”, disse Bill Wallace, líder do grupo do Centro de Dados de Espectrometria de Massa do NIST.
Isso torna a qualidade e a amplitude da biblioteca de referência especialmente importantes.
Um laboratório pode gerar um espectro altamente detalhado a partir de uma amostra desconhecida, mas a identificação da substância muitas vezes depende da disponibilidade de informações confiáveis para comparação.
A Biblioteca Espectral de Massa do NIST atualizada, comumente chamada de NIST26, tem dois componentes principais.
Sua Biblioteca de Ionização de Elétrons, que abrange compostos que podem ser facilmente vaporizados, ganhou cerca de 35 mil compostos e agora inclui mais de 382 mil.
Sua Biblioteca Tandem, que é usada com muitos compostos não voláteis que se dissolvem em líquidos, adicionou cerca de 17 mil compostos e agora inclui mais de 68 mil substâncias e 3,2 milhões de espectros.
A tecnologia tem aplicações importantes para a aplicação da lei.
Os laboratórios criminais federais, estaduais e locais encontram cada vez mais drogas sintéticas recentemente desenvolvidas que podem não ser familiares aos investigadores.
O NIST também trabalha com o Grupo de Trabalho Científico para a Análise de Drogas Apreendidas para manter uma biblioteca de referência de substâncias controladas disponível gratuitamente, incluindo análogos emergentes do fentanil e outros opioides sintéticos.
A comparação não é necessariamente a correspondência instantânea frequentemente exibida na televisão.
Os cientistas ainda têm de considerar a qualidade de uma amostra, possíveis misturas e outras evidências antes de chegarem a uma conclusão.
Mas espectros de referência confiáveis podem dar aos químicos forenses um ponto de partida confiável quando encontram drogas ou outras substâncias que eles nunca viram antes.
A biblioteca completa do NIST26 é comumente integrada a espectrômetros de massa comerciais e está disponível através de fabricantes de instrumentos e outros distribuidores.
Mas o NIST também fornece uma ferramenta pública gratuita que oferece uma ideia de como funcionam os dados de referência química.
O NIST Chemistry Web Book contém espectros de massa para mais de 33.000 compostos, juntamente com extensas coleções de dados termoquímicos, espectroscópicos e outros dados científicos.
Os usuários podem pesquisar por nome químico, fórmula, peso molecular e vários outros identificadores.
Para testar a ferramenta pública, procurei aspirina, um dos medicamentos mais conhecidos encontrados nos armários domésticos.
O Web Book retornou rapidamente sua fórmula química, C9H8O4, com um peso molecular de 180,1574, sua estrutura química e diversas formas de dados espectrais.
A seleção do espectro de massa de ionização eletrônica exibiu uma série de picos mostrando os fragmentos criados quando as moléculas de aspirina são ionizadas e quebradas.
O padrão tem pouca semelhança com os comprimidos encontrados num armário de remédios, mas representa uma assinatura química mensurável que pode ser comparada com dados gerados a partir de uma amostra desconhecida.
A aspirina dificilmente é uma substância misteriosa.
Mas o mesmo processo básico pode ajudar os cientistas a identificar compostos muito mais importantes em provas forenses, amostras ambientais, medicamentos, cosméticos, alimentos e fluidos corporais.
Algumas das mais recentes adições ao NIST26 envolvem substâncias ligadas a problemas urgentes aqui na Terra.
A atualização inclui os nitazenos, uma classe potente de opioides sintéticos cada vez mais associada a overdoses fatais.
Também expande a coleção da biblioteca de substâncias per e polifluoroalquil, comumente conhecidas como PFAS ou produtos químicos eternos.
Outras adições chegam com origens muito mais misteriosas.
Entre as novas impressões digitais químicas estão os tiofenos, moléculas em forma de anel contendo enxofre que foram detectadas pelo rover Curiosity da NASA em Marte.
A sua presença levanta uma possibilidade intrigante porque os cientistas os consideram uma assinatura potencial de vida antiga.
Eles não são prova de que já existiu vida em Marte, mas acrescentam outra pista química a um mistério que os pesquisadores vêm tentando resolver por gerações.
A biblioteca também inclui agora compostos orgânicos complexos encontrados na poeira recolhida de Bennu, um asteroide próximo da Terra que viajou pelo espaço durante milhares de milhões de anos.
Conhecidos como hidrocarbonetos aromáticos policíclicos alquilados, esses compostos podem estar relacionados a alguns dos componentes químicos necessários à vida.
Os cientistas estão a estudar se o material transportado por asteroides como Bennu poderia ter ajudado a semear a jovem Terra com alguns dos blocos químicos de construção da vida.
Isso significa que o mesmo tipo de biblioteca de referência que pode ajudar a identificar uma substância desconhecida num laboratório criminal também pode ajudar os cientistas a interpretar vestígios químicos recuperados de mundos além do nosso.
Manter uma coleção tão ampla requer mais do que simplesmente coletar espectros.
Cientistas do NIST avaliam as medições, examinam estruturas e nomes químicos, comparam compostos relacionados e substituem entradas mais antigas quando informações de maior qualidade estiverem disponíveis.
O resultado não é apenas uma grande base de dados, mas uma referência científica cuidadosamente mantida que os laboratórios podem utilizar com maior confiança.
A substância misteriosa de um programa policial de televisão pode ser identificada a tempo do próximo intervalo comercial.
A verdadeira ciência é mais lenta e mais cuidadosa.
Mas quer os investigadores estejam a examinar provas de uma cena de crime, de uma amostra ambiental ou de poeira trazida de um antigo asteroide para casa, a busca começa muitas vezes da mesma forma: comparando o desconhecido com um registo confiável do que a humanidade já aprendeu.
John Prendem II é um jornalista e revisor premiado com mais de 20 anos de experiência na cobertura de tecnologia.
Ele é o CEO do Tech Writers Bureau, um grupo que cria conteúdo de liderança inovadora em tecnologia para organizações de todos os tamanhos.
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