法化学

法化学（ほうかがく、、フォレンジック・ケミストリー）とは、司法の文脈における化学、および毒性学の応用である。法化学者は犯罪現場で発見される未確認の物質を特定するための、調査分析の支援を行う"A Simplified Guide to Forensic Drug Chemistry" (PDF). National Forensic Science Technology Center. Archived from the original (PDF) on March 21, 2016. Retrieved September 24, 2015.。

 概要 
この分野の専門家は、物質を識別するための幅広い科学的な手法を利用し、様々な機器を取り揃えている。具体的には、高速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（GC/MS）、原子吸光分析、フーリエ変換赤外分光分析、薄層クロマトグラフィー、といったものである。このように多くの種類が必要とされるのは、それぞれ中には「破壊的」な性質をもつものもあり、物質によって分析方法も異なるからである。一般的には、最初は「非破壊的」方法で分析し、最終的にはどの「破壊的方法」がベストな結果をもたらすか検討を行う。

法化学者は、他の法科学専門家と同様に、調査結果（鑑定結果）に関するまたは鑑定証人として法廷で証言を行う。

また、法化学分野では、警察によって押収された薬物（麻薬・ドラッグ）の分析に関する、科学ワーキンググループ、行政機関、などによって出されている一連の基準に準拠するもので、ガイドラインとして公開されている標準的な運用手順standard operating procedure (SOP) に加えて、個別に品質保証や品質管理に関する独自の基準を有する所もある。

 用語 

法科学（Forensic sciences）の諸分野において頭に付けられる「フォレンジック（“Forensic”）」（形容詞）は、ラテン語の“forēnsis”つまり「フォーラム（広場）の」に由来している。ローマ帝国時代、「起訴」とは、ローマ市街の中心にあるフォロ・ロマーノで聴衆を前に訴状を公開することであった。被告と原告はともに自らの主張を行い、よりよい主張をしてより広く受け入れられたものが裁判において判決を下すことができた。この起源は、現代における“forensic”という語の２つの用法のもとになっている。一つ目は「法的に有効な」という意味、そして２つ目が「公開発表の」という意味である。これが現代の裁判において陪審員（日本では裁判員）の前に証拠を詳らかにして判断を下してもらう、ということに繋がっている。

日本では、古くは明治時代の東京帝国大学で「衛生裁判化学」という講座が存在した。その後、「裁判化学」という講座名になり、「平成８年（1996年）には、従来の講座を学問領域を考慮して再編成し」大講座制に移行したことに伴い講座名としては消滅した。こういった由来から、一部の論文では「法化学（裁判化学）」とカッコ付で表記される場合がある。

 捜査における役割 
代替文=Aftermath of the Oklahoma City bombing.|左|サムネイル| 化学者たちはオクラホマシティの爆破事件現場でANFOを特定したBrowne, Malcolm W. (April 21, 1995). "Terror in Oklahoma: the Science; Experts Search for Debris to Link Bomb to a Suspect". The New York Times. Retrieved October 28, 2015.
法化学者の分析は、現場における警察の推測に対し、それを科学的な方法で裏付け、または反証することにより、その捜査を支援するものである。また、現場で発見された様々な物質を識別することによって、捜査の方向性を定めることも可能となる。

火災調査では、ガソリンや灯油といった促進剤が使用されたかどうかを分析し、意図的な放火かどうかの重要な手掛かりとするStern, Wal (November 1995). "Modern Methods of Accelerant Analysis". Southeast Asia Fire and Security. Retrieved October 28, 2015 – via T.C. Forensic.。

さらに、使用された物質から、それを扱う事の出来る容疑者のリストを作成することも可能である。例えば、爆発物の調査では、RDXやC-4が特定されればそれは軍用の爆発物であるため、軍事関係の容疑者を示唆している"Common Explosives". The National Counterterrorism Center. Archived from the original on January 13, 2016. Retrieved October 28, 2015.。もしTNTであれば軍だけでなく解体業者などでも使用されているため、より幅広い容疑者リストが作成されることになる。

また、薬物またはアルコールの中毒に関する調査では、アルコールなどの過量摂取なのか、特定の毒や薬物が検出されれば、誰に何を聴取すればよいのか、といったこともあきらかになるHalford, Bethany (February 6, 2012). "Tracing a Threat". Chemical & Engineering News. 90 (6): 10–15. doi:10.1021/cen-09006-cover. Retrieved December 6, 2016.Goldstein, Joseph (June 7, 2013). "Woman from Texas is Charged in Ricin Case". The New York Times. Retrieved December 6, 2016."Legal BAC Limits Data by Country". World Health Organization. Retrieved October 30, 2015."Toxicology Screen". The New York Times. Retrieved December 5, 2016.。

 歴史 
代替文=Refer to caption.|右|サムネイル| ストリキニーネのボトルはかつて薬局で簡単に入手できたWetherell, Donald G. (2016). Wildlife, Land, and People: a Century of Change in Prairie Canada. McGill-Queen's Press.  – via Google Books.
歴史を通して、ヒ素、ベラドンナ、ストリキニーネ、クラーレといった様々な毒物が殺人に用いられてきたCellania, Miss (November 3, 2009). "5 Classic Poisons and the People who Used Them". Mental Floss. Retrieved September 24, 2015.。19世紀初頭になるまでは、これらの毒素を正確に検出したりする方法は無く、多くの犯行が発覚することもなく、その罪も罰せられることはなかったPizzi, Richard A. (September 2004). "Pointing to Poison" (PDF). Today's Chemist at Work: 43–45. Retrieved September 24, 2015.。

この分野における最初の主な貢献はイギリスの化学者によってもたらされた。1836年、彼はヒ素検出のための（マーシュの試験法）を開発し、その後、殺人事件の裁判で証拠として採用されたWatson, Stephanie (June 9, 2008). "How Forensic Lab Techniques Work". How Stuff Works. Retrieved September 24, 2015.。法毒物学が独自の分野として認識されるようになったのもこの頃のことであった。

「毒物学の父」として知られるは、19世紀初頭にこの分野で大きな進歩を成し遂げている"Mathieu Joseph Bonaventure Orfila (1787–1853)". National Library of Medicine. June 5, 2014. Retrieved September 24, 2015.。法科学的顕微鏡の活用における先駆者であるオルフィラは、血液と精液の検出の進歩に貢献した。彼はまた、さまざまな化学物質を腐食性物質、麻薬、収斂剤などのカテゴリーに分類した最初の化学者でもあった。

1850年には、ヒト由来組織のアルカロイドを検出するための有効な方法が化学者によって開発されたことで、毒の検出における次の進歩が起きたWennig, Robert (April 2009). "Back to the Roots of Modern Analytical Toxicology: Jean Servais Stas and the Bocarmé Murder Case" (PDF). Drug Testing and Analysis. 1 (4): 153–155. doi:10.1002/dta.32. PMID 20355192.。スタスの方法は裁判においてすぐに採択され、法廷でに有罪判決を下すために、成功裏に利用された。その後、スタ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入れるように変更されている"Technologies". National Library of Medicine. June 5, 2014. Retrieved September 25, 2015.。

法科学的な化学分析のための多くの機器もこの時期に開発されるようになった。19世紀初頭には、ヨゼフ・フォン・フラウンホーファーによる分光器が発明された"Fraunhofer, Joseph von". The Encyclopedia Americana. Vol. 12. The Encyclopedia American Corporation. 1919. p. 28.。1859年には、化学者ロバート・ブンゼンと物理学者グスタフ・キルヒホッフはフラウンホーファーの発明をさらに拡張した"Spectroscopy and the Birth of Astrophysics". American Institute of Physics. Center for History of Physics. Archived from the original on September 7, 2015. Retrieved September 25, 2015.。分光法は、特定の波長の光にさらされると特定の物質は独特のスペクトルを作り出す現象を利用している。1906年に植物学者のミハイル・ツベットは、薄層クロマトグラフィーの前身であるペーパークロマトグラフィーを発明し、それを用いてクロロフィルを構成する植物タンパク質の分離に成功している"Technologies". National Library of Medicine. June 5, 2014. Retrieved September 25, 2015.。混合物を個々の成分に分離する事で、既存の製品のデータと比較して未知の材料を調べることができるようになったCarlysle, Felicity (2011-07-26). "TLC the Forensic Way". theGIST. Glasgow Insight Into Science & Technology. Archived from the original on July 30, 2016. Retrieved October 10, 2015.

 近代化 
代替文=A gas chromatography mass spectrometry instrument that can be used to determine the identify of unknown chemicals.|左|サムネイル| GC-MSユニット - ガスクロマトグラフ（右側）と、質量分析計（左側）
現代の法化学者は、犯罪現場で見つかる物質を特定するために様々な手段を利用している。20世紀は、化学者が少量の物質をより正確に検出することを可能にする多くの技術が開発され、この分野は多くの進歩を見た。

劇的な進歩は、1930年代の、赤外線で生成された信号を測定することができる分光計の発明である。1949年には、Peter Fellgett がIR分光計との干渉計を結合し、完全な赤外線スペクトルを一度に測定することができるようになったDerrick, Michele R.; Stulik, Dusan; Landry, James M. "Infrared Spectroscopy in Conservation Science" (PDF). The Getty Conservation Institute. Retrieved September 26, 2015. 。彼はまた、フーリエ変換を使用し、赤外線分析から受け取った膨大な量のデータを解析する手法となった。それ以来、フーリエ変換赤外分光法 （ＦＴＩＲ）機器は、非破壊的で極めて高速なため、物質の法科学分析において重要なものとなってきた。1955年にAlan Walshによる原子吸光（AA）分光光度計の発明は、分光分析をさらに進歩させWillis, J B (1993). "The Birth of the Atomic Absorption Spectrometer and its Early Applications in Clinical Chemistry" (PDF). Clinical Chemistry. 39 (1): 155–160. PMID 8419043. Retrieved October 6, 2015.、サンプルを構成する元素とその濃度を検出が可能となり、ヒ素やカドミウムなどの重金属を簡単に検出できるようになったWillis, J B (May 1962). "Determination of Lead and Other Heavy Metals in Urine by Atomic Absorption Spectroscopy". Analytical Chemistry. 34 (6): 614–617. doi:10.1021/ac60186a008.。

クロマトグラフィーは、沸点の近い揮発性液体混合物の分離を可能にする1953年のAnthony T. Jamesおよびアーチャー・マーティンによるガスクロマトグラフの発明により大きな発展を遂げた。不揮発性の液体混合物は液体クロマトグラフィーで分離することはできたが、1970年の、Csaba Horváth による、高速液体クロマトグラフィー（HPLC）が発明されるまで、同様の保持時間を有する物質を分離することはできなかった。現代の高速液体クロマトグラフィー機器は、濃度が１兆分の１という低い濃度の物質を検出および分離することができるようになっているForbes, Patricia, ed. (2015). Monitoring of Air Pollutants: Sampling, Sample Preparation and Analytical Techniques. Comprehensive Analytical Chemistry. Vol. 70. Elsevier. p. 274.  – via Google Books.。

法化学における重要で大きな進歩は、1955年におよびローランド・ゴルケ（Roland Gohlke）によるガスクロマトグラフィー - 質量分析 （GC-MS）の発明によってもたらされたGohlke, Roland S.; McLafferty, Fred W. (May 1993). "Early Gas Chromatography/Mass Spectrometry". Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 4 (5): 367–371. doi:10.1016/1044-0305(93)85001-e. PMID 24234933. Retrieved September 27, 2015.。ガスクロマトグラフと質量分析計との連携は、広範囲の物質の同定を可能にした。GC-MS分析は、その能力と感度および多様性のために、法化学分析のための「ゴールドスタンダード」と広く考えられているKapur, BM (1993). "Drug-testing Methods and Clinical Interpretations of Test Results". Bulletin on Narcotics. 45 (2): 115–154. PMID 7920539. Retrieved September 27, 2015.。機器の感度が向上し、化合物の微量の不純物を検出し、製造時点からの特定のバッチやロットまで追跡することを可能になる場合もあるHalford, Bethany (February 6, 2012). "Tracing a Threat". Chemical & Engineering News. 90 (6): 10–15. doi:10.1021/cen-09006-cover. Retrieved December 6, 2016.。

 方法 
法化学者は、現場で発見される未知の物質を特定するために多数の機器に頼っているGaensslen, R.E.; Kubic, Thomas A.; Desio, Peter J.; Lee, Henry C. (December 1985). "Instrumentation and Analytical Methodology in Forensic Science". Journal of Chemical Education. 62 (12): 1058–1060. Bibcode:1985JChEd..62.1058G. doi:10.1021/ed062p1058.。どの方法が最良かを決定するのは、同じ物質を同定するために異なる方法を使用することが出来るため、研究者次第である。機器選択で考慮されるのは、分析にかかる時間の長さとその破壊的な性質である。一般的には、追加分析のために証拠を保存するため、最初は非破壊的な方法を使用することが好まれる"Quality Assurance Guide for the Forensic Analysis of Ignitable Liquids". Forensic Science Communications. 8 (2). April 2006. Archived from the original on May 29, 2016. Retrieved September 24, 2015.。

 分光法 

代替文=Refer to caption.|左|サムネイル| 波数 （cm -1 ）に対するパーセント透過率 （％T）を示すヘキサン のATR FTIRスペクトル
法化学で使用される分光法は、FTIRとAA分光法である。FTIRは物質を識別するために赤外線を使用する非破壊的な手法であるAngelos, Sanford; Garry, Mike (August 5, 2011). "Seized Drug Analysis Using FT-IR and Mixture Searching For More Effective Identification". Forensic Magazine. Advantage Business Media. Retrieved October 6, 2015.。非破壊性と準備段階の簡便さという特徴のため、ATR FTIR分析は最初のステップとなることが多いIzzia, Federico; Nunn, Simon; Bradley, Michael (August 1, 2008). "Analysis of Mixtures by FT-IR: Spatial and Spectral Separation of Complex Samples". Spectroscopy Online. Retrieved October 6, 2015.Socrates, George (2004). Infrared and Raman Characteristic Group Frequencies: Tables and Charts (Third ed.). John Wiley & Sons. p. 55.  – via Google Books.Cantle, John Edward, ed. (1986). Atomic Absorption Spectrometry. Techniques and Instrumentation in Analytical Chemistry. Vol. 5. Elsevier.  – via Google Books.Schiller, Matt. "Atomic Absorption Spectroscopy (AAS)". Easy Chem. Retrieved October 7, 2015. Baldwin, Dianne R; Marshall, William J (1999). "Heavy Metal Poisoning and its Laboratory Investigation" (PDF). Annals of Clinical Biochemistry. 36 (3): 267–300. CiteSeerX 10.1.1.528.7546. doi:10.1177/000456329903600301. PMID 10376071. Retrieved December 6, 2016.。

 クロマトグラフィー 

代替文=Refer to caption.|右|サムネイル| エクセドリン錠剤のＨＰＬＣ読み取り。左からアセトアミノフェン、アスピリン、カフェイン
分光法は、サンプルが純粋であるか、または一般的な混合物であるときに役立つものであるが、未知の混合物が検出された場合、個々の成分に分解されなければならない。そういったケースでは、クロマトグラフィーを使用し、混合物を分解し、各成分を別々に分析することが可能になるCarlysle, Felicity (2011-07-26). "TLC the Forensic Way". theGIST. Glasgow Insight Into Science & Technology. Archived from the original on July 30, 2016. Retrieved October 10, 2015.Picó, Yolanda, ed. (2012). Chemical Analysis of Food: Techniques and Applications. Elsevier. p. 501.  – via Google Books.Nikolin, B; Imamović, B; Medanhodzić-Vuk, S; Sober, M (May 2004). "High Performance Liquid Chromatography in Pharmaceutical Analyses". Bosnian Journal of Basic Medical Sciences. 4 (2): 5–9. doi:10.17305/bjbms.2004.3405. PMID 15629016.Dong, Michael W. (2016). Modern HPLC for Practicing Scientists. John Wiley & Sons.  – via Google Books.。

 ガスクロマトグラフィー 
 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様の機能を持つが、揮発性混合物の分析に使用される。法化学において最も一般的なＧＣはそれらの検出器として質量分析を使用する"A Simplified Guide to Forensic Drug Chemistry" (PDF). National Forensic Science Technology Center. Archived from the original (PDF) on March 21, 2016. Retrieved September 24, 2015.。GC-MS（ガスマス）は、放火、中毒、爆発の調査に使用され、使用されたものを正確に特定するFialkov, Alexander; Steiner, Urs; Lehotay, Steven; Amirav, Aviv (January 15, 2007). "Sensitivity and Noise in GC-MS: Achieving Low Limits of Detection for Difficult Analytes". International Journal of Mass Spectrometry. 260 (1): 31–48. Bibcode:2007IJMSp.260...31F. doi:10.1016/j.ijms.2006.07.002. Smith, Michael L.; Vorce, Shawn P.; Holler, Justin M.; Shimomura, Eric; Magluilo, Joe; Jacobs, Aaron J.; Huestis, Marilyn A. (June 2007). "Modern Instrumental Methods in Forensic Toxicology". Journal of Analytical Toxicology. 31 (5): 237–253. doi:10.1093/jat/31.5.237. PMC 2745311. PMID 17579968. Retrieved October 10, 2015.。

 法毒物学 
 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、法毒物学者は、まざまなレベルの耐性と、医薬品の治療指数を認識している必要がある。法毒物学者は、体内で見つかった毒素が原因であったのか、あるいはそれが効果を発揮するほどのものではなかったのかを判断することが役目となる"Forensic Toxicology". National Institute of Justice. December 23, 2014. Retrieved October 12, 2015.。多数の物質が死因と成りうるため、毒素の決定は時間のかかるものの、いくつかのヒントによって、実際に何が起きたのか、という可能性を絞り込むことができる。例えば、一酸化炭素中毒では、血液が真っ赤になるが、硫化水素による中毒死は脳が緑色の色合いとなるFoley, Katherine (August 16, 2015). "The Science Behind Forensic Toxicology". Quartz. Retrieved October 12, 2015. Park, Seong Hwan; Zhang, Yong; Hwang, Juck-Joon (May 30, 2009). "Discolouration of the Brain as the only Remarkable Autopsy Finding in Hydrogen Sulphide Poisoning". Forensic Science International. 187 (1–3): e19–e21. doi:10.1016/j.forsciint.2009.02.002. PMID 19297107. Retrieved October 12, 2015.。

毒物学者はまた、薬が体内で分解される際の様々な代謝物質を元に物質を同定する。例えば、ヘロインの分解によってだけ生じる6-モノアセチルモルヒネの存在によって、ヘロインしたことを確認することができるvon Euler, M; Villén, T; Svensson, JO; Ståhle, L (October 2003). "Interpretation of the Presence of 6-monoacetylmorphine in the Absence of Morphine-3-glucuronide in Urine Samples: Evidence of Heroin Abuse". Therapeutic Drug Monitoring. 25 (5): 645–648. doi:10.1097/00007691-200310000-00015. PMID 14508389.Melinek, Jude (September 2016). "How Designer Drugs and the Opioid Epidemic Affect Modern Forensic Practice". Forensic Magazine: 18–19. Retrieved September 29, 2016.Stout, Peter; Moore, Katherine; Grabenauer, Megan; Ropero-Miller, Jeri (March 2013). Expansion of a Cheminformatic Database of Spectral Data for Forensic Chemists and Toxicologists (PDF) (Report). U.S. Department of Justice. p. 2. Retrieved December 5, 2016.。

 規格 
種々の規制機関や当局によって基準が定められており、「the international Scientific Working Group for the Analysis of Seized Drugs (SWGDRUG)」という国際的な作業部会も、各カテゴリに分けてそれぞれの試験される材料の品質保証と品質管理のためのガイドラインを勧告として発表している "Scientific Working Group for the Analysis of Seized Drugs (SWGDRUG) Recommendations" (PDF). 7.1. June 9, 2016. Retrieved January 4, 2017. "Validation Guidelines for Laboratories Performing Forensic Analysis of Chemical Terrorism". Forensic Science Communications. 7 (2). April 2005. Archived from the original on March 4, 2016. Retrieved October 16, 2015. Armbruster, David A.; Pry, Terry (August 2008). "Limit of Blank, Limit of Detection and Limit of Quantitation". The Clinical Biochemist Reviews. 29 (Supplement 1): S49–S52. PMC 2556583. PMID 18852857.。

 証言 
法化学者が法廷において証言をするための、標準化された手順は、SWGDRUGだけでなく、科学者を雇用するさまざまな機関によって提供されている。一般的に法化学者は、中立的な形で証言を提示し、新しい情報が見つかった場合にはその陳述を再検討することに寛容であるべきことが、倫理的に義務付けられている"Scientific Working Group for the Analysis of Seized Drugs (SWGDRUG) Recommendations" (PDF). 7.1. June 9, 2016. Retrieved January 4, 2017. 。また、直接または反対尋問の質問にかかわらず、証言は法化学の領域に限定するべきともされている 。

証言を求められた法化学者は、素人が理解できるような方法で科学的情報とプロセスを伝達できなければならないMelton, Lisa (November 2007). "Courtroom chemistry" (PDF). Chemistry World. Retrieved October 13, 2016.。専門家としての資格を得ることで、化学者は事実を述べるだけではなく、証拠について意見を述べることができる。これは対立する反対側によって雇われた専門家から競合する意見が述べられる可能性も意味する。法化学者のための倫理的ガイドラインでは、専門家は客観的な形で証言をすることが求められているWells, Doris (March 26, 2012). "In Brief: Law 101: Legal Guide for the Forensic Expert". National Institute of Justice. Retrieved October 13, 2016.。

 教育 
法化学者は、自然科学または物理化学、ならびに実験化学全般、有機化学および分析化学において学士号またはそれに類似するものを必要とする"Scientific Working Group for the Analysis of Seized Drugs (SWGDRUG) Recommendations" (PDF). 7.1. June 9, 2016. Retrieved January 4, 2017. 。

 関連項目 
 法科学
 応用化学

 出典 

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