2014年11月3日

魔高一尺道高一丈的犯罪現場鑑識技術

魔高一尺,道高一丈。各種分析儀器越做越精,分析速度越來越快、程度更微更準,透過這些新的儀器,讓犯罪者無所遁形!

作者/高憲章(任職淡江大學化學系)

2004年,曾獲諾貝爾和平獎的巴勒斯坦領導人阿拉法特(Yasser Arafat)驟然去世,這個重大消息立即成為各國頭條新聞。當時,阿拉法特是因病毒性腸胃炎,才被緊急送到法國軍醫院進行治療,但是卻因治療失敗而去世,當時醫生所宣布的死因是由「彌漫性血管內凝血」(disseminated intravascular coagulation, DIC)所引發的中風而去世,因他的妻子蘇哈阿拉法特不同意醫生進行遺體解剖化驗,使得他的死因成謎,且不斷的被揣測與渲染。彌漫性血管內凝血是個醫療上的急性症狀,致病原因相當複雜,且死亡率非常高,基於該地區複雜的政治因素,各種有關他患病的原因,因此而眾說紛紜,但是每種說法都沒有充足的證據支持。

亞西爾•阿拉法特
Yasser Arafat
(1929~2004)
巴勒斯坦民族解放運動的發起者,
畢生致力於爭取巴勒斯坦人民合法民族權利。
病亡或是毒殺?
2012年,一個由瑞士、法國與俄羅斯組成的研究團隊,在有關當局的同意下重新啟動調查。瑞士的科學家首先發布了在阿拉法特住宅的調查結果,他們使用α粒子光譜和γ射線探測器,在阿拉法特的衣服與其他隨身物品上進行偵測,發現了放射線性污染的跡象,雖然γ射線探測器沒有找到足資驗明成分的訊號,但是α粒子光譜卻在5.3 MeV處找到了明顯的訊號,這個訊號是屬於釙–210透過放射性衰變為鉛–206時所釋放出來的特殊能譜,這種深具特徵的訊號,足供辨識物種,我們稱之為能譜的指紋(Fingerprint)。透過這個指紋訊號,科學家們發現在阿拉法特的生活環境中,許多的物品所含的釙–210輻射量比之於一般環境,竟高了25倍之多。

釙這個放射性元素被居禮夫人發現之後,再一次的成為世人注目的焦點,放射性的釙–210非常的稀少,必須在核子反應爐內用中子轟擊鉍–209核,進行人工製備,目前世界上每年只有大概100公克的產量,這些非常少量的釙–210的主要用途有二,其一是因α粒子帶+2電荷可應用在靜電去除系統,另一為太空探測裝置的核子動力來源。歷史上,釙曾經有兩次有名的事件:在二次大戰末期,美軍投放在日本長崎的原子彈「胖子」(Fat Man),就是使用釙–210為啟爆器;另外一個是釙–210被拿來下毒,暗殺一名俄羅斯間諜。釙–210是一種致命性非常強的毒性物質,只需要幾微克(μg)的量就足以致死,這個放射性元素會放射出三種不同的放射線:α、β 與γ射線,其中以α粒子對於人體的破壞性最大,一旦透過攝食進入人體,釙會散布在人體各處並釋放出α粒子,破壞DNA並製造出大量的自由基,使細胞受到傷害,這個毒性是我們熟知劇毒物氰化物的數十萬倍,但是因為α粒子無法穿透皮膚,必須要吃入人體才會有這麼大的傷害。

要從阿拉法特的身體組織中找到釙–210,研究人員必須先去除固態的組織,純化樣品後才能進行檢測,釙類似於同族元素的硫,能夠自發性的與銀發生反應,因此這些樣品必須利用特殊的銀盤來盛裝,才能進行α粒子光譜偵測。但是鑑識人員遇到了一些困難,如何才能排除自然界中就含有的放射性元素背景訊號?另一個問題則是如何能證明阿拉法特身上的這些放射性元素是被下毒?還是環境中所存在天然的釙– 210。

雖然釙有幾個同位素, 釙–210、釙–209 與釙–208,都會放射出α 射線,由於三者的指紋能譜不同,因此偵測的結果不會受到釙本身各種同位素的干擾。同時,釙會有自然發生的衰變,因此科學家可以利用這個特性來分辨出何者為自然界所含有的釙– 210,並區分出人造釙–210 的訊號。在自然環境中, 鈾– 238 衰變先形成鉛–210,再接著衰變為鉍–210,然後很快的衰變為釙–210,在自然界中的鉛與釙含量會達到一個特別的比例,但是由人工所製備出來的釙–210 中,具有的鉛同位素含量大大不同,因此研究人員透過分析鉛與釙的放射線比例,就能知道在阿拉法特身體中與居住環境中所測得的釙–210,到底是人工製備的產物或是自然界中所含有的背景訊號。

正由於在阿拉法特的隨身衣物上發現了這些放射性元素的訊號,因此一般相信阿拉法特極有可能是被下毒。瑞士的研究團隊認為阿拉法特的骨骼與組織樣本中,所含有釙– 210的量高於一般自然界的背景強度,因此從他們的鑑定結果中,較傾向於放射性中毒死亡,但是法國的研究團隊卻認為,由於釙中毒的明顯症狀之一是免疫系統的嚴重受損,但是阿拉法特的免疫報告卻是正常的,因此仍舊對於中毒身亡一事抱持存疑,科學界與醫學界還在努力找尋此一懸案的答案。

戴手套一摸即可鑑識火藥
犯罪的手段千百種,下毒只是其中的一種方法,而使用釙這種放射性元素來犯罪,可真是極昂貴的一種方式(因為釙實在是太稀少、太貴了),所以現代街頭的犯罪方式,仍舊是以槍砲彈藥為主,因此快速檢測出殘餘的火藥及爆炸物,對於偵檢犯罪的痕跡與指控犯罪的證據,就相形的更為重要。我們常在電視、電影中看到,鑑識人員在犯罪現場小心的收集各種樣品,以便能夠送回實驗室去化驗,但在樣品的取樣、儲存與運輸之中,都有可能發生錯誤,而使這些重要的證據喪失,所以鑑識人員極需有更直接的工具,去犯罪現場做分析。

一個美國的工作團隊,利用他們在可穿戴式偵測器的專業經驗,研究出一種特殊的裝置,讓使用者可以直接穿戴在手指上,快速追蹤硝基爆裂物或是槍彈的殘留火藥。這種偵測器是將一套三電極系統,安裝到兩個不同的元件上,組成一組攜帶型鑑識工具,其中一個元件是使用網版印刷的技術,將精細的碳電極印製在以壓克力類樹脂為材質的手套食指指尖上,而另一個元件是將電解質安置在手套的拇指指尖上,為了避免液態的電解質因蒸發等環境因素而變質,因此是將一層固態的離子凝膠電解質,塗布在拇指的護套上。這個採樣與檢測的技術是依據固體微粒的伏安分析法(voltammetry)所設計的,用指尖按壓微量分析物微粒時,電解質將與工作電極接觸形成的固態化學電池,可以依據微粒的不同,而產生不同的電化學訊號。

在犯罪現場要分析樣品時,鑑識人員只需要在用手指輕拂可疑的表面之後,捻起他們的指頭,兩個元件接觸後就會形成化學電池;只需要簡單的訊號分析儀,就可以透過電化學進行分析,讀取鑑識人員手指上這個化學電池的訊號,就能分析採集的樣品中是否含有爆裂物或是槍擊殘餘火藥;從樣品採集與分析樣品到得知結果的過程及時間,只需要短短的幾分鐘。手套的材質、網版印刷的電極與固態的電解質除了經得起反覆的指壓測試,還能避免各種收集樣品處理時所造成的耗損,也無實驗室分析時造成的污染相關問題,免除鑑識人員必須要在實驗室才能進行的要求,能夠大幅節省分析的時間,這個裝置將會是在犯罪現場一個非常有效率的工具。

快速的嫌疑犯種族鑑定
細胞、血液的樣品常常是犯罪現場最重要的證物之一,依靠現代先進的生化分析的技術,DNA及RNA的鑑定與血型的判斷,成為法律上判斷嫌疑犯的重要證據,然而生化實驗室需要許多複雜的設備,而現場的樣品也需要花時間收集後才能送測。

利用最新的生化鑑定技術,日前發展出一種新的檢驗方式,用現場血液樣品可即時分析嫌犯所屬的人種,美國的研究團隊利用多酵素∕多步驟生物催化反應(multi-enzyme/multistepmultistep biocatalytic),同步分析血液中兩種指標性分子:肌酸激酶(creatine kinase, CK)與乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase, LDH)。研究人員發現,當他們利用多種酵素對CK與LDH進行一系列複雜的生化反應步驟之後,可以建立起不同人種CK/LDH比例的資料庫。一般的生化檢驗步驟所使用的標準酶測定法,或是利用酵素只對CK 或是LDH 一種進行反應,所得到的數據與人種之間都沒有直接的關連性,但是新方法讓CK 與LDH 同時進行多重催化反應步驟後,美國白人的高加索血統中與美國黑人血液中的比例就會出現明顯的差異。

目前,這個多重酵素∕生物催化反應步驟已經證實,能在極短的時間內就分析出血液樣本是屬於白人血統或是美國黑人,而且不論是新鮮的血液樣本或是已經超過一天的血跡樣本,都可以成功的分析出差異,科學家已經開始投入研發這種多元生化催化反應的分析儀,希望能進一步加速進行性別、年齡等個人特徵檢識,使犯罪現場的鑑定能夠在短短的時間內獲得犯罪者的更多資訊。

著名影集《CSI犯罪現場》(Crime Scene Investigation)中的警探,運用各種化學鑑定技術和查案手法,偵破各種案件,將歹徒繩之以法,影集中不斷的強調,不論是什麼樣的犯罪型態,在科學的角度上總有一天能夠破解,這部影集讓美國修讀鑑識科學的學生數大為增加。《科學月刊》2014年7月號也有專輯報導CSI科技,而在現實生活中,科學家們一直努力的發展各種的工具與分析方式,希望能還原任何犯罪現場所遺留的蛛絲馬跡,破解案情而伸張正義!

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