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【本科论文】简谈头发中无机元素的分析(论文范文选题)

星级: ★★★★★ 期刊: CN刊物作者:骆如欣,张素静,卓先义,等浏览量:4617 论文级别:最新本章主题:头发和元素原创论文: 5156论文网更新时间:10-27审核稿件编辑:Newman本文版权归属:www.5156chinese.cn 分享次数:3592 评论次数: 8755

导读:头发中无机元素的分析是一篇关于头发和元素的论文格式修改,免费分享供广大学者参考,希望对学生们写作论文提供清晰写作思路。

骆如欣,张素静,卓先义,马 栋

(司法部司法鉴定科学技术研究所 上海市法医学重点实验室 上海市司法鉴定专业技术服务平台,上海 200063)

摘 要: 无机元素与人体健康密不可分,虽然无机元素在体内的含量微乎其微,但是却起到了重要的生理作用.一般来说,无机元素在人体内有一个最适浓度范围,当其不足或浓度超过某一限度后就可能对人体健康造成不良影响.目前,用于测定人体无机元素含量的常用检材为血液和尿液,而头发具有易取材、易储存以及检测时限长等优势越来越被重视.近年来,许多学者发现头发中无机元素含量与人体健康有着密切的关系,头发作为无机元素分析的检材越来越受到人们的重视.因此,综述了近年来国内外关于头发中无机元素测定的发展动态,其内容主要包括头发的清洗方法的对比;头发中无机元素的提取方法和分析技术.

关键词: 头发;无机元素;样品前处理;综述

中图分类号: DF795。4  文献标志码: A  doi: 10。3969/j。issn。1671-2072。2017。04。004

文章编号: 1671-2072-(2017)04-0023-06

Analysis of Inorganic Elements in Hair

LUO Ru-xin, ZHANG Su-jing, ZHUO Xian-yi, MA Dong

(Institute of Forensic Science, Ministry of Justice, Shanghai Key laboratory of Forensic Medicine, Shanghai 200063, China)

Abstract: Inorganic elements are closely related to human health。 Although their concentrations are tiny, inorganic elements play an important role in human health。 In general, inorganic elements have an optimum concentration range in human body。 Lack or excess of inorganic elements may be harmful to human health。 Although blood and urine are the most common biological materials used to determine the levels of many metals or metalloids, the analysis of hair has certain advantages, including the simple matrix, easy sampling, transfer and storage。 Additionally, while metal concentrations in blood and urine decrease rapidly after exposure, hair appears to be of greater value in evaluating past and ongoing exposure to high levels of metals。 Recently, many scholars have found that the content of inorganic elements in hair is closely related to human health。 Therefore, hair, as a new type of sample for inorganic elements analysis, has been paid more and more attention。 This article reviews the recent development at home and abroad on the determination of inorganic elements in hair, including comparison of washing approaches, extraction methods and analysis techniques。

Keywords: hair; inorganic elements; sample preparation; review

人体内元素分析在环境监测、法庭科学以及临床监测等方面具有十分广泛的应用.人体内元素分析常用的检材为血液、尿液,但相比于血液和尿液,头发具有取材简单、易保存、元素含量高等优点[1],并且头发以每月平均1。0~1。4 cm的速度生长[2],可以通过头发分段分析来推断一段时期内人体元素暴露情况.因此,采用头发作为检材,具有其突出的优点.

头发主要由纤维性的角蛋白组成,头发生长过程中所需的营养物质通过伸到发根中的微血管获得.各种微量元素在毛囊内与巯基、氨基结合而进入角蛋白分子,使微量元素蓄积在毛发中,并且微量元素一旦沉积下来就不易再被重新吸收[3].

尽管头发早在1929年就被用于评估人体元素水平[4],但是其准确性和可靠性却一直受到争议与质疑.质疑主要有两个方面:一方面有学者[5]认为头发长期暴露于外环境中,极易受到污染,可能造成检测结果的不准确.另一方面,头发中元素的含量能否像血液、尿液那样准确反应体内元素的真实状况也是人们质疑的焦点.

虽然头发作为检测元素的检材一直受到争议,但是随着研究的深入,一些研究者已经发现毛发中部分微量元素的含量与某些疾病[6-8]、代谢紊乱、以及环境污染[9-10]之间存在一定的相关性.同时Foo等[11]研究结果表明毛发中某些元素(Pb、Mn、Hg)含量与血液、尿液中该元素的含量之间存在正相关关系,并且头发分段分析可以反应一段时间内重金属的暴露情况.Niculescu[12]曾研究头发中铅浓度与职业暴露之间的关系,研究结果表明头发中铅含量与血铅含量呈正相关关系,头发可以作为评价铅职业暴露的检材.世界卫生组织(WHO)在处理一些重金属中毒案例时也将头发作为一种可靠检材[13];同时毛发也被美国环境保护局(EPA)认定为砷、镉、铬、铅、汞等元素的优良生物监督检材[14];国际原子能机构(IAEA)也将头发作为检材用于监测全球元素水平变化[13].由此可见,头发作为无机元素分析的检材越来越受到重视.现将头发中无机元素分析的研究进展综述如下.

1 头发的采集

被用于分析的头发应该未曾接受烫染、拉直等处理.采集头发时选取脑后枕部5~6个区域,用不锈钢剪刀贴头皮剪取一

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定量的头发[15],装在清洁的聚乙烯包装袋内,保存在干燥处.

2 头发的去污染

头发长期暴露在空气中,容易受到外界环境的污染,因此需要清除外源性污染,保证检测结果的准确性.然而重金属元素外源性污染的清除难度较大,一些重金属如砷元素容易与头发表面含巯基的角质层结合,毛发对其具有较强的吸附能力[16].目前,国际上关于毛发去污染常用的清洗试剂和方法已经有大量的考察和研究.

2。1 常用的清洗试剂

常用的试剂有:去离子水;有机溶剂(丙

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酮、异丙醇);非离子化去污剂(曲通(Triton X-100));离子化去污剂(十二烷基硫酸钠(SDS));鳌合试剂(EDTA);酸碱溶液(稀HCl或NaOH溶液).

Bass[17]认为清洗剂清洗的效果与头发受污染的程度以及待测定的元素有关.不同的清洗剂适合清除不同的元素污染,已有的研究成果如表1所示.

2。2 头发的清洗方法

头发的清洗效果直接影响测量结果的可靠性,但是目前国际上尚未建立一个标准化的洗涤方法,这也直接影响了不同实验室实验数据的重现性和可比性[17].目前国际上头发的清洗主要采用国际原子能机构推荐的方法,即IAEA法,但是IAEA法所用的清洗试剂只有水和有机溶剂丙酮,对有些元素而言,清洗效果不理想.因此很多学者常将多种洗涤剂搭配使用.

2。2。1 IAEA推荐方法

国际原子能机构早在1978年就曾推荐采用丙酮-水-水-丙酮的方法来洗涤毛发.目前有关头发的清洗大多使用IAEA法[22],该方法中去离子水能够去除残留于毛发表面的无机盐和粉尘等成分,而丙酮则可以很好的去除附着于毛发中的油脂和汗液等[16].但是也有学者对IAEA法提出了质疑,Mandal[23]认为IAEA的清洗方法不能有效的清除附着于毛发表面痕量的无机元素;Mikasa[24]的研究结果表明IAEA法会造成头发中碱金属和碱土金属的大量损失.

2。2。2 多种清洗剂的搭配使用

IAEA法仅用到水和丙酮两种清洗试剂,是比较温和的清洗方法.清洗吸附性较强的元素时,清洗效果较差.鉴于IAEA法的局限性,很多学者在做毛发元素分析时总要对IAEA方法进行改进或者根据自己所测元素进行洗涤方法的考察.Puchyr[15]在对头发中多种元素分析时就先用0。5 % Triton X-100洗涤了4次,然后再采用IAEA法进行洗涤;Senofonte[25]在建立毛发中19种元素的参考值时,就曾依次采用乙醚与丙酮的混合物、5 %的EDTA以及去离子水对头发进行清洗.新的清洗试剂的引入使得更多的外源性元素被清除,清洗效果得到较大改善.

2。3 清洗效果的评估

为了达到比较理想的清洗效果,即在最大限度去除外源性污染的同时又不至于将内源性元素洗脱出来,所以有必要对清洗效果进行评估.清洗效果评估主要包括两方面:一是评估外源性元素洗脱的效率;二是评估内源性元素的损失.通过对人为暴露头发进行清洗,对比暴露前后、暴露头发清洗前后头发中元素含量可以对清洗效果进行评估.目前,常用的评估方法包括:放射性标记术[26]、电子显微镜扫描[12]以及其他的方法[27-30].Buckley[26]的研究结果表明当存在锌外污染时,清洗并不能除去外源性锌.因此,当存在锌外污染时,头发中锌含量不能用于评估人体内锌元素的状况.

3 头发的消解

头发作为固体待测样品,除了少数几种分析方法如中子活化法(NAA)[31-32]、X射线荧光光谱分析(XRF)[33]可直接分析外,大多数的分析方法如ICP-MS、ICP-AES均要求把头发样本溶解形成均匀的溶液.头发消解的主要目的是为了让头发里的待测元素与共存组分分离,并溶解在消解酸里,形成透明的、均一的液体介质.目前常用的消解方法有高温灰化法[34]、湿法消解和其他方法.高温灰化法具有空白值低、操作简便的特点,但有一些挥发性元素,在高温的条件下容易损失,难以对其准确测定[16];湿法消解因其操作简单,已成为毛发样本前处理最常用的方法,包括传统的敞开式酸消解[34-35]和

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微波消解法[36].敞开式酸消解虽然操作简单,但是该方法用酸量大且在消解过程中挥发性元素易损失;微波消解可以很好的解决敞开式酸消解的缺点,但是微波消解操作复杂,后续处理麻烦耗时,尽管如此微波消解仍然成为目前应用最多的消解方法.近几年,随着消解方法的不断探索和改进,消解设备的不断创新,头发消解的方法越来越多样化,例如氢氧化四甲胺消解法[37]、增压醋酸萃取法[38]、超声辅助萃取法[39]等.

4 头发中无机元素分析的常用技术

4。1 常见分析仪器

头发中痕量元素的准确分析得益于分析仪器的不断改进,改进后的分析仪器可以提供更低的检出限、更稳定的精密度以及更高的准确度[17].

对生物样品中常见元素的分析,传统的分析技术有化学方法,石墨炉原子吸收光谱(GFAAS)[40-42],火焰原子吸收光谱(F-AAS)[43],电热原子吸收光谱(ETV-AAS)[43],电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)[41,44],电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等元素检测技术.由于ICP-MS具有同时测定多种元素、动态线性范围宽、干扰少等优势,而其他分析仪器相比于ICP-MS较为落后.AAS分析速度慢,无法进行多元素同时分析,而且基体干扰严重,对于不同的元素必须采用不同的基体改进剂[45-47].ICP-AES分析血液制品时基体效应难以解决,不能准确测定As、Hg、Pb、Cd等元素[48].因此,ICP-MS逐渐取代了上述分析技术成为目前最常用的元素分析仪器.

4。2 联用分析技术

ICP-MS发展至今不仅要分析简单的水溶液样品,还要对固体样品、存在基体干扰的复杂样品进行分析,有时还需要对元素的形态进行分析.在实际复杂样品分析中,联用技术可将样品均匀、稳定且有效地引入分析系统,这对于提高分析方法的可靠性起着十分重要的作用.目前常见的联用技术主要为:激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)联用、液相色谱-电感耦合等离子体质谱(LC-ICP-MS)联用、气相色谱-电感耦合等离子体质谱(GC-ICP-MS)联用和毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱(CE-ICP-MS)联用.

LA-ICP-MS是利用高能量激光将固体样品剥蚀后直接导入ICP,该方法避免了湿法消解样品的困难和缺点,并且消除了水和酸所致的多原子离子干扰,增强了ICP-MS的实际检测能力[49].但是,由于分析过程中连续激光轰击的重复性较差以及与基体完全匹配的标样难以获得[50]使得LA-ICP-MS在分析实验室难以得到广泛应用.

LC-ICP-MS、GC-ICP-MS以及CE-ICP-MS是目前最常见的元素形态分析技术.其中LC-ICP-MS是目前比较完善的、具有广泛适用性的元素形态分析技术.与GC相比,LC通常是在室温下进行,对高沸点和热不稳定化合物的分离不需要衍生化,而GC-ICP-MS对于难挥发性金属及其金属有机物,需要将其转变成挥发性的化合物,通常是利用各种衍生化方法[51]使其转变成金属共价氢化物或螯合物[52].CE-ICP-MS受进样量限制而最低检出浓度大,分析方法还有待完善[52].

5 展 望

目前,国内外关于毛发中无机元素的分析主要围绕在毛发的清洗、消解方法,无机元素的含量与人体健康之间的关系,不同地区、不同年龄、不同性别

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人群之间头发元素含量的差异等方面.随着毛发清洗方法的不断改进,清洗效率的不断提高,将使分析结果的准确性和可靠性得到提高;随着分析仪器的更新换代,仪器的检出限越来越低、消除干扰的能力越来越强,这将大大提高分析结果的准确性;同时毛发里元素含量与人体健康关系的不断研究,将会使毛发分析更具有实际意义.

[ 参考文献 ]

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