法医学化学

歴史を通じて、ヒ素、ナス科植物、ドクニンジン、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われてきました。^{[ 11 ]} 19 世紀初頭までは、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、毒殺者が罪に問われることはまれでした。^{[ 12 ]} 1836 年、法医学化学への最初の大きな貢献の 1 つは、イギリスの化学者ジェームズ マーシュによって導入されました。彼はヒ素検出のためのマーシュ テストを作成し、これは後に殺人裁判で成功裏に使用されました。^{[ 13 ]} また、この時期に法医学毒物学が独立した分野として認識され始めました。 「毒物学の父」であるマチュー オルフィラは、19 世紀初頭にこの分野で大きな進歩を遂げました。^{[ 14 ]} 法医学顕微鏡の開発の先駆者であるオルフィラは、血液や精液の検出のためのこの方法の進歩に貢献した。^{[ 14 ]}オルフィラはまた、腐食性物質、麻薬、収斂剤 などのカテゴリーにさまざまな化学物質を分類することに成功した最初の化学者でもあった。^{[ 12 ]}

毒物検出における次の進歩は、1850年に化学者ジャン・スタスが人体組織中の植物アルカロイドを検出する有効な方法を開発した時に訪れた。^{[ 15 ]} スタ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のに成功した。^{[ 15 ]} スタスは被害者の臓器からアルカロイドを分離することに成功した。スタスのプロトコルはその後、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た。^{[ 16 ]}

法医学化学分析のための幅広い計測機器もこの時期に開発され始めた。19 世紀初頭には、ジョセフ・フォン・フラウンホーファーが分光器を発明した。^{[ 17 ]} 1859 年、化学者のロベルト・ブンゼンと物理学者のグスタフ・キルヒホフはフラウンホーファーの発明を発展させた。^{[ 18 ]} 彼らの分光法の実験により、特定の物質は特定の波長の光にさらされると固有のスペクトルを生成することが示された。分光法を使用することで、この 2 人の科学者はスペクトルに基づいて物質を識別することができ、未知の物質を識別する方法を提供した。^{[ 18 ]} 1906 年、植物学者のミハイル・ツヴェットは薄層クロマトグラフィーの初期の先駆けであるペーパークロマトグラフィーを発明し、それを使用してクロロフィルを構成する植物タンパク質を分離して調べた。^{[ 16 ]} 混合物を個々の成分に分離する能力により、法医学化学者は未知の物質の成分を既知の製品のデータベースと照合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により、物質を特定することができます。^{[ 19 ]}

現代の法医学化学者は、犯罪現場で発見された未知の物質を特定するために、数多くの機器に頼っています。20 世紀には、化学者がより少量の物質をより正確に検出できる技術の進歩が数多く見られました。今世紀最初の大きな進歩は、赤外線 (IR) 光で生成される信号を測定できる分光計の発明により 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ーを使用しており、非常に狭い波長帯域の光吸収しか測定できませんでした。完全な赤外線スペクトルを一度に測定できるようになったのは、1949 年にPeter Fellgettが干渉計と IR 分光計を結合してからでした。 ^{[ 20 ] : 202} Fellgett はまた、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を使用しました。^{[ 20 ]} それ以来、フーリエ変換赤外分光法(FTIR) 装置は、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重要なものとなっている。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た。^{[ 21 ]} 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 などの重金属を容易に検出できる。^{[ 22 ]}

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、沸点が類似した成分を含む揮発性液体混合物の分離が可能になった。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、保持時間が類似した物質は、1970年にチャバ・ホルヴァートによる高速液体クロマトグラフィー（HPLC）の発明まで分離できなかった。現代のHPLC装置は、 1兆分の1という低濃度の物質を検出および分離することができる。^{[ 23 ]}

法医学化学における最も重要な進歩の 1 つは、1955 年にFred McLaffertyとRoland Gohlkeによってガスクロマトグラフィー質量分析法(GC-MS)が発明されたことです。^{[ 24 ] [ 25 ]} ガスクロマトグラフと質量分析計の結合により、幅広い物質の同定が可能になりました。^{[ 25 ]} 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できる能力により、法医学分析の「ゴールド スタンダード」として広く考えられています。^{[ 26 ]}機器の感度の向上により、化合物中の微量の不純物を検出できるようになり、捜査官が化学物質を製造業者の特定のバッチやロットに追跡できる可能性が出てきました。^{[ 6 ]}

法医学化学における主要な2つの独立した分光法は、FTIRとAA分光法です。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す。減衰全反射サンプリング技術により、分析前に物質を準備する必要がなくなります。^{[ 29 ]} 非破壊性と準備不要の組み合わせにより、ATR FTIR分析は、未知の物質の分析における迅速かつ簡単な最初のステップとなります。物質の確実な識別を容易にするために、FTIR装置には、未知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ます。混合物のFTIR分析は不可能ではありませんが、応答の累積的な性質により、特有の困難があります。複数の物質を含む未知の物質を分析する場合、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ります。^{[ 30 ]} 一般的な混合物にはファイル内の既知のスペクトルがありますが、新しい混合物は分離が困難な場合があり、FTIRは識別手段として受け入れられません。しかし、この装置は一般的な化学構造を特定するために使用でき、法医学化学者が他の装置を用いた分析に最適な方法を決定することを可能にする。例えば、メトキシ基は3,030～2,950波数（cm⁻¹ ^）の間にピークを示す。^{[ 31 ]}

原子吸光分光法（AAS）は、分析対象試料を構成する元素を特定できる破壊的手法です。AASは、試料を極めて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行います。次に、光の形で放射線を試料に照射し、原子をより高いエネルギー状態にジャンプさせます。^{[ 32 ]： 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波長の光を使用することで、各元素を検査できます。^{[ 32 ]： 256} このため、またこの方法の破壊的性質のため、AASは一般的に、予備試験で試料中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。試料中の元素の濃度は、ブランク試料と比較したときに吸収される光の量に比例します。^{[ 33 ]} AAS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す。サンプル中の物質の濃度は、重金属が死因であったかどうかを示すことができます。^{[ 34 ]}

分光分析法は、試験対象試料が純粋なもの、またはごく一般的な混合物である場合に有効です。未知の混合物を分析する場合は、それを個々の成分に分解する必要があります。クロマトグラフィー法を用いることで、混合物を成分に分解し、各成分を個別に分析することが可能になります。

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迅速な方法です。TLCは、個々の成分を抽出することでインクや染料の分析に使用できます。^{[ 19 ]} 各企業の製品はわずかに異なるため、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、成分が分析プレート上で成分を移動させるために使用される溶液に溶解する必要があることです。 ^{[ 19 ]}この溶液は移動相 と呼ばれます。^{[ 19 ]} 法医学者は、各成分の移動距離を調べることで、未知のものを既知の標準と比較できます。^{[ 19 ]} 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（Rf）として知られています_。 [ ^{19 ]各}_Rf値が既知のサンプルと一致する 場合、それは未知のものの正体を示すものです。^{[ 19 ]}

高速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。^{[ 35 ]} これは、医薬品が複合薬である場合の医薬品分析に役立ちます。成分が異なる時間に分離または溶出するため、各成分を検証できます。^{[ 36 ]} HPLCカラムからの溶出液は、さまざまな検出器に送られ、カラムから溶出するにつれて、その濃度に応じてグラフ上にピークが生成されます。最も一般的なタイプの検出器は紫外可視分光光度計です。これは、HPLCでテストされる最も一般的な対象物である医薬品がUV吸収を持つためです。^{[ 37 ]}

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装置は検出器として質量分析計を使用します。^{[ 2 ]} GC-MSは、放火、中毒、爆発の調査で使用された物質を正確に特定するために使用できます。理論的には、GC-MS装置はフェムトグラム（10⁻⁶） の濃度の物質を検出できます。⁻¹⁵）の範囲です。 ^{[ 38 ]} しかし実際には、信号対雑音比や、装置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 −15 )の範囲です。⁻¹²）の範囲です。 ^{[ 39 ]} GC-MSは検出した物質を定量することもできます。化学者はこの情報を使用して、物質が個人に及ぼす影響を判断できます。GC-MS装置は、検出するだけで必要な量の約1,000倍の物質を定量するために必要とします。定量限界は通常ナノグラム（ 10）です。⁻⁹）範囲。 ^{[ 39 ]}

法医学化学者の証言に関する標準化された手順は、科学者を雇用する様々な機関および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を行い、新たな情報が発見された場合は証言を再検討する用意があるという倫理的義務を負っています。^{[ 46 ]： 3}また、化学者は、直接尋問または反対尋問中の質問に関わらず、自身が資格を有する分野に証言を限定すべきです。^{[ 46 ]： 27}

証言を求められた者は、科学的な情報やプロセスを一般の人にも理解できる方法で伝える能力がなければならない。^{[ 49 ]}専門家 として認定された化学者は、事実を述べるだけでなく、証拠について意見を述べることが許される。これにより、相手側が雇った専門家との間で意見の相違が生じる可能性がある。^{[ 49 ]}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に証言しているかに関わらず、証言は客観的な方法で行われることが求められている。^{[ 50 ]}証言を求められた法医学専門家は、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助けることが期待されている。^{[ 50 ]}

法医学化学の職には、自然科学または物理科学の学士号またはそれに準ずる学位、および一般化学、有機化学、分析化学における実験室経験が求められます。採用後は、監督なしで全ての実験を遂行できる能力が証明されるまで、その特定の研究室で実施される手順について訓練を受けます。この分野で働く化学者は、専門性を維持するために継続教育を受けることが期待されます。^{[ 46 ]： 4-6}