化學對法醫學的貢獻

摘要：扼要介紹了我國法醫學的源起及其發展過程中化學的貢獻，并對法醫診斷的化學方法，如犯罪物證中指紋、砒霜的化學檢驗方法以及DNA指紋圖技術中的化學原理作了比較詳細的介紹。

關鍵詞：法醫學；化學檢驗方法；指紋；砒霜；DNA分型技術

文章編號：1005－6629(2010)11－0047－04 中圖分類號：D919.2 文獻標識碼：B

化學原理作為法醫學家檢測犯罪物證的重要理論之一，一直以來與法醫學具有重要的聯系。本文將主要介紹法醫學中所使用的與化學原理有關的法醫診斷方法。

1對法醫學源起的化學貢獻

1.1我國法醫學的源起

法醫學（Forensic medicine）主要是應用醫學、生物學和其他自然科學理論與科學方法，研究尸體、活體以及人的組織、體液斑等，用來解決法律上有關人身傷亡問題的一門應用科學， 是聯結醫學與法學的一門交叉科學 [1]。 法醫學作為一門應用科學，其誕生和發展，與社會經濟的發展、法的出現以及醫學和其他自然科學的進步有著密切的聯系。我國是世界上最早出現法醫學的國家。最早的法醫學檢驗可以追溯到戰國時代(公元前475—221年)，那時就有“令史”從事法醫檢驗工作。到了秦代，法醫檢驗已有發展。1975年12月在湖北云夢出土的“睡虎地秦墓竹簡”中的《法律答問》、《封診式》是我國最早的與法醫學有關的刑法條文及法醫檢驗案例文字記載。其中《封診式》對活體檢驗、尸體檢驗和現場勘驗方面均有明確、詳細的記載，已經形成法醫學的雛形。漢唐時期（公元前206年~公元907年）法律制得到進一步完善，相應的法醫檢驗日趨進步，提出了詐死詐傷的概念及檢驗方法。我國最早的一部法典《唐律》對損傷程度、確定致命傷則提出了明確的法醫學檢驗鑒定標準。其中，我國宋代被譽為“世界法醫學之父”的宋慈編著的《洗冤集錄》，是中國也是世界上第一部系統記錄利用科學原理破案的法醫學專著。其廣泛總結了宋代以前法醫學尸體檢驗的經驗，內容涉及現代法醫學中心內容的大部分，對于尸體現象、窒息、損傷、現場檢查、尸體檢查等方面，作了大量的科學的觀察和歸納。其范圍之廣、內容之深入，成為以后各時期以及西方國家法醫學迅速發展的一塊重要奠基石[2]。

1.2化學對法醫學的貢獻

化學對推動法醫科學的不斷發展做出了重大的貢獻。公元8世紀，中國出現的指紋鑒別方法是最早的利用科學原理來確定和鑒別物證的法醫學技術。之后在長達七個世紀的時間里，除了其中典型的檢測人體內尼古丁的斯塔斯-奧托測試法發明之外，法醫學化學科學方法取得相對較少的進展。一直到19世紀中期，由于解剖尸體的開展、顯微鏡技術的出現和化學分析方法的應用，法醫學取得了迅速的發展，特別是在法醫病理學和中毒學的進展尤其顯著。這一時期，用來鑒別犯罪現場血液的舒貝因發明的過氧化氫測試和范·迪恩的愈創木脂測試是最早用于法醫學的化學實驗方法；1832年發明的第一種毒藥化學測試方法——測試砷的馬什檢測法是法醫科學歷史上的第一個轉折點；19世紀80年代研究子彈的“指紋分析”也開始出現。隨后，研究人員開始利用大量化學技術來分析血液、指紋、DNA技術、文件、軍火炸藥、藥品、土壤、細菌、和其他微生物、燃燒殘留物，甚至聲波指紋。法醫學理論日益科學化，法醫學檢驗也由主要通過體表檢查而發展到主要依賴于解剖和實驗方法檢驗。第二次世界大戰后，科學技術的發展不斷促進法醫學的發展。20世紀60年代大量現代化學分析儀器的運用，新的檢驗技術的開發，使法醫學得到突飛猛進的發展。《法醫化學》等法醫學分支科學紛紛誕生。 化學科學日趨成為現代法醫學的重要基礎理論[3]。

2法醫診斷的化學方法

法醫學中有關診斷的化學方法主要有：應用化學分析方法對毒物、排泄物、嘔吐物等進行定性和定量分析；利用化學反應方法鑒別物證是否有血跡以及用生物化學方法識別人體酶型和遺傳指紋（DNA技術）等。

2.1指紋鑒定

指紋是指手上皮膚花紋的形態。當人用手接觸某物體表面，手中汗腺形成的少量分泌物會殘留在物體表面，即指印。現代化學分析表明：汗腺中分泌物的成分約98.5 %是由水組成，其中溶解有少量（約1.5 %）但是種類繁多的固體物質。這些固體溶解物中大約2/3為氨基酸等有機物質，1/3為氯化鈉等無機物質（見表1所示）。對指紋技術人員來說，其中最重要的是氨基酸。這些物質在指紋中含量雖少卻非常重要，它們可能是用來探測指紋存在的某些化學反應的基礎物質， 因而指紋是揭露和證實犯罪最有力的證據之一。

指紋鑒定中，使用最廣泛的化學測試方法包括硝酸銀顯現法、碘熏法和“502”黏合劑顯現法。

（1）硝酸銀顯現法

硝酸銀（AgNO3）法是最古老的潛在指紋探測方法。這種方法的原理是硝酸銀能夠與汗腺分泌物中的氯離子發生反應，生成氯化銀固體。在光線照射下，固體氯化銀很容易分解形成氯氣和固態灰黑色金屬銀粒子。銀粒子沉積于汗液指紋印上，從而顯出紋線。

AgNO3(溶液)+Cl-(溶液)→AgCl(固體)+NO3-(溶液)

2AgCl(溶液)+hv→2Ag(固體)+Cl2(氣體)

硝酸銀顯現法中，探測指紋常用濃度為1 %~3 %的硝酸銀無水乙醇溶液。將少量溶液噴灑或用棉球蘸取輕輕涂在待測表面后，放置陰暗處晾干，然后在紫外線下曝光，控制好時間，指紋一旦顯現出來要抓住最好時機立即拍照。該方法成本低，操作簡便，主要用于顯現普通淺色紙張、較新的本色木和單色紙張上的汗液指紋印。但其形成的指紋圖案在較短一段時間后很容易變得模糊不清，故不能用來測試留存時間長于幾周的指紋。

（2）碘熏法

碘熏法是通過指印物質中油脂對碘的粘附和吸收作用，利用碘蒸氣的熏染來顯現潛在指印的方法。一般將帶有指紋的物面懸掛在封閉容器中，然后在一個名為碘熏槍的孤立容器中加熱碘晶體，并將生成的碘蒸氣導入到正面透明的封閉測試容器。碘晶體受熱升華，當有汗腺分泌物存在時，碘會與其中的脂肪酸發生反應，生成一種十分明顯的褐色配合物，其化學反應是

CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH+I2→

CH3-(CH2)7-CH-CH-(CH2)7-COOH

二碘硬脂酸

由于生成的配合物極易分解，指紋在表面形成的褐色證據會很快消失。因此，進行這種測試時可以在容器中引入第二種試劑，將探測得到的指紋“固定”并長時間保存。常用的物質是淀粉溶液。淀粉溶液與指紋上沉積的碘單質發生反應形成更持久的藍色圖案。也可在碘蒸氣生成指紋圖案上噴灑濃度為0.3 %的7，8-苯并黃酮（也稱為萘黃酮）溶劑或涂抹1 %氯化鈀溶液，使指紋印呈深紫色或棕褐色被很好地固定下來并保留更長時間。碘熏法適用于顯現光滑紙張、蠟紙、復寫紙、竹器、本色木、石灰墻、塑料、細紗紡織品等表面上的新鮮或較陳舊的指紋印，由于碘具有一定的氧化性，所以不適于檢驗易被其氧化的金屬物表面的紋印。

（3）“502”黏合劑顯現法[6]

“502”黏合劑以α—氰基丙烯酸乙酯為主體，由于強吸電子基團—CN和—COOC2H6的存在，α-氰基丙烯酸乙酯單體很容易在水或弱堿的引發下進行陰離子型聚合，形成白色的固狀物，基于潛指印本身具有或處理后具有的濕度或弱堿條件，從而顯現出潛指印。這種方法試驗很容易進行，首先將待測物懸掛在至少一面透明的容器中，向容器中加入幾滴“502”黏合劑，密封后將容器加熱至100 ℃左右。容器中的α—氰基丙烯酸乙酯受熱揮發后，遇物體表面有汗漬的部位，引發α—氰基丙烯酸乙酯單體聚合，形成固狀聚合物，從而顯出白色或灰白色指紋印。整個過程一般需要兩個多小時就可以完成。“502”黏合劑顯現法設備簡單，費用低廉，操作方便，靈敏度高，已成為檢測無孔物體如玻璃、塑料、橡膠和皮革上的潛在指紋的標準方法。

2.2砒霜檢測

單質砷無毒，而砷的氧化物則有劇毒，最常見的是三氧化二砷（As2O3），即砒霜。砒霜又名信石，為白色粉末，無臭、無味、易溶于酸、堿，微溶于水，易升華（193 ℃）。口服中毒量為0.005 g~0.05 g。致死量為0.1 g~0.2 g。其混于食物中不易察覺，可經口服吸收而中毒，故是古今中外投毒殺人或服毒自殺、食物污染和醫療不當等的常用毒物。砒霜的毒性作用，主要是與人體細胞酶蛋白的琉基（—SH)相結合，使細胞酶失去活性，引起糖代謝停止，蛋白分解，促使細胞死亡。尤其對神經細胞危害最大。它還能通過血液循環，作用于毛細管壁，麻痹毛細血管，造成營養組織障礙。砒霜中毒主要表現有胃腸炎癥狀和神經中毒癥狀。感覺異常、眩暈、氣短、心悸、食欲不振，嚴重的上吐下瀉，酷似霍亂，四肢疼痛性痙攣，呼吸麻痹而死亡。嚴重中毒者，雖搶救未死，其后遺癥也很嚴重。歷史上武大郎在體質極弱的狀態下，就是被潘金蓮用一包砒霜調在藥內灌下，當時“腹痛”、“氣悶”，而很快死亡[7]。對于砒霜的檢測最具影響的方法是1832年發明的第一種毒藥化學測試方法——馬什檢測法，至今仍被廣泛使用。其測定原理如下：

向待測樣品中加入純金屬鋅和硫酸溶液。如果樣品中含有砷元素（以砷的氧化物形式存在），它會被金屬鋅還原。

As2O3+6Zn+6H+2As3-+6Zn2++3H2O

酸性條件下，得到的As3-離子與硫酸中的H+離子組成一種砷化三氫（AsH3）氣體。

As3-+3H+AsH3

然后將砷化三氫氣體通過一個被加熱的長管道，氣體受熱后發生分解，生成的單質砷會形成銀狀的黑色薄膜，同時產生氫氣。

2AsH3 2As+3H2

這層砷薄膜被稱為砷鏡。砷鏡的面積直接正比于檢測品中砷元素的含量，因此，這種方法可以定量測試體內砷的中毒量。

2.3DNA分型技術——限制性片段長度多態性分析技術

DNA分型技術，是指利用分子生物學技術檢測、分析人類遺傳標記，進行個體識別和親子鑒定。1985年英國遺傳學家Alec Jeffreys應用該技術成功地進行了第一起移民案涉及的親子鑒定，開辟了法醫物證DNA分析的先河，實現了由否定到認定的法醫鑒定的質的飛躍，給法醫學領域個體識別和親子鑒定帶來革命性變化，在鑒定生物證據方面顯示出巨大生命力[8]。DNA即脫氧核糖核酸(De-oxyribonucleic acid)是細胞內線性生物多聚體，它存在于真核細胞中。在人類進化過程中，DNA不斷發生突變，在DNA復制時的序列滑動和染色體的分離與組合，從而形成了人類DNA的個體差異及DNA多態性。DNA分型技術就是利用此現象，通過檢測遺傳標記的遺傳學特征，確定不同個體的一致性和遺傳關系，從而達到個人識別和親子鑒定的目的。

限制性片段長度多態性分析技術RFLP (restriction fragment length polymorphism)， 是最先發展起來的DNA分型技術。該技術利用一種特定種類的酶，即限制性內切酶，這種酶可以辨認DNA分子中特定堿基對序列的具體位置，并從這些位置將DNA分子切斷。人體基因組DNA以特定的限制性內切酶消化，經電泳分離，薩森印跡(Southern blotting)轉移，然后選擇特定小衛星DNA探針雜交，而顯示高度多態性圖譜，該圖譜恰似手指的紋理樣復雜，也被廣泛稱為DNA指紋圖技術。DNA指紋具有高度的個體差異，圖譜的個體特異性取決于所用的限制性內切酶和探針的選擇，能很好地反映出群體中個體DNA的特征，使鑒定者能直觀地比較其異同及其是否遺傳關系。RFLP分析主要有DNA分子的煮解、電泳分離、印跡轉移、探針標記、放射自顯影等化學操作步驟[9]。

（1）DNA分子的煮解

將分離徹底且分子完整的DNA待測樣品和所選擇的限制性內切酶一起放在培養管中（按照限制酶要求的特定反應條件配制反應體系），然后將培養管在高溫的環境中放置一段時間，通常需要24小時。限制性核酸內切酶，是從細菌體內提取的一種核酸水解酶，能夠識別雙鏈DNA分子特定堿基序列，并以內切方式水解DNA分子中的磷酸二酯鍵。因此在這個過程中內切酶能識別出DNA分子鏈中所有目標位置并將之切斷，當反應完成后，即DNA分子被煮解。當確定DNA分子被完全煮解，即可以進行確證實驗。煮解一旦完成，培養管中將存在大量等位基因。由于這些等位基因只是起始和結尾堿基對之間的重復單元出現的次數不同，故稱之為長度多態性。實際上正是由于這些DNA片段具有豐富的多態性，人們才選擇它們加以切割。

（2）電泳分離[10]

首先將煮解后的DNA分子加入電泳槽。選擇0.8 %瓊脂糖凝膠作為支持介質，1×TAE（Tris-乙酸緩沖溶液）作為電泳緩沖液，潛水式電泳方式分離。由于DNA分子中四種核苷酸帶電荷相同，在中性或弱堿性溶液中（pH=8.0）帶負電荷，因此在電泳時，將待測樣品點加在陰極端。在直流電場的作用下，DNA片段將按分子量的大小以不同速度泳向陽極。電泳后，不同的DNA片段將按其分子量的大小排列在由陰極至陽極的凝膠上。DNA片段的遷移率與分子量的對數或片段長度成反比。瓊脂糖凝膠電泳法是分離DNA的標準方法，此方法不僅簡單，而且能分離其他不易分離的DNA片段混合物，并可有凝膠中置入的熒光染料溴化乙錠染色，在紫外光下直接觀察DNA片段的位置。可檢驗至少1 ng的DNA量。

（3）印跡轉移[11]

電泳后，限制性DNA片段排列在凝膠上，由于凝膠的機械強度不高，在雜交過程中容易碎裂，并且DNA在凝膠上極易擴散，時間過長甚至可以離開凝膠，因此必須將分離后的DNA片段原位轉移到固體支持膜上。薩森印跡轉移法是最常用的方法。具體方法是：首先用一定量鹽酸溶液浸泡凝膠，再用NaOH與NaCl配制成的堿性液使凝膠上的DNA片段變性，由雙鏈變為單鏈，并保持單鏈狀態。然后利用吸水濾紙的毛細作用吸取轉移緩沖液，使移動的緩沖液依次通過凝膠、尼龍膜，順勢將DNA片段從凝膠轉移到尼龍膜上。薩森印跡轉移操作簡單，效果肯定，但時間較長。目前利用核酸真空轉移儀改進了上述轉移方法，它主要利用真空吸引作用將DNA片段轉移至尼龍膜上，再經烘烤加熱或紫外線照射，DNA被固定在膜上，簡化了操作步驟，節約了試劑，提高了轉移效果。

（4）探針標記

印跡轉移后，尼龍載體上的DNA片段仍是不可見的。為了觀察到這些片段，需用DNA探針標記。DNA探針是一些人工合成的小段DNA鏈，用來與測試片段中已知的特定堿基對序列形成化學鍵。當這種探針被加到尼龍載體上時，它就會“搜尋”匹配相同的片段并與之形成化學鍵，從而結合在一起。通過對標記物檢測，可以測定出與探針雜交的靶DNA。DNA探針標記物是一類示蹤分子。最常用的標記同位素是33P，其靈敏度和特異性較高。

（5）分子雜交

分子雜交實質上是DNA復性，即將變性后的單鏈DNA分子與任何來源的單鏈DNA分子按其堿基配對原則重組，構成新的雙鏈DNA分子。此過程是被檢測的DNA分子與標記的DNA探針進行雜交。雜交反應體系的溫度和離子強度可人為地控制。例如，在5×SSC [主要成分為氯化鈉、檸檬酸鈉、三(羥甲基)氨基甲烷] 緩沖液、55 ℃的較低溫度和較高離子強度條件下，DNA探針可以與多個片段雜交，形成多基因座“DNA指紋”；在0.1×SSC緩沖液、65 ℃的較高溫度和較低離子強度條件下，探針可以與對應的靶片段雜交，形成單基因座“DNA紋印”。

（6）放射自顯影

將雜交后尼龍膜與感光膠片疊在一起，置密封的曝光暗盒內，－70 ℃下感光后，取出感光膠片（根據信號強弱決定曝光時間，一般在1～3天），取出暗盒，置室溫1～2 h，使其溫度上升至室溫，然后沖洗感光膠片（洗片時先洗一張，若感光偏弱，則再多加兩天曝光時間，再洗第二張片子），顯影定影后即可獲得DNA指紋圖。

限制性片段長度多態性分析技術在法醫學生物物證鑒定中的應用較早，其可靠性較高、具有很好的共顯性、重復性和種屬特異性且來源于自然變異。但也有一定局限性：其靈敏度較低，一次檢測需要的DNA量至少要500 ng，不適于微量材料的鑒定；操作過程費時繁雜，一般要3~7天才有結果等[12]。當前法醫DNA分型采用STR分析技術、線粒體DNA序列分析技術和以PCR技術為基礎的其他DNA分析技術等主要技術方法。隨著現代科技的迅猛發展，如納米技術、微電子技術、生物技術、新型材料等，為DNA檢驗的發展提供了物質和技術基礎，不僅使DNA檢驗準確高效，而且向微型化、智能化和全自動化方向發展，并將會在更多領域內發揮作用，同時也向從事法醫學DNA檢驗工作人員提出了新課題。

3展望

隨著納米技術、新型復合材料、光譜分析等現代化學新科學技術研究的不斷發展和加深，化學在法醫學領域的分析能力會越來越強，鑒定范圍也會越來越廣，將為法庭提供更加精確真實的證據，用自己獨特的技術服務于社會， 并在新技術應用、毒（藥）物基因組學、生物標記物、DNA分析等法醫學方面有更新的發現和突破。

參考文獻：

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[12] 朱金玲，羅佳濱.DNA分型技術在法醫學中的應用[J].黑龍江醫藥科學，2003，(5):108.