不少同學都喜愛觀賞懸疑推理電影或劇集，福爾摩斯、神探伽利略和柯南等主角大家都耳熟能詳，筆者也是當中的忠實戲迷。懸疑推理片中不乏鑑證場面，描述主角如何利用極微細的線索，作科學與邏輯判斷，過程充滿刺激緊張，高潮迭起，往往最後才能找出真相，為受害人伸張正義。每年筆者在教授高中化學最後一課時，會涉及法證科學這課題，同學們往往都很有興趣和雀躍，七嘴八舌地討論如何利用科學來破案。本文將探索何謂「法證科學」，並舉例說明如何利用化學儀器偵查破案。
何謂「法證科學」？
「法證科學」可以拆解為「法」、「證」、「科學」。「法」，是指司法體制；「證」，則指證據證明；而「科學」是上至天文，下至地理，包括自然科學、社會科學等。因此，法證科學就是一門用科學途徑來辨認、採集、分析、詮釋證物證據，將科學應用在司法體制的學問。
法證科學主要分為3大範圍：犯罪現場調查、化驗與分析，以及病理學與組織學。簡而言之，法證人員主要透過各種科技，如DNA檢驗、血濺分析、文件鑑定、毒理分析、人體體液或組織分析、電腦鑑證等技術，並就化驗結果提供專業意見，支援執法部門調查犯罪現場及後期的刑事檢控工作。
羅卡定律：有接觸就必留痕跡
在絕大多數跟法證相關的書籍和影視作品里，都會提到「羅卡定律」，作為法證學的「公理」，「羅卡定律」在許多案件中都起到了決定性的作用。「羅卡定律」（Locard exchange principle, Locard's theory）是法國法醫學家、犯罪學家埃德蒙．羅卡（Edmond Locard）創建的，其理論在於「凡兩個物體接觸，必會產生轉移現象」。
在犯罪現場調查中，犯罪嫌疑者必然會帶走一些東西，亦會留下一些東西，即現場必會留下微量跡證。因此，在法證過程中，會在犯罪現場提取微量跡證，用來指證罪行，通常由法醫或警察進行現場提取，有時需要對現場、被害人或其他證據進行攝像記錄或照片拍攝。
破案關鍵化學知識
案件1
警方在截查汽車的行動中，發現某司機的外套藏有一包白色粉末，並懷疑該包白色粉末是毒品可卡因，該司機涉嫌毒駕，但司機聲稱那只是澱粉。警方便利用化學試驗和先進化學儀器來分析該樣本，結果顯示該白色粉末並不是澱粉。
警方到底如何判斷白色粉末是可卡因？
氣相色譜法—質譜法
以上案件可採用「氣相色譜法—質譜法」（Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS）來分析白色粉末成分。GC-MS能準確檢測樣本的特定物質，這使得該技術在藥物檢測、火災調查、環境分析、爆炸調查，以及未知物質鑑定等領域都發揮了重要作用。
GC-MS結合了「氣相層析」（GC）和「質譜分析」（MS）兩種技術。在GC階段，樣本首先被轉化為氣態，然後通過層析柱進行分離。不同的化合物會因為它們獨特的揮發性和極性，在柱中移動的速度不同，從而被分離開來。在MS階段，分離後的化合物進入質譜儀，這里它們會被電離並分解成離子。這些離子的「質量和荷質比」（m/z）會被記錄下來，形成一個質譜圖。
每種化合物都有獨特的質譜圖，就像是它們的指紋，換句話說，憑藉GC-MS技術，法證人員便可深入了解澱粉及可卡因的每一種化合物，使真相無所遁形。
澱粉和可卡因的結構如下所示：
案件2
某富翁於國外購入一幅於1849年繪畫並且價值不菲的油畫，但警方卻收到該富翁報案，懷疑該油畫被人偷龍轉鳳。警方隨後把油畫送到實驗室進行顏料分析，利用先進化學儀器，把來自這油畫的顏料樣本與1849年和近代使用的顏料進行比較。
警方到底如何分析該油畫是否在1849年完成？
紅外光譜法
警方可用「紅外光譜法」（Infrared Spectroscopy）來鑑定樣本中的顏料成分，從而判斷油畫的繪畫年代。紅外光譜法是利用樣本的共價鍵對近紅外線有特徵吸收的原理，並結合不同數據建立分析模型，從而間接測量其組成或性質的一種分析方法，其應用範圍已涉及農產品、食品、醫藥醫學、石油化工、紡織印染等領域。
這種分析方法的優勢是它並非侵入性技術，不會對藝術品造成任何損害。法證人員將油畫的顏料樣本照射到某個頻率範圍的紅外輻射中。不同的顏料分子會吸收特定頻率的紅外輻射，使對應的輻射強度降低。紅外光譜儀器會測量樣本對不同頻率紅外輻射的吸收情況，並繪製出紅外光譜圖。每種化合物在這個頻率範圍內都有獨特的吸收圖譜，被稱為「指紋區」。警方可將油畫樣本的指紋區，與1849年和現代顏料的指紋區進行比較，從而判斷油畫是否為原作，有否被偷龍轉鳳。
化學世界與生活息息相關，並不是我們想像的遙不可及和難以駕馭，同學們只要多觀察、多理解、多思考和多探究，筆者相信每一位都能夠成為「港產福爾摩斯」。
小思考，大智慧
- 除了筆者介紹的兩種化學分析儀器外，還有哪些化學分析儀器運用於法證科學的範疇上？
- 要成為一名出色的法證人員，你認為需要哪些素質？
參考答案
- 原子吸收/發射光譜儀、紫外光/可見光吸收光譜儀、高倍掃描電子顯微鏡、玻璃折射率分析儀、高效能薄層分析儀和二氮化二硫煙燻機等。
- 良好的科學知識、分析能力、探究能力和批判思維能力等。
本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。
文：九龍真光中學化學科科主任周佩芳
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