《环境法医学方法》汇集了环境科学、化学、地质学、微生物学及法学等领域的权威专家，系统介绍了环境法医学的核心技术方法及实际应用案例。环境法医学旨在通过科学手段追溯环境污染源、评估责任归属，并为环境司法案件提供关键证据。《环境法医学方法》各章节涵盖了放射性核素、石油烃指纹、生物标志物、微生物技术、多元统计及建模等前沿方法，同时探讨了证据链构建与专家证人的法律角色，是环境科学家、法医学专家和法律从业者的重要参考资料。

目录
**章 环境法医学简介 1
1.1 简介 1
1.2 准备 2
1.2.1 现场 2
1.2.2 事件和泄漏 3
1.3 法律框架 3
1.4 背景与本底 4
1.5 了解污染物 5
1.6 取样 6
1.6.1 介质 6
1.6.2 偏差 6
1.6.3 子样数 7
1.6.4 子样量 7
1.6.5 安全性 7
1.6.6 成本 7
1.7 分析 8
1.8 案件分析 8
1.8.1 统计学方法 9
1.8.2 数据报告 9
1.9 源头、途径与受体 9
1.10 案情举证 10
1.11 专家证人报告 10
1.12 参考文献 11
第二章 环境中的放射性核素 ：示踪剂和年代测定 13
2.1 简介 13
2.1.1 放射性核素的来源 13
2.1.2 陆地和海洋环境输入放射性核素 14
2.2 主要放射性核素的环境化学 15
2.2.1 天然放射性核素 15
2.2.2 人工放射性核素 17
2.3 放射性核素在示踪和年代测定中的应用 19
2.3.1 应用与分析理论 19
2.3.2 微粒测量 20
2.3.3 溶解相测量 21
2.4 案例研究 23
2.4.1 后处理放射性核素作为示踪剂及将其用于年代测定 24
2.4.2 地下水研究中的Ra和Rn 26
2.4.3 210Pb和多同位素沉积物年代测定 27
2.5 放射性核素在环境法医学中的现实和未来作用 29
2.6 参考文献 30
第三章 石油烃的化学指纹图谱分析 40
3.1 简介 40
3.2 石油烃指纹图谱分析方法 42
3.2.1 源特征性目标烃类 42
3.2.2 层次分析方法 50
3.2.3 修订后的北欧测试合作组织溢油识别方法 52
3.2.4 二维气相色谱法 ：一种新兴的碳氢化合物指纹图谱技术 53
3.3 石油和石油产品的化学成分及泄漏鉴定 55
3.3.1 原油的化学成分特征 55
3.3.2 成品油的一般化学成分特征 59
3.3.3 石油和石油产品的多环芳烃指纹图谱 63
3.3.4 石油和石油产品的生物标志物指纹图谱 71
3.3.5 使用碳氢化合物指纹图谱进行风化检查 85
3.3.6 案例分析 ：使用多标准方法识别未知泄漏样本来源 90
3.4 结论 96
3.5 致谢 96
3.6 参考文献 97
第四章 环境法医学研究中的生物标志物和稳定同位素 103
4.1 简介 103
4.2 环境法医学中的生物标志物 104
4.2.1 原油和成品油环境法医学中的生物标志物 109
4.2.2 生物标志物的其他法医学应用 118
4.3 环境法医学中的稳定同位素 119
4.3.1 同位素地球化学———原理 121
4.3.2 稳定同位素在污染物溯源中的应用 124
4.3.3 稳定同位素在污染物衰减研究中的应用 130
4.4 污染物泄漏的年代测定 142
4.5 结论 144
4.6 参考文献 145
第五章 水、沉积物和土壤中挥发性有机化合物的分析及其在环境法医学中的应用 156
5.1 简介 156
5.1.1 寿命 157
5.1.2 亨利定律常数 158
5.1.3 人为贡献 158
5.1.4 卤代烃的海洋天然来源 160
5.1.5 降解及归宿 160
5.2 挥发性有机化合物的分析 162
5.2.1 溶剂萃取 162
5.2.2 顶空 163
5.2.3 动态顶空(吹扫和捕集) 163
5.2.4 固相微萃取 163
5.2.5 固相微萃取技术分析不同基质中的挥发性有机化合物 165
5.2.6 海水样品中的来源识别 166
5.2.7 沉积物 167
5.2.8 数据统计方法 172
5.3 结论 172
5.4 参考文献 174
第六章 分子微生物学在环境法医学中的应用 179
6.1 简介 179
6.2 微生物学和环境法医学 179
6.3 微生物分析和环境法医学 180
6.4 分子微生物法医学技术的基础 181
6.4.1 核糖体 182
6.4.2 核糖体RNA 与分类学 183
6.4.3 PCR 183
6.4.4 基于PCR的DNA指纹技术 185
6.4.5 PCR方法的局限性 193
6.4.6 对特征的法医学解释 194
6.5 结论 195
6.6 参考文献 195
第七章 生物群落在海洋环境法医学中的应用 198
7.1 简介 198
7.2 评估影响海洋系统的生态学工具 199
7.2.1 单变量指数 199
7.2.2 多指标指数 200
7.2.3 多变量和建模方法 201
7.3 利用指示物种评价生态质量的方法 202
7.4 检测海洋系统中环境影响梯度的示例 204
7.4.1 案例1：探测河口系统的时空变化 206
7.4.2 案例2：探测海底排污口的空间和时间梯度 210
7.4.3 案例3：检测油田开发中的空间梯度 214
7.5 综合讨论 217
7.6 结论 219
7.7 参考文献 219
第八章 环境污染法医学鉴定中的归一化技术 226
8.1 简介 226
8.2 常用的归一化技术 228
8.2.1 物理分离 228
8.2.2 粒度归一化 229
8.2.3 元素归一化 230
8.2.4 提取后归一化技术 237
8.3 归一化技术的应用 238
8.3.1 新南威尔士沿岸大陆架的海洋沉积物 238
8.3.2 杰克逊港的河口沉积物 240
8.3.3 汇水区的河流沉积物 242
8.4 结论 243
8.5 参考文献 244
第九章 环境法医学中的多元地质统计学方法 249
9.1 简介 249
9.2 统计方法 249
9.2.1 比较统计学 250
9.3 多元方法 252
9.3.1 主成分分析法 253
9.3.2 偏*小二乘法 263
9.4 地质统计学 267
9.4.1 变异函数/半变异函数分析 267
9.5 参考文献 273
第十章 建模技术在大气污染源识别中的应用 277
10.1 简介 277
10.2 排放源 278
10.3 建模简介 279
10.3.1 建模指南 279
10.3.2 模型的类型 281
10.3.3 建模框架的类型 282
10.3.4 盒子模型 283
10.4 高斯模型 284
10.4.1 简介 284
10.4.2 基本扩散方程 284
10.4.3 烟羽抬升 285
10.4.4 帕斯奎尔吉福特扩散参数 286
10.4.5 模型不确定性 290
10.4.6 模型验证 291
10.4.7 大气扩散模型的类型 291
10.5 扩散建模应用 292
10.5.1 1998年9月空气污染事件 292
10.5.2 2001年英国口蹄疫疫情 295
10.6 污染源解析 298
10.6.1 受体建模 299
10.6.2 与化学质量平衡法的比较 302
10.6.3 实际工作中的受体模型 303
10.7 结束语 309
10.8 参考文献 309
第十一章 环境司法案件中的证据和专家证人 317
11.1 专家流程 317
11.1.1 多伯特标准与自由化证据的目标 317
11.1.2 潜在的问题 323
11.1.3 蹩脚科学家式法官 323
11.1.4 经理式法官 325
11.1.5 了解案例 326
11.2 法律背景 327
11.2.1 概述 327
11.2.2 环境私法 327
11.2.3 环境公法 331
11.3 环境正义 338
11.4 结论 338
11.5 参考文献 339

**章环境法医学简介
　　Stephen M.Mudge
　　1.1简介
　　环境法医学听起来是一门颇具吸引力的、令人兴奋的学科，但同时也涉及很多例行分析和报告写作。我们必须以科学的方式对待本学科，其中的各种猜想都要经过严格的证实。在英国，环境法医学者的职责是服务于法庭，协助警察查明案件事实真相，而非效忠于任何一方当事人——即便该当事人可能为其所做的工作支付诉讼费用［《民事诉讼规则》第35部分（Civil Procedure Rules， Part 35）］。对真理的定义也可能存在争议，作为科学家，我们通常先接受假设为真，直到我们找到一个更好的假设来描述观察结果，或者找到一个例外来反驳它。这些事实可能是真实的，也可能只是我们目前的“*佳猜测”。我们对真理的定义可能不同于法庭对其的定义，前者可能基于个人信念。
　　环境法医学是一门真正的多学科交叉融合学科，其包含了化学、物理和生物学方法，以确定环境污染的来源和程度。这项工作不仅仅要在学术界得到认可，也需要在法庭上被接受，因此逻辑方法是本学科的关键。环境法医学从业者应该意识到，他们虽然不是环境领域各方面的专家，但应该能对系统的运行有足够的了解，知道每种情况下什么样的分析是*合适的。有时简单的化学分析就足够了，但是取样设计和质量保证必须同时进行，以确保分析结果的有效性。在某些情况下，可能需要更复杂的统计学方法、年代测定技术或生物群落数据。环境法医学关键因素是要知道怎么解决问题和向谁请教。
　　社会标准随着时间而变化——不仅涉及行为或道德，还涉及我们对环境污染的接受程度。其部分原因是人们对化学品相关风险有了更深入的了解，同时也因为人们需要一个更清洁的生活环境。为了应对这些社会变化，法律也随之改变，以满足人们的期望。作为过去200年快速工业化的代价，高浓度的污染已经被接受，其中一些化学物质可能至今仍然存在于被污染的土地、地下水或海洋系统中。在环境法医学中，有必要确定所有污染物的来源，将其置于地理和法律的背景中，确定其传播途径、浓度高于背景值的污染物种类。本书提供了一系列可实现此目的的方法和途径，每个领域的专家对本书章节都有贡献，且所有章节都清晰排序，从而为所有从业者提供一个技术指南。
　　1.2准备
　　所有严谨的科学研究和诉讼案例都是经过精心策划的，充分的准备可以预防糟糕的表现，这也是严谨的环境法医学的必要组成部分。在环境法医学从业者受邀参与一个案件时，就应在离开办公室之前仔细计划取证方法。环境司法案件类型有两种：一种是污染随时间累积产生，调查此类现场，可能会以一种稍微从容的方式进行处理；另一种是突发严重泄漏事件，调查此类现场时，速度至关重要。针对这两种不同的案例情况，我们通常采取不同的处理方法。
　　1.2.1现场
　　在到达现场前，严谨的做法是尽可能多地寻找相关信息，即使只是为了知道在哪里收集*有用的样本。在这方面，历史记录和公司记录对此有很大帮助。*先应该使用的资源之一是地图，包括标准的地形图（如英国地形测量局编制的地形图）以及标明地形、水系分布、岩石和土壤类型的地质图。这些地图虽然不一定都能用到，但应该尽量去收集。
　　航拍照片（Davis et al.，2005）也可以发挥重要作用。通过识别照片拍摄时现场的情况，可以获取有用的信息。如果可以获得一系列不同时间拍摄的照片，就可以将关键日期缩小到很小的范围（Davis et al.，2005）。这对确定特定污染事件或污染物释放起始点的日期非常重要。谷歌地图在解析可能的污染物来源方面也发挥了很大的作用（Kalin，个人通信）。
　　现场的物理特征和以往的监测记录可以用来表征污染物的变化趋势、潜在来源、污染物排放量和场外受体的方向和位置。应用这些数据时必须科学严谨，以确保不会因为使用了之前的研究结论而引入偏差。这些研究应该被借鉴，但是我们也应该从数据中得出自己的结论。
　　1.2.2事件和泄漏
　　对于正在发生的事件，应制订计划以确保收集到的任何样本都能得出有意义的统计学结果。这里需要强调的是要“做好准备”，即确保采用适当材质的采样容器（例如，有机污染物采样使用玻璃容器、金属污染物采样使用塑料容器），并且容器已经清洗干净，随时可以使用。采样人员还应该了解污染物的化学性质（特别是水溶性），以便收集到有代表性的污染物。
　　一些污染物可能通过大气层迁移，使用高斯烟羽扩散模型可以快速评估当前天气条件下可能受影响的*大区域。准确预测污染物沉积区域所需参数，包括污染物的热升力、风向和风力、混合层的厚度以及建筑物的影响等。这种简单的建模方法能给采样人员指明正确的污染物的迁移方向和与污染源的距离，以确保能够采集到有代表性的样本。
　　对于污染物泄漏事件，考虑到以后可能无法再收集到有用的样本，因此更为谨慎的做法是现场收集比实际所需更多的样本。采用正确的样本保存方式，确保样本能够长时间保持稳定，以满足样本分析的需求，同时还应考虑样本在保存过程中的损失问题。在某些情况下，如港口的石油泄漏，通常会有几个潜在的碳氢化合物来源，人们无法立即判断出来源（Hegazi et al.， 2004； Staniloac， Petrescu and Patroeseu，2001），因此应尽可能多地收集该区域的潜在污染来源，这可能需要执法机构的协助。
　　1.3法律框架
　　在刑法规定中，必须要对污染事件进行责任认定。这虽然听起来很容易，但是许多化合物在法律法规中并没有强制性的限制规定。因此，许多法律法规使用“有毒物质”等来总括性地表述可能存在的污染物［例如，1997年《商船运输和海上安全法》（Merchant Shipping and Maritime Security Act）］。随着时间的推移，我们的法律在不断完善，特别是主要立法下的次要文书［例如，1998年第1153号法定文书：《商船运输（散装危险或有毒液体物）（修正案）条例》（The Merchant Shipping［Dangerous or Noxious Liquid Substances in Bulk］［Amendment］ Regulations， 1998）］，这些也反映了人们对环境中化学品的接受程度以及对人类长期暴露在污染环境中的认识。
　　在过去10年里，欧洲的大部分环境保护立法都源自欧盟指令。重要的立法包括《水框架指令》（2000／60／EC）［the Water Framework Directive （2000／60／EC）］和《关于预防和修复环境损害的环境责任指令》（2004／35／CE）。欧盟指令虽然规定了目标，但每个成员国可能会通过实施自己的法律来达到这些目标，因此整个欧洲大陆的各国之间会存在差异。
　　所有这些法规都朝着让人们生活环境更清洁的方向迈进。但是，之前已经发生的污染不会因为我们改变了污染物允许排放标准而消失。
　　1.4背景与本底
　　除某些放射性元素外，所有元素在人类在地球上开始活动之前就已存在于自然环境之中。根据岩石类型和生态系统的物理化学性质，可以看出这些元素的浓度变化很大。因此，即使在原始的环境中，我们也会发现这些元素的一个自然浓度范围。人类不断进化，并且在1750年左右开启了工业化时代浪潮（Clark and Jacks，2007）。从工业化时期开始，环境中许多元素的浓度与几千年前相比发生了巨大的变化，铅（Pb）和铜（Cu）就是典型的例子。经过多年的资源开发，人们已经认识到其中的一些元素对人类健康存在潜在的危害。因此，环境方面的立法使人们的资源使用模式发生了变化，目前人类向环境中排放的这些元素显著减少。
　　如果泄漏物包括天然存在的元素或化合物，通常需要将环境中新的浓度与历史的浓度进行比对，以证明泄漏物存在富集现象。但问题的关键是用什么方法来评估泄漏物的浓度，更进一步说，修复应进行到何种程度。所有这些都必须放在人类先前活动的背景下。图1.1显示的是一个相对偏远的苏格兰海湖岩芯沉积物中铅分布的例子（Treadwell， unpublished data）。
　　图1.1苏格兰海湖岩芯沉积物中铅的分布
　　该地点虽然没有直接受到工业活动产生废物的影响，但像大多数北半球场所一样，它确实有人为活动造成的大气污染沉降。在大于110cm的深度，铅浓度相对稳定，随时间变化很小。然而，在70～110cm的深度，铅在沉积物中的浓度积累速度急剧加快，这与工业革命的开始以及煤炭和其他自然资源使用的增加相吻合，后期的增加主要是由于铅在汽油中的使用。1980年以后，汽油中铅的使用量减少并逐渐被淘汰，沉积物中铅的浓度也逐渐变低，目前表层沉积物中铅浓度明显较低。
　　在环境污染修复方案中，要求责任方处理到自然的、人为活动之前的浓度，还是处理到泄漏前一天的浓度，需要根据污染物的性质来决定，这两种极端情况所涉及的工作量和成本可能会有相当大的差异。
　　1.5了解污染物
　　在任何情况下，有必要了解污染所涉及的物质、生物体的环境化学和生物学特性。在制定采样方案时需要考虑样本的半衰期、光降解、水溶性、毒性或生态毒性等信息。
　　采样方案的制定必须考虑这些因素，并在规定的时间内收集适当的介质（水、土壤、沉积物和大气），特别是化合物迅速降解或挥发时更应该注意收集时间。细菌在某些条件下可能会快速死亡，因此需要快速取样来确认它的存在。毒性方面主要考虑对样本采集人员的健康影响及对生态系统的影响。在某些情况下，污染物可能会对生物群产生影响，改变群落结构，随后污染物迁移扩散。在这种情况下，群落采样可以表明影响的存在或影响的程度（Hopkins and Mudge，2004）。
　　当环境变化导致化合物分解时，对分解产物进行采样可能比对原污染物进行采样更合适，化合物水溶性特征也应予以考虑。这方面的一个很好的例子是对氯乙酰胺类除草剂的研究，这类除草剂会产生未被充分研究的降解产物（Hladik， Hsiao and Roberts，2005）。
　　1.6取样
　　所有采样方案都需要进行详细设计，以确保相关样本采集（Warren，2005）、保存和前处理的规范性，不会改变污染物的原始浓度。在采样方面，已经出版了一系列的专著，*近的一份出版物（Morrison and Murphy，2006）涵盖了广泛的环境污染物及其采样方法，主要包括以下几方面。
　　1.6.1介质
　　环境法医学中需要采集的环境介质类型，以及这些介质中的污染物或其降解产物是否能够代表污染物累积过程，可以通过污染物分析来确定，主要资源包括在线数据库，如Beilstein（Elsevier）。我们根据辛醇在水中的分配系数（Kow），可以大概确定污染物的分布情况，同时需要注意疏水性可电离有机化合物（hydrophobic ionisable organic compounds， HIOCs）（Amiri， Bornick and Worch， 2005； Kolpin et al.，2002）。
　　1.6.2偏差
　　任何科学家在环境司法案件中的角色都是为了获得真相，包括确定污染源和确定污染的影响。无论是采样点的选择，还是利用分析结果判定污染来源，均会存在偏差，这可能会导致不能准确反映事情的真相，因此任何从业者应以公平公正的态度行事，以确保所有的可能性均能被发现，这一点至关重要。