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从医学转行化学,他用超前分析手段破获“高智商谋杀案”

|· 本文来自“我是科学家”·|

在各种影视作品中,我们不时可以看到法医通过对中毒身亡的人进行尸检,检测出具体的毒素以帮助警方破案。从生物组织中检测某种化学成分,可谓现代生物分析领域的日常工作。

《非自然死亡》剧照

然而,在一百多年前,这门科学还没有兴起时,人们几乎无法知道受害者究竟因何丧命。而就在那时,有位名叫斯塔斯的年轻分析化学家站了出来,第一次用现代科学手段与思维分析生物样品,并成功破获了一起毒杀命案。

醉心化学的医生

让·塞尔韦·斯塔斯(Jean Servais Stas)是一位比利时人。早年间,他在国立鲁汶大学学医。然而,相比于医学,斯塔斯更感兴趣的其实是分析化学、无机化学、有机化学等学科。这位年轻人曾经从苹果树的树皮分离出根皮苷,进行纯化和性质研究。

1835年,由于鲁汶大学发生变迁,斯塔斯转而到巴黎综合理工学院,有机会在化学家让-巴迪斯特·杜马(Jean-Baptiste Dumas)的实验室工作,主要研究精确测定碳的原子量。在巴黎求学期间,斯塔斯有幸在马修·奥菲拉(Matéo José Bonaventura Orfila)的毒理学课程上担任助教。而奥菲拉有个响当当的江湖名号:现代毒理学之父。

斯塔斯。图片来源:Wikimedia Commons

彼时毒理学家已经可以进行一些有毒物质的分析和检测,比如鉴定生物样品的有毒无机物,或者鉴定一些植物性毒素的纯品。但是,对于生物样品中的有机毒物却无从入手。

这是因为当时的技术手段,还不能让科学家们从动物的组织中分离得到纯净的小分子有机化合物,那么针对纯净物的常规鉴别方法放到动物组织和体液上就毫无意义了。

1847年时,奥菲拉在咨询了一系列著名的化学家并进行了相关研究之后,下了一个武断的结论——检验生物组织样品中的植物性毒物,或许永远无法实现。

但是,斯塔斯对此不以为然。1841年,他回到比利时布鲁塞尔,在皇家陆军学院担任化学教授。而就在几年后,一宗离奇的凶杀案发生了。

波卡莫伯爵凶杀案

案件的主角伊波利特·维斯塔·德·波卡莫伯爵(Hyppolite Visart de Bocarmé)是一位烟草商的儿子,父亲去世后,他继承了“彼得蒙特的城堡”(Château de Bitremont)。随后 ,伯爵与莉迪·弗朗西斯·布瓦(Lydie·Fougnies du Bois)小姐缔结百年之好。

布瓦小姐出身资产阶级,父亲是一位富有的药剂师。伯爵追求布瓦小姐,正是看中了她家族的钱财。可是,莉迪父亲去世后,却将大部分财产留给了小儿子古斯塔夫(Gustave)。“幸运”的是,古斯塔夫自小身体羸弱,伯爵夫妇期待着他英年早逝,继承财产。然而等来等去,他们等到了古斯塔夫决定结婚的消息。

若是有了妻子儿女,作为姐姐姐夫的伯爵夫妇就甭想继承遗产了,为了钱财,夫妻俩动了杀机。为此,他们精心谋划了一场凶杀案。

波卡莫伯爵。图片来源:Wikimedia Commons

“彼得蒙特的城堡”,毁于1998年的一场大火。

一天,伯爵夫妇假意款待古斯塔夫,可是温馨的家庭晚餐刚结束,仆人们就被告知,古斯塔夫突然中风了。仆人们被吓到了,但同时也觉得这事儿有点蹊跷,就报了官。受理此案的是预审法官厄贝尔(Heughebaert),他很快就带着宪兵和外科医生来检查了古斯塔夫的遗体,发现死者的口腔、舌头、咽喉、胃都有被腐蚀灼烧的痕迹,似乎吞下了什么化学物质。但是,法官大人对于化学和毒物的认知毕竟有限,他心存疑惑却无法拿到有效的证据。为了查明死因,厄贝尔一边将伯爵夫妇羁押;另一边则下令将古斯塔夫的器官取出浸泡在酒精里,马上带着样品去布鲁塞尔请教让·斯塔斯。

抽丝剥茧,在线鉴毒

如那个时代的同行一样,斯塔斯大多只能通过有限的手段——比如嗅觉和味觉等感官——来鉴别化学物质,他也能够对纯净的化学物质晶型测试,比如颜色试验和结晶试验等。但是在这个案例里,古斯塔夫的遗体已经被人用醋反复清洗过,样品散发着醋味,掩盖了其他化学物质存在的气味从而难以鉴别。但斯塔斯还是尝试这进行了试验,他怀疑毒物是某种植物性的生物碱。

基于这样的思路,在某个下午,他将苛性碱加入到组织样品碎片中,用乙醚进行了萃取。随后将提取物放在特制的玻璃容器中蒸发,容器中已经预先加入了硫酸,用以结合可能存在的生物碱。第二天一早,他走进实验室,闻到了一股烟草和鼠尿的气味,在当时的认知里,这是尼古丁的特征。

尼古丁是烟草的重要成分。图片来源:Pixabay

通过对萃取物的进一步纯化,斯塔斯获得了一些具有烟草味道的褐色的固体残留物,他把之前用在纯品尼古丁的测试用在了这些物质上,并成功得到了阳性结果。

随后斯塔斯还进行了一系列的交叉对比验证:他从屠宰场和兽医学校取得动物样本,从医学院取得生前吸烟/不吸烟的死者遗体样品,对这些样品都用上述的尼古丁萃取法挨个进行了测试,进一步确认了检测结果。有了这些依据,斯塔斯基本上可以确定无疑的认为,古斯塔夫的遗体中存在着高浓度的尼古丁,随后他将发现报告给了预审法官厄贝尔。

取证的雏形

根据斯塔斯指明的方向,厄贝尔收到检验报告以后迅速展开了行动。一方面他立即调查波卡莫伯爵是否曾经获得过尼古丁。据城堡的仆从反映,这位伯爵曾宣称要制造一种新型的古龙水/用于果园的杀虫剂,并以此为名头购置了大量的烟叶,在城堡外附属建筑设置的“实验室”中制备提取物。为此,伯爵不仅拜访著名的化学家,还设计实验,用动物测试提取物的毒性效果,而这些动物的尸体就埋在他的城堡花园里。

另一方面,他请斯塔斯继续进行取样分析工作。取样的范围从在城堡花园里掘出了经过焚烧的猫狗尸体,到 “实验室”的木地板,再到帮助搭建制造“古龙水”设备的园丁的长裤。而在所有的物品中,斯塔斯都发现了尼古丁的痕迹。

为什么尼古丁可以杀人?
通过现代研究人们已经知道,尼古丁可以作用于乙酰胆碱受体,是一种快速起效的有毒物质。高剂量的尼古丁能够在几分钟内导致恶心、头晕、瞳孔缩小、心动过速、高血压、大量出汗、流涎、抽搐、呼吸肌松弛等症状,成年人摄入40~60 mg尼古丁就有可能导致死亡。

波卡莫的实验室。图片来源:Murderpedia

1851年5月,经过审判,法庭最终裁定波卡莫伯爵谋杀罪名成立,并于1851年7月19日被公开处决,而法庭所依据的关键证据之一就是斯塔斯的检测报告。

现代生物分析技术和毒理学的原点

此后,以分析化学为基础的毒理学逐渐发展为一个新的科学分支,并在案件侦破过程中发挥着越来越大的作用。而这,或许都要归功于斯塔斯最初的努力。

以今人的眼光来看,斯塔斯能够提取成功,可能也部分得益于他所得到的样品(古斯塔夫的遗体)的前期处理方式——浸泡在酒精中,并用醋洗过。酒精可能部分地起到了解除蛋白结合的效果,而酸性的介质也让尼古丁能更稳定地存在于检材中——尼古丁是一种容易挥发的小分子碱性物质,溶液中的酸可以“拉”住尼古丁,避免它的损失。

而如今,人们再无需那么古老的方法来鉴别尼古丁或其他有毒的有机物,取而代之的则是更为先进的化学分析手段。例如在分离上最常使用的是各种细致的色谱法;检测方法上,更为灵敏的质谱检测器得到了广泛的应用。

如今人们拥有更先进的化学分析手段。图片来源:Pixabay

但是,在样品的前处理阶段却仍然能够找到当年“尼古丁杀人案”的痕迹。“蛋白沉淀法”依然是现在的研究者们常用的手段,而他们在检测尼古丁的时候,也仍然要加入酸来阻止样品中的损失。现在的生物分析人员已经可以使用几百微升血浆,检测到pg/mL级别的尼古丁了(做个粗略但直观的类比,将一块方糖切成10份,其中的一块扔到一个游泳池里,充分分散均匀,最后取1/5毫升水拿来检测)。

然而,灵敏而苛刻的现代分析手段却给研究者带来了新的困扰:随着烟草的普遍流行,对生物样品中的尼古丁进行检测时,筛选完全不含尼古丁的空白样品作为对照,以及在操作中注意样品不要被来自环境和空气中的尼古丁污染,却变得有些困难。

不得不说,这还真是有些讽刺啊。(编辑:Yuki)

参考文献:

  1. Robert Wennig, Back to the roots ofmodern analytical toxicology: Jean Servais Stas and the Bocarmé murder case [J], Drug Testing and Analysis, 2009(1):153-155
  2. Nicotine: Toxicology Data Network, NIH. https://toxnet.nlm.nih.gov/cgi-bin/sis/search2
  3. 李文魁. 生命科学实验指南系列:液相色谱-质谱(LC-MS)生物分析手册 最佳实践、实验方案及相关法规 (Handbook of LC-MS Bioanalysis: Best Practices, Experimental Protocols and Regulations)[M]. 1版. 北京:科学出版社,2017年
  4. Hippolyte Visart de Bocarmé: Wikipedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Hippolyte_Visart_de_Bocarmé
  5. Hippolyte Visart de Bocarmé: Murderpedia. http://murderpedia.org/male.B/b/bocarme-photos.htm

作者名片

The End

发布于2019-06-24, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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Dex

已经脱坑的制药PhD。

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    莫轩

    中国科学院 上海生命科学院 植物分子生物学博士 | 科普作者

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