법과학은 범죄와 관련된 증거물을 과학적인 방법으로 조사하여 수사의 단서를 제공하고 범행을 입증하는 학문이
다. 감정 결과는 법정에서 판단의 근거로 사용되며 화학을 비롯하여, 의학, 약학, 공학, 생물학 등의 다양한 자연과학 분야로 이루어져 있다. 이때 사용되는 화학적 지식을 토대로 범죄와 관련된 증거물을 화학적인 방법으로 조사하여 수사의 단서를 제공하고 범행을 입증하는 학문을 법화학(forensic chemistry)이라 한다. 법화학의 분야는 분석업무를 기반으로하며 다양한 화학적 지식이 요구된다. 최근 범죄수사관련 드라마 등이 소개되면서 법과학에 대한 관심이 대 중화됨에 따라 현장에서 담당자들은 신속과 정확이라는 압박을 더욱 강하게 느끼고 있으나, 보람 또한 크다고 생각 한다. 이에 정확한 정보를 소개하고 화학을 하는 많은 후배들이 법화학 분야에 좀 더 많은 관심을 갖고 발전시켜 주 길 바라는 마음에서 법화학 분야의 전반을 소개하고자 한다.
<CSI에서 화학이 하는 일, 법화학>의 기술 목차는 다음과 같으며, 지난번에 이어 목차 3부터 시작한다.
1. 법화학 증거물의 소개 및 화학적 지문(다원소 동위원소) 활용
2. 미지시료 및 유해화학물질(가스, 산알칼리, 인화성 및 폭발물질 등) 분석
3. 미세증거물(섬유, 페인트, 토양 등)의 분석
4. 음주 및 화학물질 사고 관련 생체시료 분석
5. 원산지 추적
3. 미세증거물(섬유, 페인트, 토양 등)의 분석
미세증거물이란 육안으로 보이지 않을 정도로 작은 증거 물(생체시료 제외)로서 모발, 섬유, 페인트, 토양, 유리 등 다양한 시료가 포함된다. 사건 현장에서 범인은 자신의 DNA나 지문이 현장에 남겨지지 않도록 주의하므로 사건에 따라서는 이와 같은 증거물들이 현장에 유류 되지 않는 경우들이 종종 있으며 이런 경우, 자신도 모르는 사이 현장 에 유류되고 범인이 은폐하지 못한 미세증거물을 채취, 분 석함으로써 사건 해결에 기여 할 수 있다. 에드몽 로카드는 “모든 접촉에는 흔적이 남는다”라고 했다. 즉 접촉을 통해 작은 미세시료들은 전이(transfer)와 교환(exchange)이 일어나고 이를 이용 사건의 재구성 및 해결에 기여 할 수 있 게 된다. 뺑소니 자동차 하단에서 검출되는 피해자 의복 섬 유올, 교통사고 피해자 의복에서 검출되는 기름 또는 페인 트 조각, 폭행사고 관련 사망자와 용의자의 의복에서 섬유 의 전이, 신발이나 자동차에 남겨진 사건 현장의 토양, 유 리를 깨고 침입한 강도 관련자의 의복 및 신발에서 유리조 각 검출 등을 확인하므로서 사건 관련성을 입증할 수 있다. 미세증거물 감정 역시 현미경으로 검사 후 분석을 실시하 는데 매우 작은 또는 적은 량의 시료이므로 현미경 하에서 채취 또는 성분 확인을 위해 IR, Raman, SEM 및 micro- XRF 등이 사용된다. 또한 피해자와 가해자의 시료의 동일 성 입증을 위하여 LA-ICP-MS를 사용하기도 하고 시료의 양이 되는 경우 동위원소비 분석(IRMS)도 실시한다. 토양 의 경우는 시료의 상태나 양 등에 따라 XRF, XRD도 사용 하게 되고 GCMS, IC 등도 사용하게 된다.
모발은 외관 검사, 염색이나 파마 유무 확인 및 사건에 따라 약물검사, 동위원소 및 다원소 분석 등을 진행 할 수 있다.
섬유는 폭행, 절도, 뺑소니, 강간 사건 등에서 남게 되는데 범행의 종류에 따라 어디에서 섬유를 채취해야 하는지 가 조금씩 다르다. 폭행 사건에는 무기(범구)나 손톱에서 채 취해야하고 절도 사건은 침입구나 도주 경로에서 찾아 봐 야한다. 섬유 증거물은 군집증거물이기 때문에 개별화를 해서 증거의 가치를 올려주어야 한다. 여러가지 섬유가 전 이 되었음을 입증하거나, 섬유가 상호전이 되었음을 입증 해야 한다. 섬유는 전이가 매우 잘되는 시료로 실험시 처리 하는 각 사건 사이사이에 실험실 청소를 깨끗하게 해야 하 며 피해자와 피의자의 범죄현장 물품은 서로 오염되지 않 도록 주의하여야 한다. 실험실내에서 테이프리프팅(tape- lifting)에 의해 시료를 채취 할 경우에는 오염 방지를 위하 여 가급적 피해자와 피의자의 옷을 각각 다른 실험실에서 처리해야 한다. 공여자 의류에서 시험을 위한 적합한 섬유 를 확인하고, 현장 증거물중에서 가장 유력한 부위부터 검 사를 시작한다. 섬유 비교 시험에는 다양한 현미경을 사용 하며 편광현미경은 그 중 많이 사용되는 현미경이고 MSP 에 의한 색상의 비교도 실시하게 되고 IR, Raman, SEM- EDS 등을 사용 성분비교 확인 시험을 한다.
페인트 증거물은 보통 뺑소니 교통사고에서 자주 수거되며 절도 사건에서 범구를 사용하여 출입문을 부신 경우, 페인 트 증거물을 수거하게 되고 그 외 선박 충돌 사고 등의 경우 페인트를 채취하게 된다. 교통사고 관련해서 피의차량의 접촉부위에 피해자 의복 섬유올 등이 유류되고 피해자의 의류가 자동차로 전이가 일어나 의류의 표면에 자동차 페인 트가 묻게 된다. 여기서 차의 색상을 알 수 있고 피해자의 어느 부분이 차와 접촉했는지 알 수 있다. 때론 차종 등을 추정할 수 있는 경우가 있으나. 요즘에는 CCTV를 많이 활 용해서, 차종을 추정해야 하는 경우가 거의 없으며 시료의 크기가 작은 경우가 대부분이고 smear나 flake 형식으로 수거되고 있으며 시료가 좀 큰 경우는 전 층이 포함되는 chip 상태로 수거가 가능하지만, 이는 주로 선박사고나 재 도색한 경우에 해당된다. 전 층 분석을 하면 증거능력이 올 라가게 된다. 절도 등의 사고 현장의 tool mark에서는 페 인트를 모두 수거해야 한다. 작은 아이템의 경우에는 통째 로 의뢰해야 하고 증거물이 큰 경우에는 페인트를 채취, 종 이로 포장하여 보내는 방법도 있다. 포스트잇에 부착해서 보내거나 종이를 접어서 포장하는 방법은 모든 미세증거물에 사용 가능한 방법이다.
4. 음주 및 화학물질 사고 관련 생체시료 분석
음주 여부의 확인, 즉 혈중알코올의 분석은 음주운전 의
심자 및 변사체에 대한 검사 시 필수적으로 진행된다. 섭취한 알코올의 대사정도는 여러 요소에 의해서 달라진다. 섭취 한 음식, 섭취한 술의 종류, 개인의 질병 여부 및 대사 능력 등의 영향을 받는다. 여성이 남성보다 음주 후 높은 알코올 농도를 보여주는 경향이 있으며, 이것은 여성이 남성보다 인체 내에 물을 적게 함유하고 있기 때문으로 추정된다. 경우 에 따라 혈액 외 다양한 시료에서 알코올을 분석해야한다. 혈중알코올의 농도가 0.35~0.50 % 코마상태가 되며 0.45 이상이 되면 사망에 이르게 되나 개인차가 크며
0.40 %가 안되도 사망하는 경우도 있고, 0.50 %가 넘어도 사망하지 않는 경우도 있다. 알코올 분석을 하는 데에는 여 러 시료가 사용될수 있는데 혈액, 소변, 눈유리체액, 담즙 및 각종 장기 등이 있으며 변시체의 경우 눈유리체액이 좋 은 시료로 알려져 있다. 혈액을 채취할 때에는 보존제(미생 물이 성장을 하지 못하게 함), 항응고제를 포함한 튜브에 가 득 채우는 것이 좋고 섭씨 4도에 보관하는 것을 추천하나 가급적 채취 후 빠른 시간내에 실험을 실시한다. 혈중알코 올 농도 분석에는 GC- FID를 사용하며, 에타올인지를 확 인하기 위해서는 GC-MS 등을 사용한다. 요즈음에는 음주 사고 직후 현장을 벗어난 후 다음 날 쯤 자수를 하는 경우 가 있다. 이 경우 음주여부를 확인하는 방법으로 EtS와 EtG 등의 대사체를 사용하기도 한다. 에탄올과 EtG의 비 를 비교하여 음주 후 알코올 대사(흡수)의 상승기인지 하강 기인지 추정할 수 도 있다.
알코올과 함께 아세톤 등의 휘발성 물질들을 분석을 하 여 아세톤 등이 높게 나오면 당뇨(diabetes)여부 혹은 굶주 림(fasting) 등의 판단을 위한 부차적인 실험을 실시하게 된다. 그 외 휘발성 물질을 스크린 함으로서 이들 물질에 의 한 중독 사망인지 여부를 확인하게 된다. 예를 들어 메탄올 의 경우 술(에탄올)에 대한 오용으로 복용 사망하는 경우가 있으며 용매들을 다루는 작업 환경에서 잘못된 작업 또는 사고로 이들 화학물질에 의해 사망하는 경우가 있다. 또한 경우에 따라서는 대사물의 확인이 요구되기도 한다.
그외 앞서 기술한 바 있는 유해화학물질(산, 알칼리 및 각 종 용제류 등), 가스(황화수소, 메탄, 암모니아, 헬륨, 아르곤, LPG 등), 오폐수, 방화(가솔린, 석유, 각종 용제, 식용 유 등) 등의 사건 및 사고와 관련 사망자가 있는 경우 관련 물질 및 대사물질을 생체 시료에서 분석하여 사인을 규명 하는데 일조하게 된다.
5. 원산지 추적
법과학에서 주된 작업은 가짜 상품의 진위여부, 원산지 및 오염유출원 규명 및 범죄현장에서의 물리적 증거를 비 교 분석하여 사건과의 관련성 및 특성 등을 찾아내는 것이 다. 이미 만들어진 어떤 제품이 동물과 사람이 가지고 있는 “유전자”처럼 그 자신의 고유한 코드를 가지고 있다면 법과 학적으로 매우 유용할 것이다. 법과학에서 이것은 이상적 인 것으로 가능만 하다면 차량 폭발물, 총알, 테이프, 유리 파편과 같은 모든 품목, 모든 물건을 확인할 수도 있고 매 우 적은 흔적량 일지라도 구별이 가능할 것이다.
그러나 제품 생산의 품질관리 측면에서 제조자는 모든 특 징이 동일한 제품을 생산하려고 노력할 것이며 원하는 성 질을 갖도록 하기 위하여 어떤 화학 성분은 필수적이다. 그 럼에도 불구하고 법과학자에게 다행인 것은 화학적인 주성 분이 특정 제품의 성질을 결정하게 되며, 생산과정이나 운 반과정의 오염물질이나 원료물질에서 화학적 부성분의 작은 흔적량이 법과학자들이 찾고자 원하는“유전적”추적자가 될 수 있다는 점이다.[NITECRIME WORKSHOP Natural Isotopes in Criminalistics and Environmental Forensics, 3rd European Academy
of Forensic Science Conference, Istanbul, Turkey. 2003. 에서 논의] 흔적 원소와 자연적 안정 동위원소 양상이 화학적 지문 으로서 이런 과정에서 도움이 될 수 있다. 측정기기의 새로 운 발전으로 작고 값진 물건에 대한 덜파괴적인 방법으로 동위원소와 흔적원소 분석을 반복적으로 가능하게 되었다. 한 시료를 화학적으로 묘사하기 위하여 주(major), 부 (minor), 흔적(trace) 원소로 서로 다른 분석기법에 의해서 특성화할 수 있는데, 시료의 동위원소적인 조성과 같은 흔 적원소로 법과학자들은 다른 출처의 시료들을 구별하는 것 이 가능하다. 최근 몇 년 동안 수 많은 기법들이 확립되어 법과학 실험실에서 사용되고 있다. 주로 사용되는 분석 방 법은 안정동위원소비 질량분석법(Stable Isotope Ratio Mass Spectrometry, IRMS)과 유도결합프라즈마 질량분 석법(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS) 등이 있다. IRMS의 분석기술은 이런 논쟁들에 대해 검토되었으며 잠재력 있는 해답을 제공하고 있다. 초 기연구는 이런 분석에 의해 제공되는 데이터의 증거력을 확 인하는데 초점이 맞추어졌다. 물질의 일부분인 원소의 안 정한 동위원소 조성은 그 물질의 유출지(source)와 역사 (history)의 작용이다. 유출지나 역사가 다르다면 화학적으 로 같은 두 물질이라도 안정동위원소의 조성은 다를 것이 다. 이는 다른 유출지로부터 온, 화학적으로 같은 물질들에 대해 변론 할 필요성이 없음을 의미한다. 그러므로 이 분석 법은 법과학에서 매우 유용하며, 실제 이와 같은 동위원소 분석법은 마약, 폭발물, 섬유류, 유리, 도료, 종이, 잉크, 플 라스틱, 접착제 및 유전적 물질이 아닌 일반적인 물질들의 분석 결과에 대한 증거력을 상당히 증가 시킬 수 있다는 논문들이 많이 발표되었다. [Watling, R., J. Anal. At. Spectrom. 1998, 13, 917-926 : Zurhaar, A.; Mullings, L., J. Anal. At. Spectrom. 1990, 5, 611-617 등이 발표 시작으로 현재 다양한 책이 출판되어 있으며 논문들도 지속적으로 발표되고 있다.]
IRMS는 안정동위원소비를 분석하는 질량분석으로 C, N, O, S, H의 안정동위원소비를 측정하는 장비이다. 이와 같은 동위원소비를 확인하므로서 물질의 동일성여부를 확 인하는데 도움을 줄수 있으며 또한 이들 원소로 구성된 유 기체들(예: 농산물, 축산물 등)의 원산지를 추적 할 수 있다. 수소가 갖는 의미를 살펴보면, 수소의 근원은 water sphere로 바다가 가장 큰 부분을 차지한다. 그래서 바닷물 을 수소동위원소비의 기준으로 잡고 있다. 마시는 물의 경우, 각 지역에 내리는 비의 영향을 받으며 바다 근처나 적도 근처의 경우 동위원소비가 좀 더 무거워(heavier)지며 고위도, 고도가 높거나 대륙 안쪽으로 들어오는(바다로부 터 멀어지는) 경우에 동위원소비는 가벼운 쪽(lighter)의 값 을 갖게 된다. 그러므로 수소 동위원소비값으로 바닷가 근 처, 고도가 높은지, 고위도인지, 대륙 안쪽에 있는지 등의 정보를 얻을 수 있다. 이 수소를 통해서 사람이나 동물도 지 역적으로 이동한 것에 대해서 알 수 있다. 손톱이나 머리카 락에는 거의 모든 정보가 들어 있기 때문에 기원지 또는 이 동을 추적할 수 있다. 이처럼 수소는 지역적 정보를 준다. 산소의 근원은 물과 공기이다. 식물의 경우, 산소의 공급 처가 물, CO2, 공기 가 된다. 산소만을 비교했을 때는 물 자 체를 비교한 것과는 조금 다를 수 있으나 수소와 산소 모두 지역적 정보를 줄 수 있으며, 수소에서 보기가 좀 더 편하 다. 산소는 뼈에도 있다. 뼈 속의 산소가 물과 연관이 깊다. 사람을 포함한 동물의 뼈 속에 포함되는 산소는 그 지역의 물과 매우 연관이 깊으므로 뼈 속의 산소는 과거의 지리적 이동, 출생지역(또는 살던 곳) 등을 알 수 있는 단서가 될 수 있다. 법과학에 있어서 유해(뼈만 남은 사체)를 이용해서 그 사람의 출신지(주 주거지역)를 알 수 있는 경우, 사건 해결 에 큰 도움이 된다. 뼈의 산소를 분석해서 오리진(출생지 또 는 살던 곳)에 대한 정보를, 머리카락을 분석해서 최근의 이 동경로에 대한 정보를 찾기도 한다. 그 외 와인, 위스키나 치즈 등 많은 농₩축산물 및 유제품의 원산지를 확인하는데 수소와 산소 동의원소비를 사용하기도 한다
탄소를 보면, 분포범위가 비교적 넓다. 그 이유는 식물에 의해서 이루어지는 탄소동화와 고정에 관여하는 서로 다른 광합성 과정과 관련된다. C3식물은 -27 ‰ 부근을 가지고 있고 C4 식물은 -13 ‰ 부근의 값을 가집니다. C4식물에 는 옥수수나 수수 등이 포함되며 C3식물의 경우에는 쌀과 같은 것이 포함된다. C4식물을 주로 섭취하는 미국이나 남 아프리카의 경우 유럽인들보다 머리카락의 탄소동위원소 비를 보면 좀 더 무거운 경향을 가지고 있다. 가짜꿀을 구 별하기 위해서도 사용되는데 가짜꿀에는 옥수수 시럽이 포 함되는 경우가 많다. 진짜 꿀의 경우는 가벼운 값을 가지고 있는 반면, 가짜꿀은 무거운 값을 가지고 있다. 얼만큼 섞느냐에 따라 탄소동위원소비값이 달라지기 때문에 섞인 양의 확인이 가능하다.
질소의 가장 큰 근원지는 대기이다. 토양에서의 질소 작용 은 매우 복잡하다. 일반적으로 -6~6 ‰의 값을 갖고 있으며 넓지 않은 범위이다. 질소에서 중요한 것은 먹이사슬이다. 먹이사슬에서 한 단계위로 올라갈때마다 질소동위원소비가 3~4 % 정도 증가한다. 사람이 얼마나 토양에 영향을 주는지에 따라 토양의 질소동위원소비값에 영향을 많이 준다. 토양에 비료를 어떤 것을 사용하느냐가 가장 중요하다. 토양에 동 물의 배설물을 줄 때에는 질소동위원소비값이 비교적 높고 합성비료를 줄 때에는 질소동위원소비값이 감소된다. 해양생태계의 경우에는 육상생태계보다 긴 먹이사슬을 가지고 있으며 이누이트족은 굉장히 높은 질소값을 가지고 있다. 일반적으로 인간의 질소값은 구조단백질과 영향이 있 기 때문에 이 사람의 식습관(채식주의, 잡식 등)에 따라 달 라집니다. 인간의 머리카락의 질소값을 보면, 채식주의자의 머리카락의 질소동위원소비값은 작고 얼마나 많이 육류를 먹느냐에 따라 질소동위원소비값이 달라진다. 많이 먹을 수 록 질소동위원소비값이 높다. 초식동물부터 잡식동물로 감 에 따라 질소동위원소비값이 올라가는 것을 볼 수 있다. 해 양생물의 경우 굉장이 높은 질소동위원소비값을 가지고 있 다. 단계가 올라갈수록 질소동위원소비값이 올라간다.
황의 경우, 바닷물이 근원지이다. 바닷물이 10~33 ‰ 정 도 됩니다. 황은 특별이 내륙인지 바다 근처인지 구별하는 데 많이 사용된다. 우크라이나는 내륙으로 우크라이나에서 온 사람의 뼈의 황동위원소비값을 살펴보면 5.2~7.9 ‰인 데, 해안지방에서 온 사람들은 15~22 ‰인 것을 알 수 있 다. 황동위원소비값을 해석할때에는 탄소나 질소의 동위원 소비값들도 함께 고려해야한다. 이와 같은 안정동위원소들 과 미량의 흔적 원소들, 앞에서 언급한바 있는 화학적 지문 은 원산지 규명, 진위 여부, 동일성 등의 확인 및 유해시료 의 지리적 기원 추적 등에 사용된다. 이상으로 법화학에 대 한 많이 부족한 소개를 마치고자 한다.
FORENSIC CHEMISTRY HANDBOOK Edited by Lawrence Kobilinsky Wiley, 2011
STABLE ISOTOPE FORENSICS 2nd Edition Wolfram Meier-Augenstein Wiley, 2018
민지숙 Min, Ji Sook
• 이화여자대학교 화학과, 학사(1981-1985)
• 이화여자대학교 대학원 화학과, 석사(1987-1989)
• 이화여자대학교 대학원 화학과, 박사(1991-1996)
• 국립과학수사연구원 화학과(1985-2023)