在自然界中, 元素的存在形式包括稳定同位素和放射性同位素两类。其中, 稳定同位素是指含有相同质子数不同中子数, 能够稳定存在、无放射性的元素同位素, 如¹H和²H、¹²C和¹³C等。这些稳定同位素在自然界中通常以最轻的同位素含量为主, 较重的同位素含量相对较低, C、H、O、N、S不同稳定同位素含量比值见表1^[1]。由于地质变化、气候变化及生物的活动和代谢等多种因素的影响, 不同区域各元素的稳定同位素比例存在差异^[2]。稳定同位素的这种区域特征性可以通过食物、水、空气等多种途径在人的身体组织中体现出来, 因此, 通过对人体组织中的稳定同位素比值进行分析, 可以推断生物物证供体的生活时空信息。

稳定同位素检验是一种利用稳定同位素比质谱仪测定物质中不同元素同位素比值的分析检验方法, 该检验方法已经在地质学、考古学、食品科学、环境化学、农业化学等领域得到了广泛应用^{[3, 4, 5, 6, 7]}。在法庭科学领域, 对生物物证供体人体组织中稳定同位素比值进行分析可以获取大量信息。人体组织, 如头发、指甲等具有一定的生长周期, 且形成后的物质组成受外界环境影响很小; 牙齿、骨骼等具有较确定的生长时期, 且其与外界进行物质交换的速率已有大量研究结果^{[8, 9]}。人体不同组织的物质组成与其生长期间个体的饮食情况、所处环境以及生理代谢过程相关。一般而言, 健康人群的生物代谢过程可以认为是相似的^[10], 因此, 不同组织中稳定同位素的比值可以反映其生长期间个体的饮食情况和活动地域轨迹。对这些组织中C、H、O、N、S元素的同位素比值进行稳定同位素检验分析, 可以推断生物物证供体在不同时间段内的生活地域和饮食情况等生活时空信息。

在国际法庭科学领域, 对人体组织进行稳定同位素检验分析, 推断生物物证供体的生活时空信息已有较多研究。Meier-Augenstein等报道了一起通过头发中稳定同位素分析确定死者生活时空信息的案例。有一个亚洲女孩被人刺伤多处死在了英国一家医院, 虽然通过指纹数据库比对出了死者的身份信息, 但是对于死者何时由何地进入英国, 在英居住时间等问题并没有查到任何记录。法庭科学家通过对死者头发中稳定同位素进行分析, 确定了死者生前生活的区域及在英国生活的时间, 推断的结果与警察的最终调查结果一致^[11]。Zuzana Grolmusová 等研究了斯洛伐克地区不同饮食习惯（肉食、素食）对指甲中C、N稳定同位素比值的影响, 结果表明肉食者指甲中¹³C、¹⁵N稳定同位素和素食者相比, 有明显的富集特征^[12]。Christine Lehn等利用稳定同位素检验技术对全球不同区域的头发样本中C、H、N、S的稳定同位素比值进行了初步分析, 建立了头发样本数据库, 并结合数据库对3起案件中死者的头发、指甲、牙齿和骨骼进行了分析推断, 与实际情况吻合较好^[13]。这些研究表明, 通过稳定同位素检验技术对生物物证供体的指甲、头发、牙齿、骨骼等身体组织进行分析, 推断生物物证供体的生活时空信息是切实可行的。

目前, 利用稳定同位素检验技术对人体组织进行分析研究在国内法庭科学领域尚未见报道。本文以指甲作为对象, 对四川达州和陕西咸阳两市常住居民的24份指甲样本进行了C、H、O、N稳定同位素比值分析, 同时, 也对达州一起案件中死者的指甲进行了稳定同位素检验和分析推断, 在国内初步探索了稳定同位素检验在生物物证供体生活时空信息推断中应用的可行性。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 H、C、N、O、S稳定同位素相对含量 Table 1 Relative abundance data for the isotopes of H, C, N, O, S

表1 H、C、N、O、S稳定同位素相对含量 Table 1 Relative abundance data for the isotopes of H, C, N, O, S

2015年2月, 四川省达州市某县一路边发现一具无名女尸, 办案人员提取了死者一指指甲前缘部分（纵向约3mm）送至实验室进行指甲稳定同位素分析。

利用本文报道的方法, 将该案提取的指甲样本纵向（从指根向指梢方向）剪为3段（SA-1、SA-2、SA-3）, 按照上述方法进行前处理和C、H、O、N稳定同位素分析。3段指甲稳定同位素的检验结果如表2所示。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 四川达州案件死者指甲中C、H、O、N稳定同位素比值 Table 2 Stable isotope ratios of a dead person in the case happened in Dazhou δ 13C(‰ ) δ D(‰ ) δ 18O(‰ ) δ 15N(‰ ) SA-1 -20.23 -80.28 10.16 7.97 SA-2 -20.16 -82.34 9.81 8.1 SA-3 -20.08 -81.72 10.02 7.85

表 2 四川达州案件死者指甲中C、H、O、N稳定同位素比值 Table 2 Stable isotope ratios of a dead person in the case happened in Dazhou

将案件中测得的3组数据与上述测得的达州和咸阳指甲样本数据进行比较, 分别以δ ¹⁵N与δ ¹³C、δ ¹⁸O与δ D作图（图3, 图4）。从图3中可以看出, 在δ ¹³C与δ ¹⁵N的二维数据图中, 案件中3段指甲样本的（δ ¹³C, δ ¹⁵N）坐标值均落在四川达州的数据集中; 而从图4中可以得出同样的结论, 在δ D与δ ¹⁸O的二维数据图中, 案件中3段指甲样本的（δ D, δ ¹⁸O）坐标值也均落在四川达州的数据集中。假定死者生前的生理代谢状态正常, 据报道指甲的生长速度一般约为3 mm/月^{[14, 15]}, 这段3 mm的指甲稳定同位素数据代表的是死者生前某一个月的生活地域信息。所测的数据表明死者在这一个月内生活在达州的可能性很大, 而生活在咸阳的可能性则非常小。

在这起案件中, 由于没有提取到死者完整的指甲, 没有进行整个指甲的稳定同位素分析, 无法对死者生前更长一段时间内生活区域的变化情况进行推断。但是, 按照正常人指甲的长度一般在14~20 mm来推算, 假如死者整个指甲的长度为18 mm, 可以推断死者在死前的倒数第6个月生活在达州的可能性很大。

由于指甲样本的不完整和指甲稳定同位素数据库尚未建立, 这起案件当前的数据可以推断的信息还较少, 但目前的结果已足以说明对死者指甲中稳定同位素进行分析, 可以获得死者生前一段时间的生活地域信息。如果能够对死者指甲、头发、牙齿、骨骼等进行全面的分析, 将可以推断出死者生前更多的生活时空信息。

图 3

Fig.3

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	图 3 四川达州案件死者部分指甲δ 13C -δ 15N分布图Fig.3 Plot of δ 13C-δ 15N of fingernails of a dead person in the case happened in Dazhou

图 4

Fig.4

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	图 4 四川达州案件死者部分指甲δ D -δ 18O分布图Fig.4 Plot of δ D-δ 18O of fingernails of a dead person in the case happened in Dazhou

人体头发、指甲、牙齿、骨骼等组织的生长速率和生长时期决定了其物质组成与对应时期的饮食、生活环境密切相关^{[9, 16, 17]}。不同地区的食物和水中稳定同位素比值具有一定的地域特征性^{[5, 18]}, 通过对不同组织进行稳定同位素检验分析, 可以获取个体在不同时期饮食信息和生活地域信息。头发的生长周期约为每月1 cm^[19], 将生物物证供体的头发从发根到发梢依次剪为1 cm的小段, 逐段进行稳定同位素分析, 可以推断该供体近期几个月, 甚至1~3年的生活地域信息。指甲的生长周期约为每月3 mm^{[14, 15]}, 一般人指甲长度约为14~20 mm, 对于尸体, 可以提取整个指甲, 逐段剪切后进行稳定同位素分析, 从而推断死者生前约半年时间内的生活地域信息; 对于活体, 每次剪取指甲前缘样本进行稳定同位素分析, 可以推断其4~6个月之前的生活地域信息。对于重点人员, 如暴恐分子, 若需要了解其是否在境外生活过或推断其生活时空信息, 可以分期多次对其指甲样本进行剪取分析, 以推断其之前一段时间生活地域的变化信息。牙齿包括乳牙和恒牙, 乳牙一般在婴幼儿时期生长完成, 而恒牙一般是在青少年时期生长完成, 通过其稳定同位素比值分析可以推断生物物证供体婴幼儿时期或青少年时期的生活地域^[20]。骨骼的生长过程相对较为复杂, 在青少年时期完成生长后, 骨骼的组成成分会通过代谢逐渐转换, 不同部位骨骼成分的代谢转换速度不同, 通过对不同骨骼进行分析, 可以推断生物物证供体不同时期的生活地域信息^{[13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21]}。各种生物物证包含的生活时空信息如表3所示。因此, 综合分析人体不同组织的稳定同位素数据可以推断生物物证供体一生不同阶段的生活地域信息, 重构生物物证供体的生活历史, 特别是在通过DNA和指纹等手段无法确定生物物证供体的信息时, 对于调查暴恐分子生活时空信息、推断无名尸体尸源、确认重大事故受害者等方面具有重要的作用。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 各种生物物证包含的生活时空信息 [13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21] Table 3 Living spatial-temporal information reflected in different kinds of forensic biological evidence 注：* 骨骼的生长及其代谢速度与生物物证供体的年龄阶段、性别等相关, 需根据实际具体分析。表中所给数据为普通中年男子的推断结果。

表3 各种生物物证包含的生活时空信息 [13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21] Table 3 Living spatial-temporal information reflected in different kinds of forensic biological evidence

本文通过稳定同位素检验初步探讨了国内两个不同城市— — 四川达州和陕西咸阳常住居民指甲中C、H、O、N稳定同位素比值特征, 并利用建立的方法对四川达州市一起案件中未知名尸体生前的生活时空信息进行了推断。达州和咸阳居民指甲样本中H、O、N元素的稳定同位素比值具有较大的差异, 这证实了通过指甲中稳定同位素检验推断生物物证供体生活时空信息的可行性。在这起案例中, 稳定同位素检验主要是通过将案件中指甲样本与案发地及相关地域提取的指甲样本进行比对分析, 来验证或排除办案部门根据其他线索提出的死者生前时空信息的推论。

然而, 要充分发挥稳定同位素检验在案件侦查中的作用, 则需要建立全国性的固定区域常住居民指甲稳定同位素数据库。通过案件中指甲稳定同位素的检验和数据库的检索比对, 可以推断出生物物证供体最近半年期间可能的生活时空信息, 发挥稳定同位素检验的物证刻画和信息挖掘作用, 主动为案件提供线索信息。

除此之外, 开展头发、牙齿、骨骼等人体组织中的稳定同位素特征研究, 建立全国性的稳定同位素数据库, 将为建立人体不同组织的稳定同位素数据综合分析方法, 推断生物物证供体的生活时空信息、重构其生活历史奠定重要的基础。

对物证进行深入分析, 全面发掘其中所蕴含的信息, 充分发挥物证刻画的技术导侦作用已成为法庭科学发展的重要趋势。目前, 国内外开展的涉案人员生物物证刻画分析研究主要包括：（1）通过生物物证DNA分析来推断供体先天的遗传特征, 如供体的脸部特征、显性遗传疾病特征、种族特征等, 实现对供体外貌形体的刻画^[22]。（2）通过指印中的成分特征来推断供体后天摄入信息, 如烟摄入、毒品摄入、疾病治疗药物的摄入等, 实现对供体后天摄入信息的刻画^[23]。（3）通过人体组织, 如指甲、头发、牙齿、骨骼等的稳定同位素检验, 实现对供体生活时空信息的刻画。这三种分析方法相互补充, 可以实现对生物物证供体— — 涉案人员的全面刻画。因此, 全面开展人体组织稳定同位素检验分析研究在物证刻画分析领域具有重要的意义。

稳定同位素检验在生物物证供体生活时空信息推断中的应用主要有两种方式：（1）通过同位素数据库检索比对, 推断生物物证供体的生活时空信息。这种方式需要建立全国性的稳定同位素数据库, 为检索比对奠定基础。目前, 全国常住居民指甲和头发中稳定同位素特征数据库的建立才刚刚起步, 尚需要对大量地区的样本进行取样分析; 而牙齿和不同骨骼的稳定同位素分析研究则需要尽快开展。（2）针对个案的侦查目标, 采集案发地及相关地域的样本进行分析, 验证或排除对死者生前时空信息的推论。该方法在全国性数据库尚不健全的条件下或者需要对某一局部地区进行详细分析排查时, 具有重要的实战意义。在案件无法获取其它有用信息或有用信息不足的情况下, 办案人员可以将涉案人员样本及相关地区样本送至实验室分析, 以推断涉案人员可能的生活时空信息, 为案件提供侦查方向或缩小侦查范围。本文案例应用初探部分就是采用这一方法。

除了在生物物证供体时空信息推断方面具有重要的应用, 稳定同位素检验在其它物证, 如炸药、助燃剂、油漆、纸张、毒品等^[24]物证的种类比对分析和产地来源推断方面也具有重要的作用。稳定同位素的分布具有一定的地域特征性, 同一种（类）物质或产品, 由于产地不同、厂家使用的原料来源不同, 其稳定同位素比值特征会体现出原料来源的地域性特征。在对物证进行种类比对分析时, 如果化学成分组成特征一致, 则可以通过对物证进行稳定同位素分析, 比较其稳定同位素特征（其中蕴含有物证的来源信息）, 增加物证比对的鉴别力。譬如在对现场提取的硝铵炸药和嫌疑人家提取的硝铵炸药进行比对分析时, 常规的分析只能确定两者均为硝铵炸药, 但通过对硝铵药中的稳定同位素进行分析, 则可以进一步判断两者的生产来源是否一致, 增加了证据的准确性。在对物证进行产地来源推断时, 可以通过与已建立的不同产地或厂家生产产品的稳定同位素特征数据库进行比对检索分析, 直接推断物证的来源。