Um forensisch sicher (d.h. „gerichtsfest“) Drogen, Alkohol oder deren Abbaustoffe nachzuweisen, wird routinemäßig ein kombiniertes Verfahren eingesetzt, in dem eine aus Urin, Blut oder Haaren chemisch aufbereitete Probe zuerst chromatographisch (GC, LC, HPLC, etc.) aufgetrennt und anschließend die Bestandteile massenspektrometrisch (MS) identifiziert werden.
Die Abkürzung GC/MS steht z.B. für die Kopplung der gaschromatographischen Trennung eines Stoffgemisches und der anschließenden massenspektroskopischen Untersuchung der aufgetrennten Bestandteile.
Chromatographie
Chromatographie im Allgemeinen ist ein physikochemisches Verfahren zur Auftrennung eines Stoffgemisches. Hierbei wird eine sog. „mobile Phase“, die das Substanzgemisch mitschleppt, an einer „stationären Phase“ entlang geführt. Durch Wechselwirkungen der Analyten mit der stationären Phase sinkt ihre Wanderungsgeschwindigkeit; da diese Wechselwirkungen von der Struktur der Analyten abhängig, d.h. verschieden sind, ergeben sich für verschiedene Stoffe unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeiten. Die Bestandteile des Gemisches wandern unterschiedlich schnell mit der mobilen Phase und trennen sich auf, ähnlich wie sich langsame und schnelle Läufer bei einem Marathon-Lauf trennen. Ein bekanntes Beispiel für Chromatographie ist ein Filzstift-Strich auf einem Stück Filterpapier, der in unterschiedliche Farben zerläuft, wenn man einen Tropfen Wasser aufgibt.
Gaschomatographie (GC)
Die Gaschromatographie ist ein Hochleistungsverfahren, bei dem eine Substanzprobe im Sub-Mikroliterbereich schlagartig in einen Gasstrom injiziert und verdampft wird. Der Gasstrom wird mit konstanter Geschwindigkeit durch eine lange Kapillare geleitet, die innen mit einer stationären Phase mit spezifischen Oberflächeneigenschaften beschichtet ist. Die Probenbestandteile im Gasstrom wechselwirken mit dieser Beschichtung und trennen sich in Abhängigkeit von ihrer Molekülstruktur und der Oberflächenstruktur der Beschichtung auf (siehe Abbildung 1). Nach einigen Minuten gelangen die Bestandteile dann an einen Detektor, an dem sowohl die Menge, als auch die Zeit (sog. „Retentionszeit“) bis zur Detektion festgehalten wird.
Eicht man den Gaschromatographen mit reinen Referenzproben der zu analysierenden Stoffe, so können schon allein an der Retentionszeit diese Stoffe mit hoher Wahrscheinlichkeit identifiziert werden. In der Abbildung findet sich ein typisches Chromatogramm. Deutlich ist zu erkennen, wie gut das Substanzgemisch getrennt worden ist. Die Fläche unter den Substanzpeaks ist dabei proportional zur Menge der detektierten Substanz. Das Detektorsignal wird elektronisch aufgezeichnet und direkt rechnerisch ausgewertet.
Analysiert man sehr ähnliche Stoffe, so kann die Trennung auch unschärfer ausfallen, die Peaks rücken näher zusammen oder verwachsen sogar miteinander. Will man die Mengen-Anteile einer Gruppe ähnlicher Stoffe ermitteln, so kann man sowohl jeden Peak einzeln integrieren und die Ergebnisse anschließend zusammenzählen; es wäre aber auch denkbar, das Detektorsignal über einen größeren Bereich insgesamt zu integrieren.
In Abbildung 2 sind die Molekül-Formen des Amphetamins, des MDMA (Ecstasy) und des Ephedrins aufgeführt. Die enorme Ähnlichkeit der Leitstruktur ist offensichtlich, ähnliche Retentionszeiten bei der Chromatographie sind zu erwarten. Bei genügender Sorgfalt wird der Gaschromatograph so betrieben, dass die Trennung der Stoffe dennoch möglich ist, und die Substanzpeaks werden einzeln analysiert. Ist dieser Aufwand zu teuer, könnte auch eine Integration über einen größeren Bereich erfolgen, und das Ephedrin, das chemisch zwar ein Amphetamin-Derivat ist, sich physiologisch aber anders auswirkt und deshalb rechtlich auch anders bewertet wird, würde zur Menge des „Amphetamin-Anteils“ beisteuern.
In Abbildung 2 sind die Molekül-Formen des Amphetamins, des MDMA (Ecstasy) und des Ephedrins aufgeführt. Die enorme Ähnlichkeit der Leitstruktur ist offensichtlich, ähnliche Retentionszeiten bei der Chromatographie sind zu erwarten. Bei genügender Sorgfalt wird der Gaschromatograph so betrieben, dass die Trennung der Stoffe dennoch möglich ist, und die Substanzpeaks werden einzeln analysiert. Ist dieser Aufwand zu teuer, könnte auch eine Integration über einen größeren Bereich erfolgen, und das Ephedrin, das chemisch zwar ein Amphetamin-Derivat ist, sich physiologisch aber anders auswirkt und deshalb rechtlich auch anders bewertet wird, würde zur Menge des „Amphetamin-Anteils“ beisteuern.
Massenspektroskopie (MS)
Die Massenspektroskopie ist ein physikalisches Hochleistungs-Analyseverfahren zur Identifizierung reiner Substanzen (oder mit begrenzter Aussagekraft für definierte Stoffgemische).
Eine Substanzprobe im Sub-Mikrogramm-Bereich wird im Hochvakuum verdampft und radioaktiv bestrahlt. Hierdurch zersetzt sich das Molekül teilweise und wird ionisiert. Dieses Zerfallsmuster („Fragmentationsmuster“) ist charakteristisch für ein gegebenes Molekül.
Die Ionen werden durch ein elektrisches Feld beschleunigt und anschließend durch ein magnetisches Feld auf eine Kreisbahn gezwungen, deren Radius abhängt von der Geschwindigkeit der Bruchstücke, die durch deren Ladung und der Beschleunigung im elektrischen Feld gegeben ist, und deren Masse (Stichwort: „Zentrifugalkraft“). Die einzelnen Partikel-Strahlen werden wiederum mit ihrer Intensität detektiert und elektronisch ausgewertet.
Ein typisches Massenspektrum eines reinen Stoffes findet sich ebenfalls in der Abbildung. Das Fragmentationsmuster ist für diesen Stoff so charakteristisch wie ein Fingerabdruck beim Menschen. Massenspektren sind in elektronischen Datenbanken verfügbar und werden mit dem Analysenergebnis abgeglichen. Die Verifizierung eines Stoffes wird zum Kinderspiel.
GC/MS-Kopplung
Diese Analysenapparatur ist so konfiguriert, dass eine Analysenprobe in den Gaschromatographen injiziert und von diesem wie beschrieben aufgetrennt wird. Sobald ein Substanzpeak am Ende des Chromatographen detektiert wird, wird automatisch ein Massenspektrum des Stoffes aufgezeichnet. Die eindeutige Identifizierung des detektierten Stoffes ist somit möglich.
Auswertung
Das Analysenergebnis hängt maßgeblich von der Leistungsfähigkeit der Chromatographie und der Zuordnung der Stoffpeaks ab. Ist die Trennung der Bestandteile routinemäßig problemlos möglich, so kann von jedem Bestandteil ein Massenspektrum ermittelt werden. Für die Mengenbestimmung einer Stoffgruppe (bsp. „Amphetamine“) werden dann nur diejenigen Peaks herangezogen, deren Spektrum mit den ausgewählten Referenzen übereinstimmt. Das Ergebnis kann ggf. durch Beistoffe verfälscht werden, wenn diese Stoffe sich nicht sauber von den Analyten trennen lassen, entweder, weil die physikochemische Auftrennung durch die Chromatographie schlichtweg bei den gegebenen und gewählten Materialien nicht möglich ist, oder weil der Auswertungsbereich nicht fein genug geschnitten wird.
Aus diesem Grunde ist eine Diskussion mit dem beauftragten Labor aus wissenschaftlicher Sicht durchaus sinnvoll, falls Anlaß zur Vermutung besteht, dass ein Analysenergebnis bzgl. Rauschmitteln durch Medikamente, Nahrungsmittel oder Umweltfaktoren verfälscht werden könnte. Eine solche Diskussion mag allerdings aus rechtlicher Sicht durchaus „schlafende Hunde“ zu wecken.
Weiterlesen: Abstinenznachweis über Urin-Kontrollen oder Blutanalysen