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能不能給我你死亡的時間?把驗屍全部做完才說再見──《法醫科學研究室》

PanSci_96
・2017/06/08 ・6530字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

  • 【科科愛看書】如果《CSI 犯罪現場》對你來說,是最好下飯的影集,那你絕對要來拜訪一下《法醫科學研究室》。在這間研究室中,會有身處第一線的醫生為你專業解剖八百萬種死法,教你如何從皮屑、纖維、指紋等等蛛絲馬跡,逐漸建立出犯罪現場的真實面貌。無論你是想成為下一位福爾摩斯、還是想用手中鋼筆殺盡天下人(?)都要好好來拜師學藝一下!

到底是何時見閻王?永遠沒有標準答案

死亡時間的判定既是藝術也是科學,需要法醫運用各種技術詳加觀察,做出他的推測。一般而言,屍體死後愈快檢驗,推測上就愈準確。

不幸的是,屍體死後發生的變化捉摸不定,連發生的時段也無法預測。沒有一個因素可準確指出生理死亡的時間,永遠只能做最接近的猜測。但如果充分掌握必要原則,法醫對於生理死亡時間的推測往往具有相當的準確度。

法醫運用各種觀察和檢驗以助做出推測,包括:

.屍冷
.屍僵
.屍斑
.腐壞程度
.胃內容物
.角膜混濁度
.眼球玻璃體鉀濃度
.昆蟲活動
.現場記號

其中最重要也最常用的是屍冷、屍僵和屍斑。法國醫學家、犯罪學家亞歷山大.拉卡薩涅(Alexandre Lacassagne, 1843–1924)醫生,曾任法國里昂法醫學會會長,撰寫了大量關於屍冷(屍溫)、屍僵(屍體的僵硬程度)和屍斑(屍體的顏色)的文獻。

屍體溫度升升降降,正確公式是什麼?

死後的正常體溫為 98.6℉(37℃),屍體會逐漸降溫或升溫,直到與周圍介質達到平衡為止。由於屍體溫度可以方便且快速地測量出來(我們馬上就會談到如何測量),多年來專家一直在尋求利用相關數據推估死亡時間的公式。早在 1839 年,英國醫生約翰.戴維(John Davey)就在倫敦研究屍體失溫的速度,到了 1962 年,馬歇爾(T. K. Marshall)和霍爾(F. E. Hoare)方試圖將相關分析標準化,建立了一套名為「標準冷卻曲線」(Standard Cooling Curve)的電腦運算公式。在這段期間,甚至在馬歇爾和霍爾之後,許多人都試圖設計出類似的算法,可惜沒有一個證實比既有的公式更準確。該公式如下:

死亡時數=(98.6-屍體核心溫度〔℉〕)/1.5

此一概略的失溫速度一直持續到屍體達致環境溫度為止,之後便保持穩定。聽起來夠簡單的了。

不過,情況沒有這麼單純。屍體是否以每小時 1.5℉(0.83℃)的速度失溫,受到周圍環境、屍體大小、衣物及其他因素影響。舉例來說,比起在流動的冰冷河水裡,屍體在溫暖房間裡失溫的速度要緩慢許多。而在酷熱的環境中,例如八月的亞利桑那州鳳凰城一處密閉的車庫裡,室溫可能達 125℉(51.7℃)以上,屍體則可能升溫。關鍵在於,屍體會降溫或升溫直到與環境一致。

圖/GIPHY

驗屍官的技術人員在現場處理屍體時會測量體溫,以及周圍介質的溫度,像是空氣、水、雪或土壤(倘若屍體被掩埋)。理想上,屍溫測的是直腸肝臟的溫度,後者較能準確反映屍體真正的核心溫度。做法是在右上腹開道小切口,將體溫計插進肝臟組織中。唯有受過訓練的人員在法醫的指示下才能執行此一步驟,過程中必須小心不要改變或破壞屍體上任何既有的傷口。有些人建議從刀傷或槍傷的傷口插入體溫計測量核心溫度,便無須製造新的切口。但由於任何外來物都有可能污染或改變傷口,傷口又是案件的關鍵證據,因此不會採取此種做法。基於實際考量,通常是測量直腸溫度。

溫度高低變數多,要把握黃金時間

屍體死後愈快被發現,用這種方式推估的死亡時間就愈準確。屍體一旦達到環境溫度就沒戲唱了。但即使做法正確,又在死後很快進行,屍溫的判定還是會受到一些因素影響而失準。

用來計算的假設條件之一是初始體溫。一般認定正常體溫為 98.6℉,然實際情況因人而異。有些人的正常體溫比其他人要高,女性體溫就有比男性高的傾向。而與發燒有關的疾病會讓死時體溫顯著升高,慢性病、脫水或長時間休克則可能降低初始體溫。多數人的體溫在一天當中也會有所變動(基本上是晝夜不同)。這一切都意謂著計算一開始就有某種程度的誤差。

屍體透過三種不同的機轉被動散熱:輻射(以紅外線的型態散熱)、傳導(散熱至任何與屍體接觸的物體上)和對流(散熱至到流動的空氣中)。屍體的狀態與環境條件影響散熱的速率甚鉅。

肥胖的體型、厚重的衣物、溫暖滯塞的空氣、暴露在陽光直射之下或密閉的環境,都會減緩散熱的速度。脂肪和衣物是很好的隔熱物,所以比起未著衣物而暴露在寒冷或流通的空氣、水以及陰影之下的瘦削屍體,穿著毛衣的肥胖屍體散熱慢上許很多。孩童和老年人,乃至於患有慢性病或瘦弱的人,往往散熱得比較快。倘若屍體接觸到冰冷的表面,如大理石或冰涼的水泥地,散失的熱度會比較大。

導致屍體體溫下降較慢的因素:肥胖的體型、厚重的毛皮……(?)

還有一個變數:死亡幾天之後,蠅蛆開始以屍體為食,牠們的活動和內部代謝過程有時會提高屍體溫度。不過,這對鑑識調查人員應該不構成問題,因為昆蟲活動一旦發展至此,屍溫也就無用武之地了。

如你所見,散熱作用充滿誤差。儘管如此,盡早謹慎測量屍體核心溫度並考量屍體周圍的條件,還是能得出一個合理準確的估計值。

假設有兩個人於夏末在德州休士頓市家中遭到殺害,屍體在死後四小時被發現。一具屍體在室溫 110℉(約 43℃)的車庫裡,另一具屍體則留置在空調維持 72℉(約 22℃)的客廳中。屍體以每小時約 1.5℉ 散熱,如果法醫有證據證明死亡發生於四小時前,他應該會預測核心體溫落在 92℉ 至 93℉ 之間。

1.5 ℉(每小時) × 4 小時=6 ℉

98.6 – 6=92.6(℉)

如果他測得的核心溫度不同,他就要修正他的算法。但萬一受害者年紀很大或很年輕、很瘦、未著衣物,或倒在冷氣送風口附近冰涼的磁磚地上呢?在這些情況下,散熱會更迅速。核心溫度可能是 88℉ 至 90℉(31℃ 至 32℃),或許還更低。法醫若是沒把這些降溫因素考慮進去,就可能推算出一個錯誤的死亡時間。比方說,核心溫度是 88℉,而他未能根據屍體周圍的環境條件做出調整,就可能估算出死亡時間大約已經過七小時。

98.6 – 88 = 10.6 / 1.5 = 7.1 小時

六到八小時和三到五小時是很不一樣的估計值。凶手可能在前一段時間中有牢不可破的不在場證明,而且很容易就能證明自己不在場,因為他當時根本還沒抵達犯罪現場。他說不定正和二十個人共進午餐。但才不過四小時之後,他就可能沒有這種不在場證明。

至於在車庫的屍體呢?法醫會預計屍體一樣以每小時 1.5℉ 升溫,所以核心溫度應該是大約 104℉(40℃),或許甚至更高。

殭屍殭屍,屍體到底怎麼僵?

屍僵(rigor mortis)是肌肉細胞死後的化學反應導致的肌肉僵硬與收縮。造成這種結果的化學反應則是三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,簡稱 ATP)從肌肉流失。三磷酸腺苷是肌肉活動的能量,沒有它,我們的肌肉就無法收縮。三磷酸腺苷的存在與穩定有賴穩定供應的氧氣和養分,隨著死亡時心跳停止便不再供應。三磷酸腺苷指數下滑,肌肉便收縮硬化形成屍僵。後續在腐壞過程中,當肌肉組織本身開始分解,屍體則又不再僵硬,而出現肌肉癱軟(鬆弛)的現象。

肌肉細胞死後的化學反應會導致肌肉僵硬與收縮。圖/IMDb

值得注意的是,全身的屍僵同時開始,但不會同時顯現出僵硬的狀態。屍僵形成的過程有一個可預測的典型模式,那就是首先會在臉部、頸部和手部的小塊肌肉顯露出來,接著再進行到較大塊的肌肉。這種由小到大的漸進過程,純粹是因為較小塊的肌肉含有較少的三磷酸腺苷,流失的速度相對就會較快。再者,小塊肌肉的僵硬狀態也比大塊肌肉更容易顯露出來。

屍僵大約在兩小時內開始,整個過程則需大約十二小時。屆時屍體就會完全僵硬,固定在死亡時的姿勢,這種狀態往往會再延續十二小時。這叫做屍僵的僵硬期(rigid stage)。這個過程接下來就會反轉,從小塊的肌肉開始,漸行至大塊的肌肉,屍體以同樣的模式變得不再僵硬。這個過程又需費時大約十二小時左右,此時肌肉變得癱軟(鬆弛),稱之為屍僵的鬆弛期(flaccid stage)。

12-12-12 是屍僵的一般通則:屍僵在十二小時過後出現,持續約十二小時,在接續的十二小時消退。所以,屍僵只在死後的最初三十六小時內有用。正常的條件下是如此,但依屍體和情況而定又有很大的差異。這些差異使得屍僵成為判定死亡時間最不可靠的方式。

屍僵的秘密:告訴你死者生前在幹嘛

為了解這些差異,我們來看看這個過程背後的生理機轉:

有時屍僵在死後很快就會發生,在任何導致死前消耗三磷酸腺苷的情況下就會出現這種狀況。如果在死亡當下肌肉的三磷酸腺苷指數已經非常低,肌肉的收縮和僵化就會更為迅速。

肌肉活動和過高的體溫是消耗三磷酸腺苷最主要的兩種情況。臨死之際,任何重度的肌肉活動都會加速屍僵的形成。比方說,受害者可能正在跑步、與加害者搏鬥、溺水掙扎,或者嚴重癲癇發作。這當中每一項就算不會消耗肌肉所有的三磷酸腺苷,也會把大半都消耗掉,使得屍僵在死後幾分鐘之內就形成。有趣的是,死前曾遭追逐的受害者最先出現屍僵的會是腿部,在這種情況下,該部位的三磷酸腺苷損耗得最厲害。番木鱉鹼(strychnine)是一種導致驚厥和肌肉抽搐的藥物,情況類似重度的肢體活動。番木鱉鹼中毒的受害者幾乎是立即形成屍僵。

由於體溫升高也會導致三磷酸腺苷的消耗量提高,所以任何提高體溫的藥物或發炎感染的狀況皆可導致屍僵迅速形成。敗血症(血液感染)、肺炎或任何發熱(發燒)症狀的患者,乃至於中暑的人,屍僵都會來得非常迅速。

反之亦然。寒冷的條件會減緩三磷酸腺苷損耗的過程,進而延遲屍僵的開始與進展。暴露在寒冷氣候中而死的受害者,或在死後立刻冰凍起來,可能好幾天都不會形成屍僵,或許要到屍體變暖或解凍之後才會。此外,基於不明原因,肥胖的人比瘦削的人形成屍僵的速度慢。事實上,有時肥胖的人完全不會形成屍僵。

即刻被冰凍起來的屍體有可能完全不會變得僵硬。圖/GIPHY

彎曲或伸展屍體會破壞肌肉纖維,從而破壞屍僵的狀態。一旦遭到破壞,屍僵就不會再恢復。

屍體痙攣(cadaveric spasm)是全身瞬間僵直,使屍體固定在死亡當下確切的姿勢。屍體可能以坐著、跪著、伸出手的姿勢凍結起來,事實上任何姿勢都有可能。屍體痙攣是在極度激烈的肢體和情緒狀況下發生。受害者死亡當下可能緊握一把刀,屍體痙攣將導致那隻手死握這件武器不放。

儘管有些爭議,但對屍體痙攣最貼切的解釋,就是瞬間形成的屍僵。這種看法有道理,因為導致屍體痙攣的條件和導致早發性屍僵的條件類似。

死亡之後變斑馬?屍斑背後學問大

屍體上通常都會有一塊塊的暗沉分布各處。這種暗沉是屍斑(英文稱作 livor mortis、lividity 或 post-mortem hypostasis)。它之所以重要的原因有二:首先是有助判定死亡時間,其次是可以顯示出屍體是否曾遭搬動。後者就算不比前者重要,至少也一樣重要。

屍斑是呈現青紫色調的組織,經驗不足的生手可能會誤認為瘀青。它是血液在血管中淤塞所致。死後心臟停止跳動,血液停止流動,重力導致淤塞的血液沉積在屍體的低位區(〔dependent area〕朝下的部位)。這表示一具仰臥屍(面朝上平躺)會沿著背部及臀部兩側形成屍斑,左側臥屍則會沿著左側肩膀、手臂、髖部和腿部形成屍斑。

死亡姿勢側臥的死者,屍斑便會沉澱在身體朝下的一側肩膀、側腹等地方。圖/IMDb

然而,壓在堅硬表面上的低位區會顯得很蒼白,並在周圍形成屍斑。舉例而言,平躺在地的屍體會沿著整個下側表面顯現屍斑,但實際接觸到堅硬地面的部位除外。頭部、肩胛骨、臀部和小腿的後側接觸點會顯得很蒼白,因為屍體的重量壓在這些支撐點的血管上,使得淤塞的血液無法在此沉積。緊繃的衣物也可能造成一樣的結果,腰帶、褲頭帶或胸罩可能在屍斑分布的區域留下一道白色的痕跡。

屍斑為什麼是這種混濁泛黑的顏色?飽含氧氣的血液是鮮紅色,被剝奪了氧氣的血液則是紫色。死亡之後,心跳和血液循環停止,人體細胞盡其所能吸取所有的氧氣,將血液當中的氧氣剝奪殆盡。缺氧的血液呈現深紫色,沉積之後便形成紫色的屍斑。

但也不是所有屍斑都青青紫紫的,一氧化碳中毒和氰化物中毒的情況下,屍斑可能呈現櫻桃紅或粉紅色。一氧化碳和血紅素結合,產生碳氧血紅蛋白(carboxyhemoglobin),這種化合物的顏色是鮮紅色。同樣的,氰化物和血紅素結合,產生的氰化血紅蛋白(cyanohemoglobin)也是鮮紅色。此外,氰化物是一種代謝性的毒物,妨礙人體細胞使用氧氣。由於細胞不再吸收氧氣,血液保持富含氧氣的狀態,這也使得血液呈現鮮紅色。所以,飽含碳氧血紅蛋白、氰化血紅蛋白或氧氣的血液是鮮紅色,產生的屍斑也反映出這一點。

另一個產生紅色屍斑的常見狀況,是當受害者臨死前或死後暴露在相當寒冷的環境中。在這種情況下,所有的細胞活動因為寒冷而減緩,包括死後從血液吸取氧氣的活動在內,從而使得血液富含氧氣並呈現紅色,屍斑於是就會呈現紅色或粉紅色。

兇案的關鍵證據?線索就在屍斑

失血過多致死(流血而死)的人可能沒有或很少屍斑,由於殘留的血液不多無法沉積,典型的特色是全身都會很蒼白。相反的,嚴重心臟衰竭、中風或窒息而死的人則可能形成深紫色的屍斑,在這些情況下,生前的血液含氧量通常很低,所以顏色會是深紫色,屍斑就會隨之呈現深紫色。

失血過多而死的屍體,可能會體內的血紅素不足以形成屍斑。圖/IMDb

屍斑通常在死後三十分鐘至兩小時開始浮現,在八至十二小時達到巔峰。一開始,改變屍體姿勢會轉移暗沉的位置。如果屍體仰臥兩小時,接著被翻到左側,沿著背部開始累積的屍斑就會轉移,變成沿著左側累積。但六至八小時,屍斑就漸次固定了。(編註:亦有資料指出為六到十二小時)這代表改變屍體姿勢不會導致暗沉轉移。原因在於經過六到八小時之後,這個區域的血管開始破裂,從血管滲出的血液暈染開來,擴及周圍組織。不同於留在血管系統裡的血液,組織裡的血液會固定在原位。法醫可用轉移和固定的屍斑來推估死亡時間,並判定屍體是否被搬動或改變過姿勢─在沒有外力協助的情況下,死者是不會自己這麼做的。

倘若屍體被發現面朝下,胸部、腹部和腿部前側有固定屍斑,法醫便可推斷死者至少是六至八小時前死亡,可能更久,但不可能更短。如果屍斑還能轉移,死者就可能是在不到四小時前死亡。反之,若屍體被發現面朝下,但卻在背部有固定屍斑,那麼屍體就是在死了至少六小時後被移動過,但不會更早,否則屍斑會轉移至新的低位區。這代表屍體死後先是仰臥至少六小時,久到足以讓屍斑固定,接著才被翻過來趴著,或者移動到一個完全不同的地點,以趴姿被棄屍。

此一固定的過程不是一種兩極化的絕對現象,而是漸進式的。意即在四到六小時之間,有些屍斑可能會固定,有些則可能還是會移動。如果法醫發現屍體背部有一些淡淡的固定屍斑,正面則有真正固定的屍斑,那麼他或許會推斷屍體先是躺在地上四小時左右,接著被人搬動,改成面朝下放置,再趴了六小時左右。

同樣的過程也發生在內臟。解剖一具仰臥姿的屍體時,法醫預計會發現血液沿著肺臟、肝臟、脾臟、腦部,以及其他內臟的後緣區(背側)沉積。這可能會構成問題,因為仰臥姿受害者的血液會沿著頭皮及腦部後側淤積,甚至會滲透到硬腦膜下腔(介於腦部和顱骨之間的空間)。乍看之下,這種淤積的情況看起來可能像是後腦受到鈍器重擊,導致頭皮和腦部挫傷(瘀血)。法醫必須運用專業知識和經驗做出區別。

從這裡你就看得出來,審慎檢驗屍斑的模式可為凶案提供關鍵證據,並協助重建圍繞著死亡的案發過程。如果屍斑的模式和屍體的姿勢不符,那就表示有人有理由要移動屍體。那個人不一定是凶手,但凶手最有可能是他。也有些時候,發現至親屍體的家屬可能會想在報警之前清理屍體,或將屍體調整成較為雅觀的姿勢、移動到較為得體之處。

以上的推理過程假設的都是正常的情況。由於屍體的腐敗主要是依周圍的氣溫而定,而屍斑的固定是由於血管破裂,釋放出來的血液滲透到組織當中,所以任何加速或減緩腐敗過程的因素,都會對屍斑的固定起一樣的作用。在濕熱的環境中,屍斑可能在三、四個小時這麼短的時間內就固定。在較冷的氣候中,則可能要三十六小時之久。


 

 

本文摘自《犯罪手法系列-法醫科學研究室:鑑識搜查最前線, 解剖八百萬種死法》,麥田出版

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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鑑識故事系列:吊死後,下巴才脫臼?!
胡中行_96
・2023/08/31 ・1931字 ・閱讀時間約 4 分鐘

澳大利亞維多利亞州的驗屍官,每年獲報 7,000 個案件,主要涵蓋意外死亡,以及診療後或照顧、監管中喪命。它們的現場照片、已知情況、電腦斷層掃描影像和屍體外觀,通常先由鑑識病理學家檢視。同時,家屬可能有所疑慮,並要求解剖。驗屍官會綜合以上,決定是否動刀。這回維多利亞法醫機構(Victorian Institute of Forensic Medicine),從驗屍官那裡收到兩個疑似上吊的案子,得先進行初步的司法驗屍。[1]

非本案使用的電腦斷層掃描儀。圖/Tomáš Vendiš on Wikimedia Commons(CC BY-SA 4.0)

電腦斷層掃描

儘管無法完全取代解剖,電腦斷層掃描仍是驗屍的重要程序:一方面,可以在動刀之前,為屍體留下永久性的電子紀錄;另方面,也能預覽哪裡是解剖時得特別注意的部位[1, 2]所有來到維多利亞法醫機構的屍體,都會被德國進口的西門子電腦斷層掃瞄儀,從頭到腳,仔細地掃描一次。[1]

驗屍

A 男是個 173 公分高,67 公斤重,20 來歲的青年。有憂鬱症病史,而且最近承受不小的人際壓力。一條直徑 1.5 公分的繩索,繫住他的脖子,繞過左耳後方,將整個人懸吊於樹上。電腦斷層掃描顯示他右邊的下顎髁骨(mandibular condyle)向前錯位,連帶下顎左邊偏移、交錯咬合(crossbite);還有舌骨(hyoid bone)左側的大角(greater cornu)骨折,而右側的變形。外觀檢查方面,已經出現屍僵(rigor mortis)、屍斑(postmortem hypostasis);但尚無分解腐化的跡象。下巴向左傾斜,脖子則被繩索擦傷。[1]

a. 交錯咬合;b. & c. 右邊下顎髁骨錯位。圖/參考資料 1,Figure 2(CC BY 4.0)
舌骨的位置。圖/Anatomography on Wikimedia Commons(CC BY-SA 2.1 JP)

B 男,30 幾歲,高 181 公分,重 111 公斤,也有人際上的壓力。急救人員趕到工廠,弄斷直徑 1 公分,順著右耳後方懸起的繩索,將他放下。電腦斷層掃描影像上,他左側的下顎髁骨向前移位,造成下顎右側偏移、交錯咬合;舌骨右邊與甲狀軟骨(thyroid cartilage)上角(superior cornu)骨折。以肉眼觀察的話,跟A男一樣,可見屍僵及屍斑,而且也還沒腐爛。他的下巴朝右傾;脖子的皮膚被繩索磨出褐色、乾燥的擦傷;結膜與鞏膜有些瘀點(petechiae)。[1]

a. 交錯咬合;b. 左側下顎髁骨移位;c. 右側下顎髁骨位置正常。圖/參考資料 1,Figure 4(CC BY 4.0)
舌骨(hyoid bone);甲狀軟骨上角(superior cornu of thyroid cartilage)。圖/Olek Remesz on Wikimedia Commons(CC BY-SA 2.5)

下巴單邊脫臼

除了四肢受傷,上吊主要會破壞頭、頸,特別是導致頸部擦傷;皮膚和眼睛的瘀點;以及舌骨、頸椎、喉頭軟骨骨折等。[1]其中喉頭軟骨,包含上述的甲狀軟骨。[3]因此,這兩名死者大部份的創傷,都不令人意外。不過,以往的文獻似乎沒有把顳顎關節(temporomandibular joint)的下顎髁骨向前移動,使下巴單邊脫臼的現象,視為觀察重點。[1]

死後狀似受傷的屍體變化,鑑識病理學家一般都頗為熟悉。比方說,腐敗的過程中,關節會開始鬆脫。可是這兩具屍體,都還沒分解到那個程度。那麼會不會是死前遭受鈍器傷害,或是他殺所致?兩名男子不僅都有自殺的動機,身上沒有被攻擊的跡象;警方也未在現場找到他人介入的證據。另外,在正常狀況下,下顎髁骨向前時,嘴巴應該會張開,跟這裡的情形不同。[1]

維多利亞法醫機構的團隊認為,兩具屍體下巴單邊脫臼,是因為繩索懸吊時的力道偏向一邊,固定住下顎同側的關節,卻將對角的那頭拉離原位,而且必定是屍體僵硬了才發生,所以嘴巴無法大開。他們覺得這個新發現的吊死特徵,值得與其他同業分享。於是圖文並茂地寫了篇個案報告,發表在 2023 年 7 月 18 日的《國際法醫期刊》(International Journal of Legal Medicine)上,還介紹電腦斷層掃描儀的型號及技術摘要,供大家參考。[1]

  

參考資料

  1. Glengarry J, Beaugeois M, Bugeja L, et al. (2023) ‘Suspension-associated dislocation of the jaw in hanging’. International Journal of Legal Medicine, 137, 1489–1495.
  2. Sonnemans LJP, Kubat B, Prokop M, et al. (2018) ‘Can virtual autopsy with postmortem CT improve clinical diagnosis of cause of death? A retrospective observational cohort study in a Dutch tertiary referral centre’. BMJ Open, 8:e018834.
  3. Suárez-Quintanilla J, Fernández Cabrera A, Sharma S. (05 SEP 2022) ‘Anatomy, Head and Neck: Larynx’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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鑑識故事系列:水刑,沒有遺書
胡中行_96
・2023/08/07 ・1695字 ・閱讀時間約 3 分鐘

22 歲的義大利男性學生跟人講好時間,卻不知何故爽約。對方找上家長,但後者試圖電話聯絡,都無人接聽。該學生住所的公寓管理員,於是受家長請託,帶著備用鑰匙,前去查訪。當她推開門,潺潺水聲從浴室的方向,傾瀉而來。[1]

當時水不斷地從箭頭處的蓮蓬頭流出。圖/參考資料 1,Figure 1A(CC BY 4.0)

命案現場

急救人員接獲管理員的通報,抵達現場。看見一名膚色淺,體毛黑,近乎全裸的男性,躺在浴缸裡。蓮蓬頭的水,朝男子頭上罩著的帆布袋直沖。他們把水關了,剪斷頸部的白色尼龍繩,掀開帆布袋,宣告男子死亡。(請慎入命案現場無碼照片。)[1]

警察與鑑識專家稍後趕到蒐證:男子的手臂和手腕都被捆著,還有一只小鎖緊扣左右兩邊的尼龍繩。小鎖的鑰匙跟一把剪刀,落在浴缸底部,算是雙手可即之處。屍斑(post-mortem lividity)明顯,只是部份因背部擠壓而消失。脖子、四肢與開闔嘴巴的顳顎關節,都呈現屍僵(rigor mortis),已經硬化。[1](請慎入屍體照片。)

公寓內乾淨整潔;門窗沒有強行進入的跡象;廚房桌上,有咖啡及水各一杯;用剩的尼龍繩,則散落於臥室地板。家屬向警方表示,男子既沒有精神病史或社經困難,亦未曾顯露自殺傾向。[1]

A. 臥室地板上的尼龍繩;B.(6)小鎖的鑰匙、(7)剪刀。圖/參考資料 1,Figure 3(CC BY 4.0)

死亡時間

由於男子似乎剛過世不久,從死後身體降溫的屍冷(algor mortis)現象,判斷死亡時間,會是最精準的方法。[2]此時室溫 24.0 °C,而男子的肛溫 32.5 °C,[1]再配合體重和衣著覆蓋程度等資訊,[3]根據 Henssge 列線圖(Henssge nomogram),可推估死亡時間為 5 至 12 小時前。[1]

Henssge 列線圖:綜合肛溫和環境溫度,以及體重、衣著等資訊,推測死亡時間。圖/HB on Wikimedia Commons(GFDL 1.2+)

司法驗屍

36 小時後,檢方要求米蘭鑑識機構(Milan Institute of Legal Medicine)進行司法解剖:男子高 180 公分,重 70 公斤。身上沒有鈍器損傷,或自我防禦的痕跡。照理來講,死前若曾掙扎,上肢通常會留下不少的傷。他頭顱兩側,位於耳朵附近的顳骨岩狀部出血。胃裡僅有 50 毫升的褐色液體,無食物殘渣。呼吸道方面,肺臟外表蒼白,內部進水,體積過度膨大,且部份區域出血;肋膜下有瘀點;氣管、主支氣管裡,則有帶血色的泡沫。死後理應崩塌的肺部,受支氣管裡的積水影響,於水性肺氣腫(emphysema aquosum)的情況下,維持著吸氣時鼓脹的形狀。 [1]

另外,由送驗的毛髮、血液、尿液、膽汁、鼻腔拭子、腦部切片和胃部殘留物等,排除男子在酒精或藥物抑制中樞神經的狀態下,被人殺害。而公寓內採集到的 DNA,都屬於他本人。警方調閱監視錄影,也證實在估計的死亡時間內,周邊沒有可疑活動。[1]

水刑

最後,法醫判定男子死於水刑(waterboarding)溺斃,一種向口鼻灌水,極其嚴酷的軍事逼供手段。然而,文獻統計 215 起浴缸陳屍案件中,僅 11 起為謀殺,而且遭人強迫溺水窒息的那 2 起,有諸多鈍器損傷,明顯與此案不同。上述的其他證據和檢驗結果,也指出案發當時,應該沒有別人在場。那麼尼龍繩與帆布袋,大概得由男子自己捆上身。警方根據男子於命案現場的樣貌,反推綁縛的步驟,認為雖然困難,但是確實可行。法醫則解釋死者之所以這麼做,通常是為了避免因痛苦而反悔。不過,公寓內尋無遺書。直到 2021 年鑑識期刊登載此案,男子自殺的動機,依然不明。[1]

自殺防治專線
 衛生福利部安心專線 1925
 生命線協談專線 1995
 張老師輔導專線 1980

  

參考資料

  1. Galante N, Terzi M, Gentile G, et al. (2021) ‘An unusual suicide by self-waterboarding: forensic pathological issues’. International Journal of Legal Medicine, 135, 2351–2356.
  2. Shrestha R, Kanchan T, Krishan K. (30 MAY 2023) ‘Methods of Estimation of Time Since Death’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls.
  3. Wilk LS, Hoveling RJM, Edelman GJ, et al. (2020) ‘Reconstructing the time since death using noninvasive thermometry and numerical analysis’. Science Advances, 6, 22.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。