化學，我你他的保護神

我們頭頂的天空正被“液體炸彈”威脅。

微觀世界的分子原子，如何幫助我們避免威脅？

化學是一門古老而神秘，基礎又前沿的學科。它離我們的生活并不遙遠，老百姓的衣、食、住、行都離不開它。化學不僅使我們衣食無憂，安居樂業。同時，還在公共安全領域發揮著巨大作用。如果沒有它，我們將會面臨怎樣的危險呢？

2006年8月10日，英國警方宣布，成功挫敗一起針對民航客機的恐怖襲擊陰謀。恐怖分子計劃將數十架滿載乘客的民航飛機在空中引爆。如果陰謀得逞，這次襲擊造成的損失和對世界的沖擊完全可以與美國“9·11”事件相提并論。

令人不安的是，恐怖分子準備使用的爆炸物，被偽裝在飲料瓶中。這是當時的安檢手段中根本無法檢測出來的。（圖1）

無獨有偶，2008年3月，一架從烏魯木齊飛往北京的客機，中途突然緊急迫降在蘭州。因為它也遇上了“液體炸彈”。

李偉（中國現代國際關系研究院 研究員）：在飛行途中，乘務員覺得一個年輕女孩舉止很不正常。追尋到洗手間，發現她正要點燃兩個汽油瓶，汽油裝在了可樂瓶里。

一時間，液態爆炸物的頻繁出現令全球民航業風聲鶴唳，航空公司不得不提高安全警戒，并做出決定：凡是超過100毫升的液體，一律禁止攜帶。（圖2）

為什么航空公司如此擔心液體呢？

柴之芳（中國科學院院士）：若有毒品、爆炸物經過海關，可用化學方法檢測、識別出來。現在很多機場的檢測設備，都是運用化學檢測原理。

如今，在機場、車站、碼頭、景區等公共場所和大型活動現場，都配有安檢裝置。常見的有金屬探測器、X射線檢查儀、爆炸物和毒物檢測儀等，盡管這些安檢設備各具神通，但都拿液態物品沒有辦法。

李元景（清華大學教授）：過去對液體，只有一種通道式的物品機檢查，液體在屏幕上產生一個平面圖像，但不知道里面是什么東西，是白開水，是飲料，還是汽油，判斷不出來。

液體可以放置于任何常見的物品包裝中，傳統的安檢設備根本無法辨別液體成分，再加上液態爆炸物的原料很容易購買，而且制備方法簡單，因此，“液體炸彈”成為恐怖分子的首選。

對液態物品的限制攜帶政策雖然能暫時解除安全隱患，但卻治標不治本。不僅乘客感到不便，民航業務也受到嚴重影響。難道就沒有一種兩全其美的辦法，在方便生活的同時，又能保證安全？

在人來人往的北京南站，工作人員將一名剛剛通過行李安檢的旅客攔了下來。在對他手中的礦泉水進行檢測時，一臺儀器立刻亮起紅燈。安檢人員介紹，綠燈亮表示安全；紅燈則表示是危險品。

圖1 英國警方挫敗一起針對民航客機的恐怖襲擊陰謀

圖2 各航空公司提高了安全警戒等級

圖3 礦泉水瓶中的打火機油被檢測出來

圖4 清華大學研發的液態物體檢測儀

圖5 手持槍械的車臣恐怖分子登上莫斯科杜布羅夫卡劇院舞臺

圖6 車臣女性腰間綁著炸藥手指搭在遙控器上面

圖7 恐怖分子面對電視鏡頭提出釋放人質條件

易燃易爆？看上去，這就是一瓶礦泉水而已，安檢人員甚至都沒有打開瓶蓋，她為何能這么肯定呢?（圖3）

再次檢測的結果依然是紅燈報警。果然，經過詢問后得知，小伙子在礦泉水瓶中裝了打火機油。

李元景：行李檢查儀查驗物品，相當于醫院X光機透視；液體檢查儀相當于醫院CT掃描，一個是二維成像，一個是三維成像，是兩種不同的成像技術。

李元景教授和他的團隊主要從事輻射探測、輻射成像及安全檢測設備方面的研究。在火車站成功報警打火機油的這臺儀器，正是他們研制的專門針對液體物品的檢測儀。

李元景：在液體檢查過程中，化學的作用無可替代。這個設備的核心器械是探測器，探測器中最核心的部分是閃爍晶體，是探測的最主要機械。

五顏六色的天然寶石，都是自然界出產的天然晶體。不過用在液體物品檢測器里的，可不是這些美麗的寶石，而是人工合成的閃爍晶體。

眾所周知，X光能夠穿透人體，甚至鋼板。它能為醫療提供影像，提供腫瘤的新療法；還能找到石油、計算地球年齡。但是，憑借肉眼是看不到X光的，必須要依靠晶體材料，才能把射線的能量轉化為可見光。

要想準確辨別出易燃易爆的危險液體，僅僅有了閃爍晶體這枚“化學的眼睛”還不夠，還必須對各種液體的化學成分了如指掌。而最讓專家頭疼的，是一些看起來十分普通的要求。

李元景：比如酒精，70度以上的不允許攜帶。但飲用酒38度、52度的可以攜帶。液體檢查儀要判別酒精的度數，是38度的還是52度的？實現起來非常難。

此外，金屬、玻璃、塑料等不同的包裝材料，以及多瓶液體同時檢測等，都增加了液體安檢的難度。

我們用多種樣品來進行安全測試實驗，其中既包括白酒、可樂、洗發液等行李中常見的物品，也有硫酸、汽油等危險液體。

兩瓶市面上常見的罐裝飲料，其中一瓶和“3.07炸機未遂案件”中，恐怖分子使用的液體炸彈一模一樣。實驗人員事先用針筒注入了汽油，并用蠟密封住開口，所以，僅從外觀上，根本看不出區別。

面對偽裝得如此巧妙的“液體炸彈”，液體物品檢測儀能否準確報警呢？

檢測儀亮起紅燈。甚至還清楚地指示出，混合溶液是如何分層的。

接下來，高度數的白酒、瓶瓶罐罐的洗漱用品，以及具有腐蝕性的化學溶液，都一一通過了檢測。但在實際應用中，只有完全準確，才意味著安全。這種檢測方法，能夠做到百分之百的準確嗎？

李元景：所有國際上的液體檢查設備中，我們處于領先地位。對安全檢查設備的要求是不允許漏報，但允許部分誤報。

通過檢測液態物品的原子序數和密度特征，它能快速識別易燃、易爆、易腐蝕性危險液態物品。目前，這種檢測儀已應用在機場、車站、城市軌道交通等公共場所。世界的天空因此安全了許多。（圖4）

2002年10月23日，俄羅斯首場百老匯式音樂劇《東北》，在莫斯科杜布羅夫卡劇院演出。現場約900名觀眾，接近滿座。

突然，一群身著迷彩服，手持槍械的人登上舞臺。當他們開槍射擊天花板后，觀眾才意識到，這并不是表演的一部分，他們被劫持了。這就是后來震驚世界的莫斯科人質事件。（圖5）

中國現代國際關系研究院反恐辦主任李偉，對車臣問題研究已久。

李偉：車臣的恐怖分子，為此次恐怖活動進行了長期精心準備。

一個小時之后，數百名士兵包圍劇院，但沒有敢輕舉妄動。

早有準備的恐怖分子把炸彈放置在觀眾席的座位下面。另外，約有19名車臣女性，腰間綁著炸藥，手指就搭在遙控器上面。只要任何一個炸彈爆炸，整棟建筑都有可能被摧毀。（圖6）

武裝劫持人質的恐怖分子頭目巴拉耶夫要求俄羅斯政府在一周之內撤出車臣，否則，他將引爆劇院整棟大樓。

李偉：恐怖分子提出的是俄羅斯難以接受的政治條件。

人質事件開始后不久，普京總統發表電視講話。他告訴全世界，俄羅斯不會和恐怖分子談判。

對處在前線的指揮官來說，這幾乎是個不可能完成的任務。政府絕對不會同車臣人談判，而如果采取強攻，那有可能導致大屠殺。

李偉：俄羅斯特種部隊整體反應速度很快。它的反恐特種部隊有兩支，一支是阿爾法，另一支是信號旗。這兩支反恐特種部隊，能力非常強。但在特殊的環境，像在莫斯科劇院，恐怖分子劫持的人質非常多，很難采取有效辦法。

事發將近14小時后，情況在不斷惡化。對峙的時間每增加一秒，就意味著雙方的耐心和選擇就少一分。必須盡快找到恐怖分子的弱點。

一名記者被允許進去，并和恐怖分子談話。以下是電視訪問的真實信息。

“我們只有一個目標，那就是停止車臣戰爭，以及將俄羅斯軍隊趕出車臣。我們的小組屬伊斯蘭軍團，其中有自殺炸彈人。我想對我們的敵人說，我們在真主的路上，比敵人渴望生命的決心還深。阿拉至上。”（圖7）

軍方想將敵人頭目引出觀眾席。此時，三天沒合眼的人質們開始陷入崩潰。如果攻擊機會不趕快出現，會有更多人被殺。

警方決定開始行動。但反擊先鋒并不是炸彈、或者狙擊槍，而是一種無聲的、神秘的新武器。

李偉：通過劇院的通風管道，釋放一種麻醉品。意圖是想把這些匪徒麻醉以后，在不傷及一名人質的情況下，把所有人解救出來。

麻醉劑很快發生作用，藥劑一被吸入肺部，就會進入血管，血液將藥劑帶入腦部，并影響中樞神經系統。吸入者陷入昏迷。20分鐘后，特種部隊仍然在等待。他們要確保里面的恐怖分子完全昏迷。只要還有一人清醒，就有可能會引爆雷管。

李偉：恐怖分子在經歷這幾天后，體質狀況好于人質。對麻醉劑的承受能力也好于人質。

40分鐘后，全面進攻開始。特種部隊沖進劇院，恐怖分子敵不過受過高等訓練的特種部隊，很快，戰斗結束。

數百人被拖出劇院，有些人質已經死亡，死因是麻醉劑過量。一些昏迷的人質被平放在地上，仰躺著，在這樣的姿勢下，舌頭會掉到喉嚨后方阻塞氣管。許多人被自己的舌頭噎死。（圖8）

李偉：人質出去后，軍方沒有告訴醫院使用的是何種麻醉品，所以沒有及時地注射解救劑，使人質死亡一百多人。

600多名人質被送往醫院急救。最后，仍有129名人質死于麻醉劑過量。如此大規模的人質死亡，也使這次行動飽受爭議。

莫斯科劇院人質事件就此結束，并作為國際反恐的典型案例被載入史冊。尤其是在這次行動中，首次使用了特殊化學品，而這種麻醉劑的成分，至今沒有公開。

這是一類具有催眠性的麻醉劑，美國軍方稱它為“失能劑”，能讓肢體失去行動能力、陷入昏迷。聽起來，和武俠小說中的迷魂藥有些相似。但似乎這類化合物的危險性更大。這些化學品能夠拯救世界，但也有著難以控制的副作用。

在反恐領域中，活性化合物的設計、合成，已成為當前熱點研究課題。各國的科學家都在努力尋找一種低毒、高效的化學藥品，用它們來克恐制勝。

柴之芳：既要看它的應用價值，又要看它的安全性，二者必須同時考慮，這是化學家的重任。

平平安安，是每個人最基本的愿望。而化學正在為人民群眾的平安生活保駕護航。無論是面對新傳染病的出現，還是化學武器潛在威脅，化學都肩負起了保衛生命健康的重任。從實驗室到案發現場，化學科學為刑事偵查、禁毒防毒，提供了必不可少的檢測技術。

英國著名小說家阿瑟·柯南道爾，塑造了一個家喻戶曉的天才偵探——福爾摩斯。除了觀察力敏銳、頭腦冷靜、擅于推理之外，福爾摩斯還是一名精通化學的神探，以至于英國皇家化學會，都追認這個虛擬的小說角色為榮譽會員。要知道，這項榮譽以往只頒發給諾貝爾獎獲得者或者杰出學者和工業家。這并不奇怪，因為化學對一名科學偵探來說具有頭等重要性，并且在法庭辯論中有著重大價值。（圖9）

十九世紀末二十世紀初，血型及指紋辨別的方法逐漸在刑事偵查界使用。隨著物理、化學等自然科學的不斷發展，刑事鑒別的技術也越來越準確，越來越能見微知著。

而在所有物證中，最有力的司法武器當屬指紋。

幾乎每個人都有自己獨一無二的一套指紋，當胎兒還在母體里的時候，皮下的指紋形成細胞就決定了人這一輩子的指紋，那些獨特的漩渦和線條，將伴隨人的一生。

羅亞平（中國人民公安大學教授）：指紋在偵查破案中的作用在全世界都是有目共睹的。在DNA技術出現之前，它一直是技術手段里能夠直接認定犯罪人身份的最為有效的一種手段。

在大多數犯罪現場，指紋都無法用肉眼看到，甚至殘缺不全。但可用一些化學藥品、鐳射或儀器，將潛藏的痕跡顯現出來。

在中國人民公安大學刑事科學技術系的實驗室，一張A4白紙，一個牛皮紙信封。實驗人員分別在兩種不同的紙面上按下手掌。紙張的表面依然干干凈凈，看不出有什么特別。

圖8 數百人被拖出劇院有些人質已經死亡

圖9 英國皇家化學會追認福爾摩斯為榮譽會員

圖10 幾枚紋路清晰飽滿完整的指紋躍然紙上

圖11 每天都有人在紙上畫下橫線存檔

實驗人員首先配制了一份淺黃色的化學溶液，之后，小心翼翼地把紙張放進這種試劑中浸泡，為了達到完美的顯現效果，還要為它提供合適的溫度和濕度。

原本空白的紙張上面，逐漸顯現出了紫色的圖案。這正是剛剛那位實驗人員的左手掌印。

羅亞平：茚三酮是檢測氨基酸的一個非常靈敏的試劑，因此當茚三酮遇到氨基酸之后，它就會生成一種紫色。

不管我們將手洗得如何干凈，手上都會有油脂、汗液和塵埃。所以，當手指接觸紙張時，汗液中的氨基酸就會留下來。

而化學試劑能夠與手指上的汗液物質發生化學變化，從而使無色的指紋變為有色的能見指紋。利用這一點，還可以捕捉到那些留在塑料袋或著膠皮手套上的指紋。雖然肉眼無法看到，但只要一兩滴膠水，就能將潛在的指紋顯現得一清二楚。

羅亞平：案發現場還經常會遇到一些特殊物質。遇到最多的是血潛手印，就是血手印。有血跡但是看不到紋線。實際上，血的微量物質是存在的，只是肉眼沒有辨別出來它的顏色。

實驗員蘸取了血液樣品，在紙張上依次按下去。隨著血液漸漸變干，手印的顏色也越來越淺，直到最后，手指形狀已經難以辨別，幾乎看不到任何紋線。紙面上干干凈凈的。不過，眼見不一定為實。實驗員要做的，就是要“看見”一些“看不見”的東西。

面對不同的檢材，試劑的選擇也十分重要。這次，實驗人員使用了過氧化氫溶液。就在微濕的棉團接觸到這片區域的瞬間，發生了奇妙的化學反應。幾枚紋路清晰、飽滿完整的指紋躍然紙上。不過，令人奇怪的是，為什么顯現出來的血手印不是血液般的紅色，而是出乎意料的藍色呢？

羅亞平：溶液里有過氧化氫。在人體血液物質里，有過氧化物酶。當過氧化物酶遇到過氧化氫，釋放出氧時，它就會從無色的四甲基苯丙胺變成四甲基聯苯胺藍。（圖10）

顯現效果十分成功。無論是哪一種潛在的指紋，化學家都有辦法令它顯形。

化學知識與刑事偵查技術的完美結合，使他們的工作多了一份神秘的色彩。如今，法庭化學已經成為一門重要的學科，為現代人的平安生活保駕護航。

位于沈陽的中國刑事警察學院，培養了一大批偵查破案和刑事技術鑒定專家。在現代司法領域，利用科學知識和技術手段鑒定和分析物證，對于揭露犯罪過程和犯罪事實具有重要意義。每天都會有人來到法化學系的檔案室內，在紙上畫下幾條橫線。從上世紀90年代起，刑警學院就開始建立對比樣品庫。這是一項枯燥的工作，但卻需要記錄人日復一日地長期堅持。

這些按照時間順序記錄的線條在普通人看來沒有任何意義，但在關鍵時刻，它卻能為書寫時間的鑒定提供比對依據。（圖11）

在很多民事糾紛案件中，會涉及金錢利益。相關文件中字跡的書寫時間，往往成為案件的焦點。

王景翰（中國刑事警察學院教授）：有一起案子，原、被告之間有一個協議，內容是被告交夠錢之后，原告的一塊地就給他20年使用權。被告把這個2下邊接了一撇就變成30年。法院讓我們鑒別，3字和其它字是否同時寫的。

要區分這簡單一撇，需要現代化學分析檢驗方法。比如大家都熟悉的圓珠筆，它的油墨中主要有溶劑、染料等化學成分。染料賦予字跡顏色，溶劑使書寫暢滑，但隨著時間的流逝，它們都會發生相應的物理變化和化學反應。

王景翰：書寫字跡的成分和它的變化，以及它的檢驗方法和化學緊密相關，離不開化學。

一份會議記錄的日期清楚地標著2011年2月26日，檢測人員正在從筆畫上隨機提取字跡樣本，她將利用精準的化學驗證。這是一項需要極大耐心和細心的工作，針尖大小的提取物，就可以幫助我們看到事實真相。（圖12）

筆墨中的溶劑會揮發、染料會分解，根據這些化學變化，就可以推測出字跡寫下的時間。當然，這個過程離不開特殊的化學溶劑及分析方法。

王景翰：比如分析那些溶劑，因為它是能夠揮發的，所以常用氣相色譜儀來進行分析。

筆墨中的溶劑會在一到兩年時間內揮發完，因此，化學分析方法可以“讀”出字跡寫下的具體時間。

盡管間隔時間只有三個月，分析數據依然能夠分毫不差。而一旦遇到那些時間較長的字跡，就需要使用高效液相色譜，來分析其中染料的變化。

王景翰：染料不斷分解也是有規律的，通過這個規律來鑒別它的書寫時間。

圖12 針尖大小的提取物顯現事實真相

圖13 過量藥物讓夢露香消玉殞

圖14 防疫人員對災區噴灑化學消毒劑

白紙黑字不一定都是真相，盡管書寫時間鑒定的結果會受到各種條件的影響，不過，利用物質的化學性質及其變化規律，可以幫助我們更清楚地了解這個世界。

夢露不只是一個明星，她是一個時代的傳奇符號。然而，這個金發、紅唇的性感尤物，卻在36歲的風華年紀香消玉殞。（圖13）

有關她死因的流言和各種陰謀傳說已經成為美國歷史上不可抹去的一部分。不管是自殺，還是謀殺，有一個事實無法否認——這個魅力鮮活的女人死于藥物中毒。

驗尸官對夢露的血液、肝臟進行了分析，找到了過量的耐波他，一種強巴比妥酸鹽。而利用驗尸報告中的數據和現代化學分析技術，醫生甚至還計算出了藥物的準確數量，夢露在當晚吞服了大約24粒耐波他膠囊，據估計，如此劑量的藥物，足以奪去三個人的性命。

這位銀幕明星，就這樣再也沒有醒過來。

這大概是歷史上最具有傳奇色彩的毒物檢驗案件了。除了藥物之外，氣體、食物、微量金屬等，我們周圍的很多物質都有可能引起中毒，但都不會逃脫化學分析的火眼金睛。這是因為人們曾經的任何行動，都會在身體上留下痕跡。微小的分子會吸附到人的皮膚、毛發和衣服上。這樣，曾經到過的地方和曾經做過的事情，都變得昭然若揭。

柴之芳：化學對國家安全，對社會經濟的發展，對于人民的健康，包括科學技術的進步，都起著重要的作用。在公共安全方面也發揮著巨大作用。化學家對維護國家安全，維護社會發展，功不可沒。

當今世界，毒品已經與艾滋病、恐怖活動并稱為人類社會的三大公害。對毒品的分析檢驗，也成為近年來越來越熱門的話題。

宋朝錦（北京市公安局法醫檢驗鑒定中心 毒物毒品檢驗專家）：體內毒品的檢驗包括一些吸毒嫌疑人的尿液，唾液，血液和頭發的檢驗，是根據案件要求進行的。

一只緝毒犬能夠快速找到毒品，現在，化學檢測方法也在毒品的快速篩查及種類、來源分析中大顯身手。目前，化學工作者正在不斷研究，如何從分子結構角度研究毒品的成癮機理，為戒毒工作打開新的探索之門。

柴之芳：化學家是安全盾牌，沒有化學，就沒有現代社會，沒有穩定安全的生活，也沒有現代文明。

現代化學大大改善了人們的生活。不幸的是，這門偉大的學科卻被戰爭濫用。第一次世界大戰期間，德國首次使用氯氣作為毒氣。這種黃綠色的氣體順著風向飄散，無數士兵在毫無準備的情況下痛苦地死去。

氯本身是有毒的，每升大氣中含有2.5毫克的氯氣時，即可在幾分鐘內致人死亡。一旦違背道德與人性，化學就有可能失去控制，變成殺人武器。

1925年，30多個國家在日內瓦共同簽署議定書，禁止使用細菌與化學物質作為武器。任何形式的化學殺戮，都將是科學和人類的恥辱。

沒有人會忘記這一段日子。2008年5月12日，中國汶川發生8級大地震。為了避免“大震之后必有大疫”的情況出現，衛生防疫工作必須做到萬無一失。在全力搜救幸存者的同時，災后救援工作也必須時刻監測并保障環境、食品及飲水的安全。（圖14）

丁日高（軍事醫學科學院毒物藥物研究所）：通常是噴灑次氯酸、84消毒液。

為了應對隨時可能出現的一系列疾病或流行病，防疫人員對災區噴灑了大量的化學消毒劑。考慮到水源已經受到污染，為了保證災區人員喝到安全的水，最簡易也是最有效的辦法，就是使用含氯的消毒泡騰片。

丁日高：飲水消毒片含氯，是有氧化作用的物質。

氯氣曾經被用作危險的化學武器，但另一方面，含氯的消毒劑又是人類殺滅細菌、真菌、病毒的得力幫手。如今，含氯的消毒劑被廣泛應用在游泳池、醫院、以及居家生活中，為人體健康筑起一道安全防線。

丁日高：化學消毒劑在化學災害所引起的重大化學污染事件處置過程當中，也是不可替代的。

不過，消毒劑并不是越濃越有效。過多的化學消毒劑，也給我們的生活帶來了麻煩。

柴之芳：比如說廚房里的洗滌液，早先用了很多含氮含磷的，在清潔清洗家庭的同時，它作為廢液進入到我們生活環境里去，引起藍藻、綠藻爆發等等。對化學家來說，要改進、發展，創造新的洗滌劑。這種洗滌劑不含氮，或者不含磷，或者很低很低，能夠達到洗滌、消毒效果，又能夠不污染環境，這是化學家現在必須要積極考慮的。

任何發明創造都可能有它的負面影響，但人類追求探索的腳步從未停止。從遠離叢林的那一刻開始，人類就憑借智慧和勇氣不斷改變自己、改變世界。如今，化學這門古老而又神秘的學科，正在散發出新的魅力，引領人類向著更加綠色、更加廣闊的空間前行。