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법의학 화학

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법의학 화학은 화학 및 그 하위 분야인 법의학 독성학을 법적 환경에 적용하는 것이다.법의학 화학자는 범죄 현장에서 발견된 알려지지 않은 자료의 식별을 도울 수 있다.[1]이 분야의 전문가들은 알려지지 않은 물질을 식별하는 데 도움이 되는 광범위한 방법과 도구를 가지고 있다.고성능 액체 크로마토그래피, 기체 크로마토그래피-질량분광학, 원자 흡수 분광학, 푸리에 변환 적외선 분광학, 박층 크로마토그래피 등이 그것이다.일부 기구의 파괴적 특성과 한 장면에서 발견될 수 있는 미지의 물질의 수 때문에 다른 방법의 범위가 중요하다.법의학 화학자들은 증거를 보존하고 어떤 파괴적인 방법이 가장 좋은 결과를 낼지 결정하기 위해 비파괴적인 방법을 먼저 사용하는 것을 선호한다.

다른 법의학 전문가들과 함께, 법의학 화학자들은 보통 법정에서 그들의 발견에 대해 전문가 증인으로서 증언한다.법의학 화학자들은 압류된 약물의 분석에 관한 과학 작업 그룹을 포함한 여러 기관과 통치 기관에서 제안된 일련의 기준을 따른다.그룹이 제안한 표준 운영 절차 외에도, 특정 기관은 결과 및 계측기의 품질 보증 및 품질 관리에 관한 자체 표준을 가지고 있다.자신이 보고하는 내용의 정확성을 보장하기 위해 법의학 화학자들은 일상적으로 기구가 올바르게 작동하고 있으며 여전히 다양한 양의 다양한 물질을 감지하고 측정할 수 있는지 확인한다.

조사에서의 역할

Aftermath of the Oklahoma City bombing.
화학자들은 오클라호마시티 폭격 현장에서 폭발물 ANFO를 확인할 수 있었다.[2]

법의학자들의 분석은 수사관들에게 단서를 제공할 수 있고, 그들은 그들의 의혹을 확인하거나 반박할 수 있다.현장에서 발견된 각종 물질의 식별은 수사관들에게 수색 과정에서 무엇을 찾아야 하는지 알려줄 수 있다.화재 조사 중에, 법의학 화학자들은 가솔린이나 등유와 같은 가속제가 사용되었는지 여부를 판단할 수 있다; 만약 그렇다면, 이것은 화재가 의도적으로 발생했음을 암시한다.[3]법의학 화학자들은 또한 범죄에서 사용되는 물질에 접근할 수 있는 사람들로 용의자 목록을 좁힐 수 있다.예를 들어, 폭발물 조사에서 RDX나 C-4의 식별은 그 물질들이 군사용 폭발물이기 때문에 군사적 연관성을 나타낼 것이다.[4]반면 TNT의 신원확인은 군뿐 아니라 철거업체에서도 사용되기 때문에 더 넓은 용의자 명단이 만들어질 것이다.[4]독살 조사 중 특정 독극물의 검출은 형사들에게 잠재적인 용의자들을 인터뷰할 때 무엇을 찾아야 하는지를 알려준다.[5]예를 들어, 리신과 관련된 조사는 수사관들에게 캐스터 석유 공장의 씨앗인 리신의 전구체를 찾으라고 말할 것이다.[6]

법의학 화학자들은 또한 마약이나 알코올 사건에서 조사자들의 의혹을 확인하거나 반박하는 것을 돕는다.법의학자들이 사용하는 기구는 미세한 양을 감지할 수 있고, 처벌이 시작되거나 늘어나는 특정 혈중알코올농도 컷오프가 있어 음주운전 등 범죄 발생 시 정확한 측정이 중요할 수 있다.[7]약물 과다 복용으로 의심되는 경우, 그 사람의 시스템에서 발견된 약물의 양은 약물 과다 복용이 사망의 원인으로 확인되거나 배제될 수 있다.[8]

역사

초기 역사

Refer to caption.
Strychenine 추출물 한 병은 한때 약제실에서 쉽게 구할 수 있었다.[9]

역사를 통틀어, 비소, 나이트셰이드, 헴록, 스트리치닌, 큐라레 등 다양한 독극물이 살인에 사용되었다.[10]19세기 초까지만 해도 특정 화학물질이 존재하는지 정확하게 판단할 수 있는 방법이 없었고, 독살자는 범행으로 처벌받는 일이 거의 없었다.[11]1836년, 법의학 화학에 대한 최초의 주요한 공헌 중 하나가 영국의 화학자 제임스 마쉬에 의해 소개되었다.그는 비소 탐지를 위한 마쉬 시험을 만들었고, 이후 살인 재판에서 성공적으로 사용되었다.[12]법의학 독성이 뚜렷한 분야로 인정받기 시작한 것도 이 시기였다."독성학의 아버지"인 마티외 오르필라는 19세기 초 이 분야로 크게 진보했다.[13]법의학 현미경 연구의 선구자인 오르필라는 혈액과 정액을 검출하기 위해 이 방법을 발전시키는데 기여했다.[13]오르필라는 또한 다른 화학물질을 부식제, 마약류, 그리고 아스트링제와 같은 범주로 분류하는 데 성공한 최초의 화학자였다.[11]

독극물 검출의 다음 발전은 1850년 화학자 장 스타스에 의해 인간 조직에서 식물성 알칼로이드를 검출하는 유효한 방법이 만들어졌을 때 이루어졌다.[14]스타스의 방법은 빠르게 채택되어 법정에서 니코틴 중독으로 형제를 살해한 히폴리테 비사르트 드 보카메 백작에게 유죄를 선고하는 데 성공했다.[14]Stas는 성공적으로 알칼로이드를 희생자의 장기로부터 격리시킬 수 있었다.이후 스타스의 프로토콜은 카페인, 퀴닌, 모르핀, 스트라이치닌, 아트로핀, 아편 등의 검사를 포함하도록 변경되었다.[15]

법의학적 화학분석을 위한 광범위한 계측기 또한 이 시기에 개발되기 시작했다.19세기 초에는 조셉 폰 프라운호퍼에 의해 분광기가 발명되었다.[16]1859년 화학자 로버트 분센과 물리학자인 구스타프 키르호프가 프라운호퍼의 발명품을 확장했다.[17]분광법을 이용한 그들의 실험은 특정 물질이 빛의 특정 파장에 노출되었을 때 고유한 스펙트럼을 생성한다는 것을 보여주었다.두 과학자는 분광학을 이용해 스펙트럼을 기반으로 물질을 식별할 수 있어 알려지지 않은 물질을 식별할 수 있는 방법을 제공했다.[17]1906년 식물학자 미하일 츠베트는 박층 크로마토그래피의 초기 전신인 종이 크로마토그래피를 발명하여 엽록소를 구성하는 식물 단백질을 분리하고 검사하는 데 사용했다.[15]혼합물을 개별 구성 요소로 분리할 수 있는 능력은 법의학 화학자들이 알려지지 않은 물질의 일부를 알려진 제품의 데이터베이스와 비교하여 검사할 수 있게 해준다.알려진 값과 분리된 구성 요소의 고정 계수를 일치시킴으로써 재료를 식별할 수 있다.[18]

현대화

A gas chromatography mass spectrometry instrument that can be used to determine the identify of unknown chemicals.
문이 열린 GC-MS 장치.가스 크로마토그래프는 오른쪽에, 질량분석기는 왼쪽에 있다.

현대의 법의학 화학자들은 범죄 현장에서 발견된 알려지지 않은 물질들을 확인하기 위해 수많은 도구들에 의존한다.20세기에는 화학자들이 더 적은 양의 물질을 더 정확하게 감지할 수 있도록 하는 기술이 많이 발전했다.금세기 최초의 주요 발전은 적외선(IR) 빛으로 생성된 신호를 측정할 수 있는 분광계의 발명으로 1930년대에 이루어졌다.초기 IR 분광기는 단색화기를 사용했으며 매우 좁은 파장 대역에서만 광 흡수를 측정할 수 있었다.피터 펠겟이 1949년에 IR 분광계와 간섭계를 결합한 후에야 완전한 적외선 스펙트럼을 한 번에 측정할 수 있었다.[19]: 202 펠겟은 또 신호를 개별 주파수로 분해할 수 있는 수학적 방법인 푸리에 변환을 사용해 물질의 완전한 적외선 분석으로부터 수신되는 엄청난 양의 데이터를 파악했다.[19]이후 푸리에 변환 적외선 분광기(FTIR) 기기는 비파괴적이고 사용이 극히 빨라 미지의 소재에 대한 법의학적 분석에 중요해졌다.분광기는 1955년 앨런 월시에 의해 현대 원자 흡수(AA) 분광도계가 발명되면서 더욱 발전했다.[20]AA 분석은 비소와 카드뮴과 같은 중금속을 쉽게 검출할 수 있도록 그들의 농도와 함께 표본을 구성하는 특정 원소를 검출할 수 있다.[21]

1953년 앤서니 T. 제임스와 아처 존 포터 마틴에 의해 기체 크로마토그래프가 발명되면서 크로마토그래피 분야의 발전이 이루어졌고, 휘발성 액체와 비등점이 비슷한 구성품을 분리할 수 있었다.비휘발성 액체 혼합물은 액체 크로마토그래피로 분리할 수 있었지만, 1970년 Csaba Horvathh에 의해 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)가 발명되기 전까지는 보존 시간이 비슷한 물질을 해결할 수 없었다.현대의 HPLC 기기는 1조 당 부품만큼 농도가 낮은 물질을 검출하고 해결할 수 있다.[22]

법의학 화학에서 가장 중요한 발전 중 하나는 1955년 프레드 맥라퍼티와 롤랜드 콜케에 의한 기체 크로마토그래피-질량분석(GC-MS)의 발명으로 이루어졌다.[23][24]가스 크로마토그래프와 질량 분광계의 결합으로 광범위한 물질의 식별이 가능했다.[24]GC-MS 분석은 민감도와 다용도, 존재하는 물질의 양을 계량화하는 능력 등으로 법의학 분석의 '금본 표준'으로 널리 평가받고 있다.[25]계측 민감도의 증가는 화합물 내의 미세한 불순물이 잠재적으로 검출될 수 있을 정도로 진전되어 조사자들이 제조사로부터 특정 배치와 로트까지 화학물질을 추적할 수 있게 되었다.[5]

방법들

법의학 화학자들은 한 장면에서 발견되는 알려지지 않은 물질들을 식별하기 위해 수많은 기구에 의존한다.[26]동일한 물질의 정체성을 결정하는 데는 여러 가지 방법을 사용할 수 있으며, 어떤 방법이 가장 좋은 결과를 낼지는 검사자의 몫이다.법의학 화학자들이 검사를 수행할 때 고려할 수 있는 요인은 특정 기구가 물질을 검사하는 데 걸리는 시간과 그 기구의 파괴성성이다.그들은 추가 조사를 위해 증거를 보존하기 위해 비파괴적인 방법을 먼저 사용하는 것을 선호한다.[27]비파괴 기법도 가능성을 좁히는 데 사용할 수 있어 파괴적 방법을 처음 사용할 때 정확한 방법을 사용할 가능성이 더 높다.[27]

분광학

Refer to caption.
헥산에 대한 ATR FTIR 스펙트럼은 전송률(%T) 대 wavenumber(cm−1)를 나타낸다.

법의학 화학에 대한 두 가지 주요 독립형 분광기법은 FTIR과 AA 분광기법이다.FTIR은 적외선을 이용해 물질을 식별하는 비파괴 공정이다.감쇠된 총 반사율 샘플링 기법은 분석 전에 준비해야 할 물질을 제거한다.[28]비파괴성과 제로 제제의 조합은 ATR FTIR 분석을 미지의 물질 분석에서 빠르고 쉬운 첫 단계로 만든다.물질의 확실한 식별을 용이하게 하기 위해 FTIR 계측기에는 알 수 없는 스펙트럼과 일치하는 알려진 스펙트럼을 검색할 수 있는 데이터베이스가 탑재된다.혼합물의 FTIR 분석은 불가능하지는 않지만 반응의 누적 특성 때문에 특정한 어려움을 나타낸다.둘 이상의 물질을 포함하는 알려지지 않은 물질을 분석할 때, 결과 스펙트럼은 각 성분의 개별 스펙트럼의 조합이 될 것이다.[29]일반 혼합물은 파일에 알려진 스펙트럼을 가지고 있지만, 새로운 혼합물은 분해하기가 어려울 수 있으므로 FTIR은 허용할 수 없는 식별 수단이 된다.그러나 이 기기는 존재하는 일반적인 화학 구조를 결정하는 데 사용될 수 있어 법의학 화학자들이 다른 기기로 최적의 분석 방법을 결정할 수 있다.예를 들어, 메톡시 그룹은 3,030에서 2,950명의 배관공(cm−1) 사이의 피크를 초래할 것이다.[30]

원자 흡수 분광학(AAS)은 분석된 샘플을 구성하는 원소를 결정할 수 있는 파괴적 기법이다.AAS는 샘플을 극도로 높은 열원에 맡기고 물질의 원자 결합을 깨뜨려 자유 원자를 남김으로써 이 분석을 수행한다.그리고 나서 빛의 형태의 방사선은 원자들이 더 높은 에너지 상태로 점프하도록 강요하는 샘플을 통과한다.[31]: 2 법의학 화학자들은 분석하는 동안 원소의 원자를 더 높은 에너지 상태로 강제하는 빛의 파장을 이용하여 각 원소에 대해 시험할 수 있다.[31]: 256 이러한 이유로, 그리고 이 방법의 파괴적 특성 때문에, 예비 시험에서 표본에 특정 원소가 존재한다는 것을 표시한 후, AAS는 일반적으로 확인 기법으로 사용된다.표본 내 원소의 농도는 빈 표본과 비교할 때 흡수되는 빛의 양에 비례한다.[32]AAS는 비소, 납, 수은, 카드뮴 등 중금속 중독이 의심되는 경우에 유용하다.표본의 물질 농도는 중금속이 사망원인인지 여부를 나타낼 수 있다.[33]

크로마토그래피

Refer to caption.
Excedrin 태블릿의 HPLC 판독.왼쪽에서 오른쪽으로의 봉우리는 아세타미노펜, 아스피린, 카페인이다.

분광기법은 시험 대상 표본이 순수하거나 매우 일반적인 혼합물일 때 유용하다.알 수 없는 혼합물을 분석할 때는 각각의 부분으로 분해해야 한다.크로마토그래피 기법을 사용하여 혼합물을 성분으로 분해하여 각 부품을 별도로 분석할 수 있다.

박층 크로마토그래피(TLC)는 보다 복잡한 크로마토그래피 방법의 빠른 대안이다.TLC는 개별 성분을 추출하여 잉크와 염료를 분석할 수 있다.[18]이것은 각 회사의 제품이 약간 다르고 TLC와 그 차이를 볼 수 있기 때문에 현장에 남아 있는 노트나 섬유들을 조사하는 데 사용될 수 있다.TLC 분석의 유일한 제한 요인은 구성 요소를 분석판 위로 운반하기 위해 사용되는 용액에서 구성 요소를 용해해야 하는 필요성이다.[18]이 솔루션을 모바일 단계라고 한다.[18]법의학 화학자는 각 성분이 이동한 거리를 살펴봄으로써 미지의 기준과 알려진 기준을 비교할 수 있다.[18]이 거리는 시작점과 비교할 때 추출된 각 성분의 보존 계수(Rf)로 알려져 있다.[18]각 Rf 값이 알려진 샘플과 일치하는 경우, 그것은 미지의 정체성을 나타내는 것이다.[18]

고성능 액체 크로마토그래피를 사용하여 용액에 용해된 혼합물에서 개별 성분을 추출할 수 있다.HPLC는 가스 크로마토그래피에 적합하지 않은 비휘발성 혼합물에 사용된다.[34]이것은 각 성분의 확인을 위해 성분들이 서로 다른 시간에 분리되거나 용출되기 때문에 약물이 복합 약품인 경우 약물 분석에 유용하다.[35]그런 다음 HPLC 컬럼에서 나오는 용출액을 다양한 검출기에 공급하여 컬럼에서 용출될 때 그래프에서 피크 농도에 비례하여 피크를 생성한다.검출기의 가장 일반적인 유형은 자외선 차단 분광계로서 HPLC, 제약으로 시험한 가장 일반적인 관심 품목은 자외선 흡수성을 가지고 있다.[36]

가스 크로마토그래피(GC)는 액체 크로마토그래피와 같은 기능을 수행하지만 휘발성 혼합물에 사용된다.법의학 화학에서 가장 일반적인 GC 기구는 질량 분광법을 검출기로 사용한다.[1]GC-MS는 방화, 독살, 폭발의 조사에 사용되어 정확히 무엇이 사용되었는지 판단할 수 있다.이론적으로 GC-MS 계측기는 펨토그램(10−15) 범위에 있는 물질을 검출할 수 있다.[37]단, 실제로 신호 대 잡음 비 및 계측기 개별 부분의 나이와 같은 기타 제한 요인으로 인해 GC-MS의 실제 검출 한계는 피코그램(10−12) 범위에 있다.[38]GC-MS는 또한 검출된 물질을 정량화할 수 있다. 화학자들은 이 정보를 사용하여 물질이 개인에게 미치는 영향을 결정할 수 있다.GC-MS 계측기는 단순히 검출하는 데 필요한 양보다 약 1,000배 이상의 물질을 정량해야 한다. 정량화의 한계는 일반적으로 나노그램(10) 범위에−9 있다.[38]

법의학 독성학

주요 기사:법의학 독성학

법의학 독성학은 약리역학, 즉 물질이 신체에 어떤 작용을 하는지, 약리역학, 또는 신체가 물질에 어떤 작용을 하는지를 연구하는 학문이다.특정 약물이 인체에 미치는 영향을 정확하게 판단하려면 법의학 독성학자들은 개인이 축적할 수 있는 다양한 수준의 약물 내성뿐만 아니라 다양한 약물에 대한 치료 지표도 알아야 한다.독성학자들은 몸에서 검출된 독소가 사고의 원인인지 또는 원인이었는지, 또는 그 독성이 영향을 미치기에 너무 낮은 수준이었는지를 파악하는 임무를 맡고 있다.[39]특정 독소의 결정은 부상이나 사망을 일으킬 수 있는 다른 물질의 숫자로 인해 시간이 걸릴 수 있지만, 확실한 단서는 가능성을 좁힐 수 있다.예를 들어 일산화탄소 중독은 밝은 적혈구를 유발하는 반면 황화수소 중독으로 인한 사망은 뇌에 녹색 빛깔을 띠게 한다.[40][41]

독성학자들은 또한 특정 약물이 체내에 침입할 수 있다는 것을 알고 있다.예를 들어, 독성학자는 6-모노아세틸모르핀의 샘플에 헤로인이 들어 있어 헤로인을 복용했다는 것을 확인할 수 있는데, 헤로인은 헤로인의 분해에서만 나오는 것이다.[42]합법적이든 불법적이든 신약의 지속적인 생성은 독성학자들이 이러한 새로운 물질에 대한 새로운 연구와 방법을 계속 알게 한다.새로운 제형의 흐름은 음성 테스트 결과가 반드시 약물을 배제하지 않는다는 것을 의미한다.불법적인 약품 제조사들은 발각되지 않기 위해 종종 화학 물질의 구조를 약간 바꾸기도 한다.이러한 화합물은 통상적인 독성학 테스트에 의해 검출되지 않는 경우가 많으며 동일한 샘플에 알려진 화합물의 존재에 의해 가려질 수 있다.[43]새로운 화합물이 발견됨에 따라 알려진 스펙트럼이 결정되어 기준 표준으로 다운로드하여 사용할 수 있는 데이터베이스에 입력된다.[44]또한 연구소는 현지에서 발견한 물질에 대한 데이터베이스를 사내에 보관하는 경향이 있다.[44]

표준

SWGDRUG 분석 범주
범주 A 범주 B 범주 C

법의학 개업자들이 따르는 기준에 대해 여러 정부 기관들에 의해 가이드라인이 설정되었다.법의학 화학자들을 위해, 압수된 약물의 분석을 위한 국제 과학 연구 그룹(SWGDRUG)은 시험된 물질의 품질 보증과 품질 관리를 위한 권고안을 제시한다.[45]알 수 없는 샘플의 식별에서, 프로토콜은 잘못된 긍정의 확률에 기초하여 3개의 범주로 분류되었다.범주 A의 계측기와 프로토콜은 알려지지 않은 물질을 고유하게 식별하기 위해 최고로 간주되며, 범주 B와 C가 그 뒤를 잇는다.식별의 정확성을 보장하기 위해 SWGDRUG는 각 샘플에 대해 서로 다른 계측기를 사용한 다중 테스트를 수행할 것을 권장하며, 범주 A 기법과 적어도 하나의 다른 기법을 사용할 것을 권장한다.범주 A 기법을 사용할 수 없거나 법의학 화학자가 1 기법을 사용하지 않기로 결정한 경우, SWGDRUG는 최소 3가지 기법을 사용할 것을 권고하며, 이 중 2가지 기법은 범주 B 기법이어야 한다.[45]: 14–15 GC-MS와 같은 조합 계측기는 결과를 개별적으로 알려진 값과 비교하는 한 두 개의 별도 시험으로 간주된다. 예를 들어, GC 용출 시간은 MS 스펙트럼과 함께 알려진 값과 비교된다.만약 두 가지가 모두 알려진 물질과 일치한다면, 더 이상의 테스트는 필요하지 않다.[45]: 16

시료 검사에 사용되는 다양한 계측기의 품질관리에 표준과 통제가 필요하다.법 체계에서 일하는 특성상 화학자는 반드시 기구가 정확하게 작동하는지 확인해야 한다.이를 위해 알려진 조정기는 알려지지 않은 샘플로 연속적으로 시험한다.[46]조정기의 판독값을 알려진 프로필과 비교함으로써, 기기는 알 수 없는 것이 시험되었을 때 제대로 작동하고 있었음을 확인할 수 있다.각종 공통물질에 대한 계측기의 검출한계 및 정량 한도를 결정하는 데도 표준이 사용된다.[47]계산된 수량은 존재하는 것으로 확인될 검출 한계 이상이어야 하며 정량화할 정량 한계 이상이어야 한다.[47]값이 한계 미만일 경우 그 값은 신뢰할 수 있는 것으로 간주되지 않는다.[47]

증언

법의학 화학자들의 표준화된 증언 절차는 SWGDRUG뿐만 아니라 과학자들을 고용하는 여러 기관들에 의해 제공된다. 법의학 화학자들은 윤리적으로 중립적인 방식으로 증언을 제시하고 새로운 정보가 발견될 경우 그들의 진술을 재고할 수 있다.[45]: 3 화학자들은 또한 직접 또는 대질심사에서 질문에 관계없이 그들이 자격을 갖춘 분야로 그들의 증언을 제한해야 한다.[45]: 27

증언을 위해 소집된 개인들은 일반 개인이 이해할 수 있는 방식으로 과학적인 정보와 과정을 전달할 수 있어야 한다.[48]전문가로서의 자격을 갖추게 됨으로써 화학자들은 사실만을 진술하는 것이 아니라 증거에 대한 의견을 제시할 수 있게 된다.이는 상대편이 채용한 전문가들로부터의 경쟁적인 의견으로 이어질 수 있다.[48]법의학자에 대한 윤리지침은 전문가가 어느 쪽을 증언하든 객관적으로 증언할 것을 요구한다.[49]증언을 위해 소환되는 법의학 전문가들은 소환장을 발부한 변호사와 함께 그들이 질문할 내용에 대한 이해를 도울 것으로 예상된다.[49]

교육

법의학 화학 직위에는 자연과학이나 물리과학에서 학사학위나 비슷한 학위나 일반화학, 유기화학, 분석화학에서의 실험실 경험이 필요하다.일단 그 자리에 앉으면, 개인은 감독 없이 모든 실험을 수행할 수 있는 능력이 있음을 증명할 수 있을 때까지 특정 연구소에서 수행되는 프로토콜에 대해 훈련을 받는다.이미 현장에 나가 있는 화학자 실습은 숙련도를 유지하기 위한 지속적인 교육이 이뤄질 것으로 보인다.[45]: 4–6

참조

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