År 1994, Den kinesiska universitetsstudenten Zhu Ling började uppleva magsmärtor, håravfall och delvis förlamning. När läkare diagnostiserade Ling med talliumförgiftning cirka fyra månader senare, hon låg i koma. Ling överlevde, men hon fick permanent neurologisk skada. En polisutredning konstaterade att Ling avsiktligt förgiftades, men ärendet förblir olöst.

Två decennier efter förgiftningen, en medarbetare i Lings familj frågade Richard Ash, en associerad forskare vid University of Marylands avdelning för geologi, att analysera flera av Lings hårstrån som samlats in 1994 och 1995 för att fastställa en tidslinje för hennes förgiftning. Även om Ash specialiserat sig på att analysera geologiska prover, han hjälper ofta en mängd forskare genom att analysera spårelement i prover med masspektrometri, en teknik som kan mäta element på delar per miljard nivå.

I oktober 2018, Ash publicerade resultaten i tidningen Forensic Science International , avslöjade för första gången att offret utsatts för flera doser av talium under en lång tid.

"Såvitt jag vet, detta är den första användningen av masspektrometri för att rekonstruera tidslinjen för ett långvarigt fall av avsiktlig förgiftning av tungmetaller, "Ash sa." Analysen visade att offret förgiftades i många doser som ökade i frekvens och koncentration över tiden. "

Masspektrometri gör det enkelt att hitta även låga halter av talium i håret, men att mäta mängden tallium i ett hårprov är utmanande. Andra laboratorier avvisade Min He, familjemedlemmen Ling och Ashs medförfattare till studien, eftersom det inte fanns någon etablerad metod för denna typ av analys. "Masspektrometri är inte bra för att mäta koncentrationer, "Ash sa." För att göra det, du behöver ett etablerat standardreferensmaterial att jämföra ditt prov mot.

Och det finns inga sådana standarder som är lämpliga för att mäta taliumkoncentrationer direkt från en hårstrå. "

Ash gjorde sin egen standard med ett standardreferensmaterial av fruktträd, som utvecklades av National Institute of Standards and Technology (NIST) för att mäta vissa element i biologiska prover. Ash tillsatte kända mängder talium till NIST -materialet för att skapa en ny uppsättning standarder som gjorde att han kunde avgöra hur mycket tallium som fanns i offrets hår.

Som en ytterligare kvalitetskontroll, Ash testade sina mätningar härledda från den NIST-baserade standarden mot en pulveriserad hårstandard från Kina och fann att hans mätning av element i offrets hårprover stämde väl överens med de i pulveriserad hårstandard.

"För att vara ärlig, Jag blev förvånad över att den nya standarden fungerade så bra, "Ash sa." Att utveckla min egen standard var ett skott i mörkret, men det lönade sig. "

Nästa, Ash utnyttjade det faktum att människohår växer - och innehåller kemikalier från kroppen - i en konstant takt. På grund av denna egenskap, att mäta fördelningen av vissa metaller längs ett hårs längd är en etablerad metod för att bestämma tidpunkten och dosen för en persons exponering för metallen.

För att mäta talium i offrets hår, Ash skannade längden på håret med en ultraviolett laser. Laserens energi omvandlade hårets yttersta lager till små partiklar. Ash använde sedan en masspektrometer för att analysera partiklarna för talium. Med hjälp av hårets tillväxttakt och laserns skanningshastighet, Ash konverterade sina mätningar till en tidslinje för taliumintag.

Ash använde denna teknik för att analysera flera av offrets hårstrån, som samlades in vid olika tidpunkter 1994 och 1995. Ett hår som började växa när Ling var asymptomatisk avslöjade cirka fyra månaders sporadisk exponering för tallium, med ökande dosering och frekvens tills håret föll ut runt december 1994. Ett andra hår, som föll ut i mars 1995, visade cirka två veckors konstant intag av stora doser talium.

Ash upptäckte också en stor ökning av taliumkoncentrationen i det första håret som motsvarade en kort period när Ling upplevde synförlust men inga gastrointestinala symptom. Som studien noterade, detta fynd tyder på att offret först kan ha förgiftats genom ögonkontakt, men senare, hon förgiftades genom oralt intag.

Genom att publicera hans metod och resultat, Ash hoppas att hans arbete kan hjälpa till med tungmetallförgiftningsutredningar i framtiden-och kanske till och med det decennier gamla fallet som introducerade honom till detta forskningsområde i första hand.

"Jag hoppas att den nya informationen som vårt arbete har gett kan en dag leda till att gärningsmannen ställs inför rätta och att Zhu Lings familj får lite tröst av att se det, Sa Ash.