协和医院对朱令进行了多项检测（包括艾滋病病毒HIV、嵴髓穿刺、核磁共振、免疫系统、化学物质中毒、抗核抗体、核抗原抗体和莱姆病等），但除了莱姆病以外，其它项目的化验结果皆为阴性。
1995年4月10日，朱令的高中同学、北京大学力学系92级学生贝志城、蔡全清等人当时将这种不明的病症翻译成英文，通过互联网向全球发出求救电子邮件。之后收到世界18个国家和地区上千封回信，其中约1/3的回覆认为这是典型的铊中毒现象。圣裘德儿童研究医院（St. Jude Children's Research Hospital，USA）的医生在回信中指出“疑似铊中毒，认为根据头髮脱落、胃肠道问题和神经问题等症状几乎可以确诊”。由于当时中国互联网不发达， 加州洛杉矶分校（UCLA）的Xin Li博士在该校服务器上和John W. Aldis博士一起曾帮助创建了UCLA朱令铊中毒远程诊断网，在朱令铊中毒远程诊断的信息发布和协调上起了关键作用。
被投毒前的朱令
由于互联网上的回信怀疑是铊中毒，当朱令父母得知北京市职业病卫生防治所的陈震阳教授可作做铊中毒鑑定后，在一位协和医生的暗中帮助下，取得朱令的尿液、 脑嵴液、血液、指甲和头髮，于1995年4月28日来到北京市职业病卫生防治所进行检验。当天，陈震阳即出具了检测报告，认为朱令为两次铊中毒，第二次中毒后朱令体内铊含量远远超出致死剂量，并怀疑有人蓄意投毒，同时建议服用普鲁士蓝解毒。
根据互联网的反馈以及陈震阳4月28日的化验结果，朱令开始服用对症药普鲁士蓝，服用当天，血液中的铊离子浓度开始下降，这是朱令到协和医院求诊的第50 天，一个月后（一说10天），体内的铊被排出。但是，由于铊离子在体内滞留的时间太长，朱令的神经系统遭到严重损害，视觉几乎完全丧失，肌体功能也受到严 重损伤，且仍处在昏迷中。
为朱令作铊检测和远程诊断的医生都提出了朱令是被蓄意投毒的意见。圣裘德儿童研究医院的医生在回信中还指出“如果不是朱令在工作中使用到铊（一如在生产光 学镜头中需要），那么很有可能是被人故意投毒”。北京职业病防治所陈震阳认为朱令为两次铊盐中毒，第二次中毒是致死的大剂量，并判定是有人投毒。
1995年4月29日晨，朱令父母要求清华大学立即保护现场，查封朱令在学校的物品，进一步化验。1995年5月7日，北京市公安局开始正式立案调查。但在立案之前，在铊中毒确诊后的五一放假期间，也就是朱令家人要求保护现场后的几天内，朱令宿舍曾发生离奇盗窃案，朱令的洗漱用品丢失。
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