法医学化学

法医学化学は、化学とそのサブフィールドである法医学毒物学を法的な場に応用するものである。法医学化学者は、犯罪現場で見つかった未知の物質の識別を支援することができる。^[1] この分野の専門家は、未知の物質の識別に役立つさまざまな方法と機器を備えている。これらには、高性能液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー-質量分析法、原子吸光分光法、フーリエ変換赤外分光法、薄層クロマトグラフィーなどがある。いくつかの機器は破壊的な性質があり、現場で見つかる可能性のある未知の物質の数が多いため、さまざまな方法の範囲が重要である。法医学化学者は、証拠を保存し、どの破壊方法が最良の結果を生み出すかを判断するために、まず非破壊的な方法を使用することを好みます。

法医学化学者は、他の法医学専門家とともに、法廷で専門家証人として、その調査結果について証言することが一般的です。法医学化学者は、押収薬物の分析に関する科学作業部会を含むさまざまな機関や管理機関によって提案された一連の基準に従います。このグループによって提案された標準操作手順に加えて、特定の機関は結果と機器の品質保証と品質管理に関する独自の基準を持っています。法医学化学者は、報告内容の正確性を確保するために、機器が正しく機能し、さまざまな物質のさまざまな量を検出および測定できることを定期的にチェックして検証します。

法医学化学者の分析は捜査官に手がかりを与え、捜査官は容疑を裏付けたり否定したりできる。現場で見つかったさまざまな物質の特定により、捜査官は捜索中に何を探すべきかがわかる。火災捜査では、法医学化学者はガソリンや灯油などの促進剤が使用されたかどうかを判断できる。もし使われていた場合、これは火災が故意に起こされたことを示唆する。^[3] 法医学化学者はまた、犯罪に使用された物質にアクセスできる人物に容疑者リストを絞り込むこともできる。例えば、爆発物の捜査では、RDXやC-4が軍用レベルの爆発物であることから、それらの物質が軍とのつながりを示している。^[4] 一方、TNTが特定されると、軍だけでなく解体業者でも使用されているため、容疑者リストが広くなる。^[4] 中毒捜査では、特定の毒物が検出されることで、刑事は潜在的な容疑者を尋問する際に何を探すべきかがわかる。^[5]例えば、リシンが関与する調査では、リシンの前駆物質であるヒマシ油植物の種子を探すように捜査官に指示することになる。^[6]

法医学化学者は、薬物やアルコールの事件で捜査官の疑いを確認または反証するのにも役立ちます。法医学化学者が使用する機器は微量を検出でき、正確な測定は飲酒運転などの犯罪で重要になります。なぜなら、特定の血中アルコール濃度のカットオフ値があり、それを超えると罰則が課せられるからです。^[7]過剰摂取が 疑われる事件では、人の体内で見つかった薬物の量によって、死因が過剰摂取であることを確認または除外することができます。^[8]

歴史を通じて、ヒ素、ナス科、ツガ、ストリキニーネ、クラーレなど、さまざまな毒物が殺人に使用されてきた。^[10] 19世紀初頭まで、特定の化学物質が存在するかどうかを正確に判断する方法はなく、毒殺者が犯罪で処罰されることはめったになかった。^[11] 1836年、法医学への最初の大きな貢献の1つが、英国の化学者ジェームズ・マーシュによって導入された。彼はヒ素検出のためのマーシュテストを作成し、その後、殺人裁判で有効に使用された。^[12] 法医学毒物学が独立した分野として認識され始めたのもこの時期であった。 「毒物学の父」マチュー・オルフィラは、19世紀初頭にこの分野に大きな進歩をもたらした。^[13] 法医学顕微鏡開発の先駆者であるオルフィラは、血液と精液の検出のためのこの方法の進歩に貢献した。^{[13]オルフィラは、さまざまな化学物質を}腐食剤、麻薬、収斂剤 などのカテゴリーに分類することに成功した最初の化学者でもありました。^[11]

毒物検出における次の進歩は1850年に化学者ジャン・スタースが人体組織中の植物性アルカロイドを検出する有効な方法を考案した時でした。^[14] スタースの方法はすぐに採用され、法廷でイポリット・ヴィザール・ド・ボカルメ伯爵が義理の兄弟をニコチン中毒で殺害した罪で有罪判決を下す際に有効に使用されました。 ^{[14]スタースは被害者の臓器からアルカロイドをうまく分離することができました。その後、スタースのプロトコルは}カフェイン、キニーネ、モルヒネ、ストリキニーネ、アトロピン、アヘン の検査を組み込むように変更されました。^[15]

法医学的化学分析のための幅広い機器もこの時期に開発され始めました。19世紀初頭には、ヨーゼフ・フォン・フラウンホーファーによる分光器の発明がありました。^[16] 1859年、化学者ロバート・ブンゼンと物理学者グスタフ・キルヒホッフがフラウンホーファーの発明を発展させました。^[17] 彼らの分光法の実験では、特定の物質は特定の波長の光にさらされると独特のスペクトルを生成することが示されました。分光法を使用することで、2人の科学者はスペクトルに基づいて物質を識別できるようになり、未知の物質の識別方法を提供しました。^[17] 1906年、植物学者ミハイル・ツヴェットは薄層クロマトグラフィーの前身となるペーパークロマトグラフィーを発明し、クロロフィルを構成する植物タンパク質を分離して検査するために使用しました。^[15] 混合物を個々の成分に分離する能力により、法医学者は既知の製品のデータベースと照合して未知の物質の各部分を検査することができます。分離された成分の保持係数を既知の値と照合することで、物質を識別できる。^[18]

現代の法医学者は、犯罪現場で見つかった未知の物質を識別するために、数多くの機器を頼りにしています。20世紀には、化学者がより少量の物質をより正確に検出することを可能にする技術の多くの進歩が見られました。今世紀の最初の大きな進歩は、赤外線（IR）光で生成された信号を測定できる分光計が発明された1930年代に起こりました。初期のIR分光計はモノクロメータを使用しており、非常に狭い波長帯の光吸収しか測定できませんでした。1949年にピーター・フェルゲットが干渉計とIR分光計を組み合わせて初めて、完全な赤外線スペクトルを一度に測定できるようになりました。^{[19] : 202} フェルゲットは、物質の完全な赤外線分析から得られた膨大な量のデータを解釈するために、信号を個々の周波数に分解できる数学的手法であるフーリエ変換も使用しました。^[19] それ以来、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）機器は非破壊的で非常に迅速に使用できるため、未知の物質の法医学的分析において非常に重要になりました。分光法は、1955年にアラン・ウォルシュによる現代の原子吸光（AA）分光光度計の発明によりさらに進歩しました。^{[20] AA分析では、サンプルを構成する特定の元素とその濃度を検出できるため、ヒ素や}カドミウム などの重金属を簡単に検出できます。^[21]

クロマトグラフィーの分野における進歩は、1953年にアンソニー・T・ジェームズとアーチャー・ジョン・ポーター・マーティンによるガスクロマトグラフの発明によってもたらされ、同様の沸点を持つ成分を含む揮発性液体混合物を分離することが可能になった。非揮発性液体混合物は液体クロマトグラフィーで分離できたが、同様の保持時間を持つ物質は、1970年にチャバ・ホルヴァートによる高性能液体クロマトグラフィー（HPLC）が発明されるまで分離できなかった。現代のHPLC機器は、濃度が1兆分の1という低濃度の物質を検出し、分離することができる。^[22]

法医学化学における最も重要な進歩の 1 つは、1955 年にフレッド・マクラファティとローランド・ゴールケがガスクロマトグラフィー質量分析法(GC-MS)を発明したことです。 ^{[23] [24]} ガスクロマトグラフと質量分析計を組み合わせることで、さまざまな物質の識別が可能になりました。^[24] GC-MS 分析は、その感度と汎用性、および存在する物質の量を定量化する能力により、法医学分析の「ゴールド スタンダード」と広く考えられています。^[25]機器の感度の向上により、化合物内の微細な不純物を検出できるようになり、調査員が化学物質を製造元の特定のバッチやロットまで追跡できるようになりました。^[5]

法医学化学者は、現場で発見された未知の物質を特定するために、多数の機器を頼りにしています。^[26] 同じ物質の正体を特定するために異なる方法が使用される可能性があり、どの方法が最良の結果を生み出すかを判断するのは検査官次第です。法医学化学者が検査を行う際に考慮する要因は、特定の機器が物質を検査するのにかかる時間の長さと、その機器の破壊的な性質です。彼らは、さらなる検査のために証拠を保存するため、最初に非破壊的な方法を使用することを好みます。^[27] 非破壊技術は可能性を絞り込むためにも使用でき、破壊的な方法が使用されるときに最初に正しい方法が使用される可能性が高くなります。^[27]

法医学化学における2つの主要な独立型分光法は、FTIRとAA分光法である。FTIRは、赤外線を使用して物質を識別する非破壊プロセスである。減衰全反射サンプリング法では、分析前に物質を準備する必要がなくなる。^[28] 非破壊性と準備が不要なため、ATR FTIR分析は、未知の物質の分析における迅速かつ容易な第一歩となる。物質を確実に識別できるように、FTIR機器には、未知の物質のスペクトルと一致する既知のスペクトルを検索できるデータベースが搭載されている。混合物のFTIR分析は不可能ではないが、応答の累積的な性質のために特定の困難を伴う。複数の物質を含む未知の物質を分析する場合、結果として得られるスペクトルは、各成分の個々のスペクトルの組み合わせになる。^[29] 一般的な混合物には既知のスペクトルがファイルされているが、新しい混合物は解決が困難な場合があり、FTIRは識別手段として受け入れられない。しかし、この機器は存在する一般的な化学構造を決定するために使用することができ、法医学者が他の機器で分析するための最良の方法を決定することを可能にします。たとえば、メトキシ基は3,030〜2,950波数（cm ⁻¹）の間にピークを生成します。^[30]

原子吸光分光法（AAS）は、分析サンプルを構成する元素を判定できる破壊的な手法です。AASは、サンプルを非常に高い熱源にさらして物質の原子結合を破壊し、自由原子を残すことでこの分析を実行します。次に、光の形の放射線がサンプルを通過し、原子をより高いエネルギー状態に移行させます。^{[31] ：2} 法医学化学者は、分析中にその元素の原子をより高いエネルギー状態に強制する対応する光の波長を使用して、各元素を検査できます。^{[31] ：256} この理由と、この方法の破壊的な性質により、AASは通常、予備検査でサンプル内に特定の元素が存在することが示された後の確認手法として使用されます。サンプル内の元素の濃度は、ブランクサンプルと比較した場合の吸収された光の量に比例します。^{[32]原子吸光分析は、}ヒ素、鉛、水銀、カドミウムなどの重金属中毒が 疑われる場合に有用である。サンプル中の物質の濃度から、重金属が死因であったかどうかがわかる。^[33]

分光法は、検査するサンプルが純粋であるか、非常に一般的な混合物である場合に役立ちます。未知の混合物を分析する場合、混合物を個々の部分に分解する必要があります。クロマトグラフィー技術を使用すると、混合物を成分に分解して、各部分を個別に分析できます。

薄層クロマトグラフィー（TLC）は、より複雑なクロマトグラフィー法に代わる手軽な方法です。TLCは、個々の成分を抽出することでインクや染料を分析するために使用できます。^[18] 各社の製品はわずかに異なり、TLCでその違いを確認できるため、現場に残されたメモや繊維の調査に使用できます。TLC分析の唯一の制限要因は、成分を分析プレートまで運ぶために使用される溶液に成分が溶ける必要があることです。 ^{[18]この溶液は}移動相 と呼ばれます。 [18] 法医学化学者は、各成分の移動距離を調べることで、未知の物質を既知の標準物質と比較できます。^{[ 18]} この距離は、開始点と比較すると、抽出された各成分の保持係数（R _f）として知られています。^[18]各R _f値が既知のサンプルと一致する 場合、それは未知の物質の正体を示しています。^[18]

高性能液体クロマトグラフィー（HPLC）は、溶液に溶解した混合物から個々の成分を抽出するために使用できます。HPLCは、ガスクロマトグラフィーに適さない不揮発性混合物に使用されます。^[34] これは、医薬品が複合薬である場合の薬物分析に役立ちます。成分が異なる時間に分離または溶出するため、各成分を検証できるためです。^[35] HPLCカラムからの溶出液は、カラムから溶出する濃度に応じてグラフ上にピークを生成するさまざまな検出器に送られます。最も一般的なタイプの検出器は紫外可視分光計です。HPLCでテストされる最も一般的な対象物である医薬品はUV吸収を持つためです。^[36]

ガスクロマトグラフィー（GC）は液体クロマトグラフィーと同じ機能を果たしますが、揮発性混合物に使用されます。法医学化学では、最も一般的なGC機器は検出器として質量分析計を使用しています。^[1] GC-MSは、放火、中毒、爆発の調査で何が使用されたかを正確に特定するために使用できます。理論上、GC-MS機器はフェムトグラム（10⁻¹⁵）の範囲である。 ^[37] しかし、実際には、信号対雑音比や機器の個々の部品の経年劣化などの他の制限要因により、GC-MSの実用的な検出限界はピコグラム（ 10⁻¹²）の範囲である。 ^[38] GC-MSは検出した物質を定量することもできる。化学者はこの情報を利用して、物質が個人に与える影響を判定することができる。GC-MS機器は、単に物質を検出するよりも約1,000倍多くの物質を定量する必要がある。定量限界は通常、ナノグラム（ 10⁻⁹）の範囲です。 ^[38]

法医毒物学は、薬力学、つまり物質が人体に及ぼす影響と、薬物動態学、つまり体が物質に及ぼす影響を研究する学問です。特定の薬物が人体に及ぼす影響を正確に判断するために、法医毒物学者は、個人が蓄積できるさまざまなレベルの薬物耐性と、さまざまな医薬品の治療指数を認識していなければなりません。毒物学者は、体内で見つかった毒素が事件の原因または一因となったのか、あるいは影響を与えるにはレベルが低すぎたのかを判断することを任務としています。^[39] 傷害や死亡を引き起こす可能性のあるさまざまな物質の数が多いため、特定の毒素の特定には時間がかかりますが、特定の手がかりによって可能性を絞り込むことができます。たとえば、一酸化炭素中毒では血液が真っ赤になり、硫化水素中毒で死亡すると脳が緑色になります。^{[40] [41]}

毒物学者は、特定の薬物が体内で分解してさまざまな代謝産物になることも知っています。たとえば、毒物学者は、サンプル中にヘロインの分解からのみ生成される6-モノアセチルモルヒネが存在することで、人がヘロインを摂取したことを確認できます。 ^[42] 合法および違法の両方の新薬が絶えず生み出されているため、毒物学者はこれらの新しい物質をテストするための新しい研究と方法について常に把握しておく必要があります。新しい処方が次々と登場しているため、テスト結果が陰性であっても、必ずしも薬物が除外されるわけではありません。検出を避けるために、違法薬物の製造業者は化学物質の構造をわずかに変更することがよくあります。これらの化合物は、通常の毒物学テストでは検出されないことが多く、同じサンプルに既知の化合物が存在することで隠される可能性があります。^[43]新しい化合物が発見されると、既知のスペクトルが決定され、ダウンロードして参照標準として使用できるデータベースに入力されます。^[44]研究室では、地元で発見した物質の社内データベースを保持する傾向もあります。^[44]

法医学者が従う基準に関するガイドラインは、さまざまな管理機関によって策定されている。法医学化学者向けには、押収薬物の分析に関する国際科学作業部会（SWGDRUG）が、検査対象物の品質保証と品質管理に関する推奨事項を提示している。 ^[45] 未知のサンプルの識別では、偽陽性の可能性に基づいてプロトコルが3つのカテゴリに分類されている。カテゴリAの機器とプロトコルは、未知の物質を一意に識別するのに最適であると考えられており、次にカテゴリB、Cの順となっている。識別の精度を確保するために、SWGDRUGは、各サンプルに対して異なる機器を使用して複数のテストを実行し、カテゴリAの手法を1つと、少なくとも他の手法を1つ使用することを推奨している。カテゴリーAの技術が利用できない場合、または法医学者が使用しないことに決めた場合、SWGDRUGは少なくとも3つの技術を使用することを推奨しており、そのうち2つはカテゴリーBでなければなりません。 ^{[45] ：14–15GC} -MSなどの複合機器は、結果が個別に既知の値と比較される限り、2つの別々のテストと見なされます。たとえば、GC溶出時間は、MSスペクトルとともに既知の値と比較されます。これらの両方が既知の物質と一致する場合、それ以上のテストは必要ありません。^{[45] ：16}

標準と管理は、サンプルの検査に使用されるさまざまな機器の品質管理に必要です。法制度における仕事の性質上、化学者は機器が正確に機能していることを確認する必要があります。これを行うには、既知の管理を未知のサンプルで連続的にテストします。^[46] 管理の読み取り値を既知のプロファイルと比較することで、未知のサンプルをテストした時点で機器が適切に機能していたことを確認できます。標準は、さまざまな一般的な物質の機器の検出限界と定量限界を決定するためにも使用されます。^[47] 計算された量が存在することを確認するには、検出限界を超えていなければならず、定量するには定量限界を超えていなければなりません。^[47] 値が限界を下回る場合、その値は信頼できるとは見なされません。^[47]

法医学化学者による証言の標準化された手順は、科学者を雇用するさまざまな機関とSWGDRUGによって提供されています。法医学化学者は、中立的な方法で証言し、新しい情報が見つかった場合は自分の発言を再検討する倫理的義務を負っています。^{[45] : 3}化学者はまた、直接尋問や反対尋問中の質問に関係なく、自分が資格を持っている分野に証言を限定する必要があります。^{[45] : 27}

証言を求められる個人は、一般の人々が理解できる方法で科学的情報とプロセスを伝えることができなければならない。^[48]専門家 としての資格を有することにより、化学者は事実を述べるだけでなく、証拠に対する意見を述べることが許可される。これにより、反対側が雇った専門家からの意見が対立する可能性がある。^[48]法医学化学者の倫理ガイドラインでは、専門家がどちらの側で証言するかに関係なく、証言は客観的な方法で行われることが求められている。 ^[49]証言を求められる法医学専門家は、召喚状を発行した弁護士と協力し、質問する資料の理解を支援することが期待されている。^[49]

法医学化学の職に就くには、自然科学または物理科学の学士号または同等の学位、ならびに一般化学、有機化学、分析化学の実験室での経験が必要です。この職に就くと、個人は監督なしですべての実験を実行できる能力があることが証明されるまで、その特定の研究室で実行されるプロトコルのトレーニングを受けます。この分野で活動する化学者は、熟練度を維持するために継続教育を完了することが求められます。^{[45] : 4–6}