Multivariate analysis of seized ecstasy tablets in Santa Catarina, Brazil: a tool for forensic intelligence

Abstract

ABSTRACT Illicit ecstasy tablets pose a significant challenge due to their widespread availability and highly variable composition, often containing substances other than 3,4-Methylenedioxymethamphetamine (MDMA). This study aimed to characterize and differentiate a set of 19 ecstasy tablet samples seized in Santa Catarina, Brazil, by analyzing an extensive set of 23 physical, visual, and chemical (main psychoactive substance) parameters. Chemometric techniques, specifically Principal Component Analysis (PCA) and Hierarchical Cluster Analysis (HCA), were applied to the auto-scaled dataset to explore inter-sample relationships and identify potential links for forensic intelligence purposes. The samples exhibited significant heterogeneity in their logos, colors, shapes, breaklines, physical dimensions (mass, hardness, friability, area, perimeter, Feret diameters, MinFeret diameters, aspect ratios across three faces), and chemical composition. 3,4-Methylenedioxyamphetamine (MDA) was the predominant psychoactive substance found, often alone or in combination with methamphetamine or MDMA, distinguishing this cohort from some international trends. PCA revealed that the first two principal components accounted for 64.1% of the total variance, with tablet morphometry (particularly specific Feret and MinFeret diameters and aspect ratios), visual branding elements, and physical integrity markers being key discriminating factors. HCA using Pearson distance and complete linkage corroborated PCA findings, identifying distinct sample clusters. This research demonstrates the feasibility of a systematic multi-parameter profiling approach for initial screening and highlights the need for larger datasets and detailed impurity profiling to validate links and improve understanding of the regional drug market.

RESUMO

Os comprimidos de ecstasy representam um desafio significativo devido à sua ampla disponibilidade e composição altamente variável, muitas vezes contendo outras substâncias além do 3,4-Methylenedioxymethamphetamine (MDMA). Este estudo teve como objetivo caracterizar e diferenciar um conjunto de 19 amostras de comprimidos de ecstasy apreendidos em Santa Catarina, Brasil, analisando um conjunto extenso de 23 parâmetros físicos, visuais e químicos (substância psicoativa principal). Técnicas quimiométricas, especificamente a Análise de Componentes Principais (PCA) e a Análise de Agrupamento Hierárquico (HCA), foram aplicadas ao conjunto de dados em escala automática para explorar as relações entre as amostras e identificar possíveis vínculos para fins de inteligência forense. As amostras apresentaram heterogeneidade significativa em seus logotipos, cores, formas, linhas de quebra, dimensões físicas (massa, dureza, friabilidade, área, perímetro, diâmetros de Feret, diâmetros de MinFeret, proporção de aspecto em três faces) e composição química. A 3,4-Methylenedioxyamphetamine (MDA) foi a substância psicoativa predominante encontrada, muitas vezes sozinha ou em combinação com metanfetamina ou MDMA, distinguindo essa população de algumas tendências internacionais. A PCA revelou que os dois primeiros componentes principais foram responsáveis por 64,1% da variação total, sendo a morfometria do comprimido (particularmente os diâmetros Feret e MinFeret específicos e as proporções), os elementos visuais da marca e os marcadores de integridade física os principais fatores de discriminação. A HCA usando a distância de Pearson e a ligação completa corroborou as descobertas da PCA, identificando grupos de amostras distintas. Esta pesquisa demonstra a viabilidade de uma abordagem sistemática de perfil multiparâmetro para a triagem inicial e destaca a necessidade de conjuntos de dados maiores e perfil detalhado de impurezas para validar as ligações e melhorar a compreensão do mercado de drogas na região.