■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	CSI 과학수사대 □문서감정□ ˚ 크로마토그래피 ˚			실험 원리	혼합물의 분리, 크로마토그래피
실험 시간	45~50분	실험 분야	화학, 문서감정학	실험 방법	4인 1조, 조별실험
세트구성물	검정펜 4종, 거름종이, 투명 용기, 에탄올, 원형 라벨, 양면테이프, 과학수사대 도안
교사준비물	정제수(정수기 물 대체 가능)			학생준비물	연필 또는 샤프, 가위, 신문지 및 종이타월
실험 결과	학생 1인당 과학수사대 카드와 명예요원증, 검정펜을 각각 1개씩 가지고 갑니다.
실험팁	TIP 1. 교사는 수업 전에 아래의 [필수활동]을 반드시 수행한 후, 수업에 들어갑니다. TIP 2. 미리 4가지 펜으로 테스트하여 협박편지의 펜을 선택하는 것이 좋습니다. (테스트용 거름종이 제공) TIP 3. 용매는 20%에탄올 수용액입니다. TIP 4. 연필(샤프)을 사용하는 부분은 반드시 연필(샤프)를 이용합니다. 펜을 사용할 경우, 그 펜의 잉크까지 분리되어 크로마토그래피 결과가 달라질 수 있습니다. TIP 5. 크로마토그래피를 진행할 때, 잉크 부분이 용매에 잠기지 않도록 주의합니다. TIP 5. 조별실험과 개별실험을 동시에 수행합니다. TIP 6. 충분히 전개하지 않았으므로 실험 결과에 따른 Rf값은 정확하지 않습니다. 혼합물의 분리(분리된 색소의 개수 및 종류)수준에서 비교할 수 있습니다.

혼합물 [mixture]

두 종류 이상의 물질이 화학적 반응을 일으키지 않고 물리적으로 단순히 섞여 있는 물질로, 성분 물질들이 고르게 섞여 있느냐에 따라 균일혼합물과 불균일 혼합물로 분류하는데, 그 분리 방법에는 밀도 차나 용해도 차이를 이용하는 방법, 크로마토그래피를 이용하는 방법 등이 있다.

혼합물은 각 성분 물질들이 고르게 섞여 있느냐에 따라 균일혼합물과 불균일혼합물로 분류한다. 고르게 섞여 있는 경우 균일혼합물이라 하며 그렇지 못한 경우 불균일혼합물이라고 한다.

*** 혼합물의 분리

혼합물은 화합물에 비해 각 성분들을 원래대로 분리하는 것이 쉽다. 화합물의 경우 화학적인 분해가 필요하지만 혼합물은 물리적인 방법을 통해 성분물질들을 분리할 수 있다. 혼합물의 분리 방법에는 밀도차를 이용하는 방법, 용해도 차이를 이용하는 방법, 끓는점 차이를 이용하는 방법, 크로마토그래피를 이용하는 방법 등 여러 방법이 있다.

크로마토그래피 [chromatography]

색소 물질을 흡착제에 의하여 분리하는 방법으로 색층 분석이라고도 부른다. 크로마토그래피는 20세기 초에 구소련의 식물학자인 미하일 츠베트에 의하여 발명되었다. 그는 식물의 잎에 함유되어 있는 엽록소를 분리하기 위하여 잘게 빻은 탄산칼슘을 채운 유리관에 식물 즙을 통과시켜 분리하였다. 이 때문에 크로마토그래피라고 불렸다(그리스 어에서 chromas는 '색'을, graphein은 '기록한다'는 것을 의미한다.).

크로마토그래피에는 종이 크로마토그래피, 얇은 막 크로마토그래피, 관 크로마토그래피 등이 있다. 먼저, 종이 크로마토그래피는 거름종이를 이용하며, 얇은 막 크로마토그래피는 알루미나(Alumina)나 고체의 고운 가루를 유리판에 얇게 입혀서 사용하였다. 관 크로마토그래피는 유리관 속에 알루미나를 채우고, 그 속을 분리하고자 하는 성분과 용매를 통과시켜서 혼합물을 분리하였다. 한편 크로마토그래피의 결과를 정량적으로 분석하기 위해서는 용매가 움직인 거리와 성분 물질이 움직인 거리를 측정한 뒤 그 비를 낸다. 이를 Rf값이라고 하며, 이것은 물질에 따라서 고유한 값을 나타낸다.

크로마토그래피의 응용은 지난 40년 동안 폭발적으로 발전하였는데, 그 이유는 여러 가지 새로운 크로마토그래피법이 개발되었을 뿐 아니라 복잡한 혼합물을 분리하는 데 이 방법이 필요하였기 때문이다. 이 크로마토그래피를 이용한 연구로 많은 과학자들이 노벨상을 받았다. 현재 크로마토그래피는 지방, 금속 이온, 혈액, 소화 효소, 비타민, 당분 등을 분리하거나 확인하는 데 이용된다.

종이 크로마토그래피[paper chromatography]

평판 크로마토그래피의 한 수법으로 고정상으로 여과지를 사용하는 방법의 총칭이다. 2종의 액상에 대하여 화합물의 분배계수의 차를 이용하는 분배크로마토그래피에 사용되고 칼럼크로마토그래피와 비교하여 동시에 다수의 검체를 분리할 수 있는 장점을 갖지만 분리의 정밀도나 정량성은 뒤떨어지고 분석의 자동화가 곤란하다. 이 방법에서는 깨끗한 정방형의 여과지에 시료용액을 도말 건조하여 성분의 분리에 쓰는 전개용매의 증기로 포화되어 있는 밀폐용기 내의 전개용매에 여과지 끝을 넣어 전개하여 용매를 건조 후, 적절한 방법으로 시료 성분을 검출한다. 특정한 전개용매에 대한 이동률(Rf:시료용액을 점적한 위치 원점으로부터 성분이 검출된 위치까지의 거리를 원점으로부터 전개용매가 침투한 선단위치까지의 거리로 나눈 값)에 따라 표준물질과 비교하여 미지물질을 확인한다. 전개를 동일방향으로 1회 하는 1차원법, 1회째의 전개방향과 직각으로 2회째의 전개를 하는 2차원 전개법 등의 방식으로 분류할 수 있다. 전개를 동일한 방향으로 2회 이상 행하는 다중전개법 등의 방식으로 분류할 수 있다.

법과학의 분류 (출처: 검찰 형사 지식 공개서비스)

법과학감정·감식분야는 과학의 발전에 따라 얼마든지 새로운 분야를 개발할 수 있겠으나, 지금까지 개발되어 보편적으로 활용되고 있는 법과학감정·감식분야로는 9개의 분야로 ① 법의학 감정·감식 ② 물리학적 감정감식 ③ 생화학적 감정감식 ④ 문서감정 ⑤ 지문감정 ⑥ 음성 분석 ⑦ 중성자방사화분석(Neutron Activation Analysis) ⑧ 유전자감식 ⑨ 심리분석 등이 그것이 다.

법의학적 감정.감식에는 변사체의 사인 규명, 사망시간 추정 등을 주임무로 하는 사체(死體)의 검안(檢案) 및 부검(剖檢), 장기조직검사의 분야, 개인식별, 연령.성별감정, 용의자 색출, 범행시간의 추정 등을 주임무로 하는 치흔.치아감정의 분야, 개인식별, 혈액형.혈청형, 정액 및 정충의 확인 등을 주임무로 하는 모발, 정액, 타액(唾液) 및 혈흔 감정 등의 분야가 있다.

물리학적 감정감식에는 물건의 성분, 함량등 분석, 증거물 동일 성 식별을 주임무로 하는 페인트, 족흔, 공구흔, 종이, 토양, 타이어흔, 유리, 폭발물, 총기, 석유 등 감정분야 사고때의 속도, 도로상태, 역학관계 등의 조사와 사고현장에서 수집한 증거물을 분석, 사고원인의 규명을 주 임무로 하는  교통사고 감정분야, 화재현장에서의 발화원인조사와 현장에서 채취한 시료(試料)를 分析하여 화재의 원인규명을 주임무로 하는 화재감식분야,  탄환, 탄피, 총신의 분석과 화약의 검출 등 을 통하여 범죄에 사용된 총기의 색출과 발사자, 발사거리, 각도를 규명등을 주임무로 하는 총기, 화약 감정분야가 있다.

생물학적 감정감식에는 함유성분, 유해여부, 부정식품, 환경오염 등인가를 식별하기 위한 부정의약품, 마약 및 한외마약, 대마초, 향정신성의약품, 식품, 살충제, 중금속(수은등), 독물 감정과  일산화탄소 중독, 음주 여부를 측정을  위한 혈액성분 감정 등을  주임무 로 하는  생화학감정 감식분야가 있다.

문서감정은 필적. 인영(印影). 유가증권.통화. 문서의 작성시기, 말소·타자문자 등의 위조. 변조여부, 작성자의 식별과 문서의 기재선후의 구별, 그리고 말소필흔(抹消筆痕)을 현출시키는 방법의 감정을 말한다.

지문감정은  잠재지문(潛在指紋)을 현출시키고 , 지문대조 를 통한 용의자식별, 동일인식별을 하며, 보관된 지문자료에 의한 대조, 검색을 한다.

음성분석은 음성을 지문과 같이 프린트한 성문을 분석하 여  협박.유괴등 형사사건의 범인을 식별하고, 감청된 대화내용을 분석하며, 대화자를 식별한다.

중성자방사화분석(Neutron Activation Analysis)은  모발, 토양, 페인트, 염료, 화학물질, 유리 등에 대한 종래의 화학적 물리적 분석 대신 중성자를 이용, 원소를 방사화하여 방사성 동위원소 의 양을 분석하고, 모발의 개인식별, 독성물질 검출, 공업제품 동일성, 환경오염원(汚染源) 추적 등을 행한다.

유전자감식은 혈흔, 정액, 타액, 모발 등으로 부터 사람 마다 고유한 DNA를 유전공학적 기법으로 분리, 범인 및 동일인여부를 식별하고, 지문자료와 같이 유전자자료를 보관하여   유전자은행을 구축하여 범인을 색출한다.

심리분석은 거짓말탐지기, 음성강세분석기등 기기를 이용하거나 진술심리 또는 약물, 최면 등을 이용하여 진술의 진위판단, 자백의 유도(誘導), 기억의 회복을 유도하는 범죄심리학적 분석 기법을 말한다. 심리분석은  질문기법의 연구, 소년범, 성범죄자 등에 대한 심리분석등 범죄심리학의 전반적 분야를  포함한다.