Kính hiển vi FT-IR mở ra bước tiến mới trong phân tích sợi tóc pháp y

Trong các cuộc điều tra hình sự pháp y, sợi tóc thường xuất hiện như một trong những dạng chứng cứ phổ biến nhất nhưng cũng khó phân tích nhất. Kích thước nhỏ, khối lượng cực thấp và sự tương đồng về hình thái giữa các cá thể khiến việc xác định nguồn gốc sợi tóc trở thành một thách thức lớn đối với các phòng thí nghiệm pháp y.

Trong bối cảnh đó, vi hiển vi phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR microscopy) đang ngày càng khẳng định vai trò là một công cụ phân tích mạnh mẽ, giúp khai thác thông tin hóa học chi tiết từ từng sợi tóc riêng lẻ mà không làm phá hủy mẫu.

Khác với kính hiển vi quang học truyền thống vốn chỉ cung cấp thông tin hình thái, vi hiển vi FT-IR cho phép kết hợp hình ảnh phóng đại cao với dữ liệu phổ hồng ngoại, phản ánh trực tiếp cấu trúc hóa học của vật liệu. Điều này đặc biệt quan trọng trong khoa học pháp y, nơi mỗi chi tiết hóa học đều có thể trở thành manh mối then chốt để liên kết chứng cứ với một cá nhân hoặc một sự kiện cụ thể.

Giải bài toán chứng cứ vi mô

Thông thường, kính hiển vi quang học chỉ cho phép so sánh hình thái sợi tóc như màu sắc, đường kính hay cấu trúc bề mặt. Tuy nhiên, những thông tin này chưa đủ để đưa ra kết luận chắc chắn về nguồn gốc của sợi tóc. Vi hiển vi FT-IR đã khắc phục hạn chế đó bằng cách phân tích trực tiếp thành phần hóa học của từng sợi tóc riêng lẻ, với lượng mẫu cực nhỏ và hoàn toàn không phá hủy chứng cứ.

Nhờ đó, các phòng thí nghiệm pháp y có thể tăng độ tin cậy khi đối chiếu sợi tóc nghi vấn với mẫu đối chứng.

Phân tích hóa học sợi tóc ở cấp độ micromet

Trong các nghiên cứu gần đây, sợi tóc được cắt thành các đoạn rất nhỏ và phân tích bằng FT-IR truyền qua thông qua ô nén vi mô. Phổ hồng ngoại thu được phản ánh rõ cấu trúc protein keratin – thành phần chính của tóc.

Đáng chú ý, sự khác biệt giữa tóc tự nhiên và tóc đã qua xử lý hóa chất (như tẩy hoặc uốn) có thể được nhận biết rõ ràng trên phổ FT-IR. Các dải hấp thụ đặc trưng cho thấy sự oxy hóa của liên kết disulfide trong cystine, cung cấp bằng chứng hóa học về quá trình xử lý mỹ phẩm mà sợi tóc đã trải qua.

Thông tin này có giá trị lớn trong pháp y, giúp xác định lịch sử xử lý của sợi tóc và hỗ trợ thu hẹp phạm vi điều tra.

Phổ FT-IR của tóc bình thường và tóc đã xử lý hóa chất

Trong hình ảnh cho thấy phổ hồng ngoại của sợi tóc chưa qua xử lý và sợi tóc đã tẩy và uốn. Sự gia tăng độ hấp thụ tại các băng tần 1175 cm⁻¹ và 1040 cm⁻¹ cho thấy oxy hóa liên kết disulfide của cystine trong keratin— điều này có thể do xử lý bằng hydrogen peroxide kiềm hoặc tẩy tóc. Băng tại 1040 cm⁻¹ tương ứng với dao động S=O đối xứng của axit cysteic, và băng tại 1175 cm⁻¹ là dao động S=O bất đối xứng. Những thông tin này rất hữu ích để xác định nguồn gốc có thể của tóc chưa biết.

Phát hiện lớp keo xịt tóc bằng FT-IR ATR

Không chỉ phân tích cấu trúc bên trong, vi hiển vi FT-IR còn cho phép xác định các lớp phủ mỹ phẩm, keo xịt  trên bề mặt sợi tóc thông qua kỹ thuật ATR (Attenuated Total Reflectance).

Một ví dụ trình bày khả năng phát hiện chất xử lý mỹ phẩm trên bề mặt sợi tóc. Hình chụp video của sợi tóc có lớp keo xịt tóc trên bề mặt. Nếu mẫu này được phân tích bằng phương pháp truyền qua như ví dụ đầu tiên, phổ sẽ phần lớn phản ánh protein tóc do tóc hấp thụ mạnh ánh sáng hồng ngoại, khiến việc phát hiện lớp phủ bề mặt trở nên khó khăn.

Tuy nhiên, bằng cách sử dụng kính hiển vi ATR, ta có thể thu được phổ chủ yếu của keo xịt tóc. Trong trường hợp này, sợi tóc được gắn lên lam thủy tinh và cố định hai đầu bằng băng dính hai mặt. Việc chiếu sáng từ dưới mẫu có thể hỗ trợ quan sát mẫu bằng chế độ Survey Mode của ống kính ATR.

Tinh thể ZnSe (chiết suất n = 2,4) được dùng trong ống kính ATR, cho đường kính lấy mẫu 42 µm khi sử dụng khẩu độ đường kính 2,5 mm (2,5 / 2,4 ≈ 42 µm). Phổ nền được lấy qua không khí (tinh thể không chạm gì), và 64 quét mẫu cộng gộp được xử lý với độ phân giải 8 cm⁻¹ để tạo ra phổ hồng ngoại.

Phổ hồng ngoại của sợi tóc sạch và sợi tóc phủ keo xịt tóc cho thấy sự khác biệt rõ rệt. Khi lấy phổ sạch trừ đi phổ đã phủ keo, phổ hiệu số cho thấy rõ thành phần hóa học của keo xịt tóc: poly(vinyl acetate).

Với phương pháp này, phổ thu được tập trung vào lớp bề mặt, hạn chế ảnh hưởng của protein tóc. Kết quả cho thấy các chất như keo xịt tóc có thể được nhận diện rõ ràng, thậm chí xác định chính xác thành phần polymer (ví dụ poly(vinyl acetate)).

Khả năng này mở ra hướng tiếp cận mới trong việc xác định thói quen sinh hoạt hoặc sản phẩm đã được sử dụng bởi đối tượng liên quan đến vụ án.

Công cụ đắc lực cho khoa học pháp y hiện đại

Vi hiển vi FT-IR đang ngày càng trở thành công cụ không thể thiếu trong các phòng thí nghiệm pháp y. Việc kết hợp hình ảnh vi mô và dữ liệu phổ hồng ngoại giúp:

• Phân tích sợi tóc đơn lẻ với độ tin cậy cao

• Phát hiện các biến đổi hóa học do môi trường hoặc xử lý nhân tạo

• Tăng giá trị chứng cứ khoa học trước các yêu cầu pháp lý nghiêm ngặt

Trong kỷ nguyên mà chứng cứ ngày càng nhỏ và tinh vi, vi hiển vi FT-IR đã chứng minh vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác của phân tích sợi tóc pháp y. Bằng cách cung cấp thông tin hóa học chi tiết ở cấp độ micromet, kỹ thuật này đang góp phần quan trọng vào việc làm sáng tỏ các vụ án và củng cố niềm tin vào khoa học pháp y hiện đại.