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1、发铅的检测方法秦俊法【摘 要】从采样、洗涤、消化和测定 4 个方面论述了准确测定头发铅含量的条件和方法,提出了发铅检测各个流程的标准化建议.这些建议亦适用于头发其他元素的含量测定.【期刊名称】广东微量元素科学【年(卷),期】2023(018)004【总页数】10 页(P1-10)【关键词】头发;铅;发铅检测;标准化建议【作 者】秦俊法【作者单位】中国科学院上海应用物理争论所,上海,202300【正文语种】中 文【中图分类】R446.9自上世纪 60 年月以来,在国内外,特别是在我国进展的广泛争论说明,头发元素分析可应用于环境医学、职业医学、预防医学、法庭医学和临床医学诸学科中,借助于严密的计算
2、机数据处理或与其他生物学指标相结合,头发元素分析已成为某些疾病推测、诊断、监视和预后的重要手段和工具。一般而言,头发元素水平代表身体元素总体水平,头发元素含量可以准确测定1。虽有些医学文献曾提出,头发元素分析存在肯定的局限性,特别是测定结果的不全都性或不行比性;但这些问题可通过头发取样和洗涤方法标准化,以及严格的质量掌握和试验室治理而得到解决2 3。本文重点论述了发铅的检测问题。1 头发样本的采集严格地说,头发样本的采集打算于分析的目的,假设应用于临床个体诊断、治疗过程监视或现状调查,应取接近于毛囊的近端头发,而假设应用于流行病学调查、回忆性争论或环境暴露监视,采样就不必那样严格。但为了获得不
3、同地区、不同人群或不同个体数据的可比性,在样品采集部位、剪取长度及样品代表性方面,应共同遵守肯定的规章。争论说明,头发元素含量的纵向分布存在明显的不均匀性,有些元素含量随头发长度增加而增加(表 1),有些则显示相反的趋势。此外,头发颜色、头发处理对头发元素含量亦有肯定的影响(表 2、表 3)。因此,头发样品的采集应留意以下诸点：(1) 头发样本应在头皮后脑枕部 56 个不同部位剪取。取样前,操作人员应将手洗净、烘干,使用清洁、高质量工具(例如不锈钢剪刀)剪取。取样应在职业专家或受过特地训练的人员监视或指导下进展。(2) 发样应紧贴头皮剪取。尽管有人承受不同长度(0.35.0 cm)的头发样本,
4、但一般提倡选用头皮近端 1 cm 长供测试用,其生长和暴露在体外的时间约为 30 d 左右(表 4)。(3) 发样的最小取样量应不少于 1 g。一局部作第一次分析用,其余留作备用。(4) 发样应具代表性。不同颜色(如白发、灰发或黑发)、不同生长期(如生长期或休止期)的头发,其构造、生理过程不同,故应充分混匀。(5) 凡近期(例如 2 个月之内)做过染色、漂白、电烫、喷雾等头发处理的发样不能用作分析试样。(6) 所取样本应马上放入编号登记的纸袋、聚乙烯袋或其它容器中,并储存于枯燥、凉快或通风环境中。(7) 应具体记录供发者的姓名、性别、民族、住址、诞生日期、职业(或父母职业)、习惯、爱好、头发处
5、理、慢性疾病、家庭遗传史等资料,以供查询可能的污染源。表 1 某些头发元素的纵向分布 单位：g/g 注：资料来源：文献 4。 20 例女性枕部头发剪成根、中、梢三局部或根、梢两局部,用 ICP-AES 法测定其中的33 种元素,结果有 16 种元素含量从根至梢明显递增。部 位 Pb Zn Ca Cd 根部(n=20) 2.162.00 17846 887379 0.0210.020 中部(n=11) 3.524.0919085 1 600623 0.0290.025 梢部(n=20) 5.043.66 259149 2 4461208 0.0700.063 根部与中部比较 0.001 中部与梢
6、部比较 0.05 0.05 根部与梢部比较 0.01 0.05 0.001 0.01表 2 同一个体不同发色铅质量分数比较单位：g/g 注：资料来源：文献 5。发色 男(n=73) 女(n=73)自然色 12.4415.01 7.2511.80 灰色 11.409.202.811.60 P 0.41 0.12表 3 头发处理对发铅质量分数的影响单位：g/g 注：资料来源：文献 5。P 为与未处理比较。处理状况 例数 含量 P 未处理 86 5.515.97 漂白 67 3.873.700.21 电烫 54 8.105.40 0.08表 4 不同生理期的人发生长速度 单位：mm/d 注：资料来源
7、：文献 3。为未引用。生理期 前额 颅部 冠部 枕部 平均值儿童 男 0.355 0.351 0.300 0.3420.340 0.296 0.313 0.273 0.317 0.302 成人 男 0.349 女0.339 女老年人 男 0.307 女0.308 妊娠期 513 周 0.3251426 周 0.315 2740 周 0.315 平 均 0.323 非妊娠期 0.3392 头发样本的洗涤发样洗涤的目的只是为了洗去外来的外表污染而不损及头发内部的元素含量。当外表玷污被洗净后,即使连续洗涤,发样的元素含量也应保持恒定。争论说明,发样洗涤的效果与所用洗涤剂和洗涤次数有关(表 5)。从发
8、样其次次清洗结果可见,用这些洗涤剂清洗一次不能把发中外来污染元素清洗干净。有些元素需经连续清洗 12 次,有些元素则需 3 次或更少次就能保证除去外源性玷污而不影响内部元素含量67。一个好的洗涤方法应是经最少次数的洗涤就能到达分析元素的平稳水平。表 5 不同洗涤剂对发铅清洗效果比较注：原始发铅质量分数为 0.636g/g。 清洗效果 =(洗后含量/洗前含量)100。资料来源：文献 6。w(发铅)/(g g1) 清洗效果/%洗涤剂清洗 1 次 清洗 2 次 清洗 1 次 清洗 2 次 1%EDTA 0.364 0.33757.2 52.8 1%十二烷基硫酸钠 0.449 0.340 70.6 5
9、3.5 1%Na2 CO3 0.342 0.20853.7 32.7 0.1mol/L HCl 0.307 0.154 48.3 31.8 1%十二烷基磺酸钠 0.480 0.27275.5 42.8 1%Triton X-100 0.430 0.321 67.6 50.4 IAEA 0.451 0.365 70.9 57.4发样洗涤应以不损伤头发构造为前提,特别是那些主要沉积于头发毛小皮部位(头发横截面周边)的元素(如铅、铁等),应慎重使用或避开使用酸碱类或诸如 EDTA 那样的强络合剂作为清洗剂。HU 等9承受同位素示踪技术觉察,用 1%Na2 EDTA 和0.1 mol/L 硝酸溶液洗涤
10、未污染的原始发样,可分别洗脱发中 45%和 82%的铅,而用IAEA 和 1%海鸥牌洗涤剂方法的洗脱率仅分别为 1.9%和 3.8%(表 6)。孔聘颜的争论结果也说明,经酸碱类清洗剂洗涤后残留在发中的铅含量最低(见表 5),电子显微镜观看觉察,头发外表构造遭到了破坏。表 6 几种洗涤方法对发铅洗脱效果的比较注：与洗前比较：P0.05,P 0.01;洗脱比 =(洗前含量 洗后含量)/洗前含量 100。洗涤方法 w(发铅)/(g g1)洗脱比/%洗前 洗后 IAEA 5.20.8 5.10.1 1.9 1%海鸥洗涤剂 5.20.85.00.5 3.8 1%Na2 CO3 12.60.8 6.90.
11、5 45.2 0.1mol/L HNO3 12.6 0.82.2 0.3 82.0目前已有多种方法适用于头发洗涤的目的,其中去离子水超声波清洁法7、丙酮 -洗洁精清洗法8、Triton X-100 搅拌法10,以及 IAEA 法11更得到了广泛的应用,这些方法的具体操作可参阅文献 3或相关文献。国内各试验室早期大多承受商品清洗剂(洗洁精或肥皂粉)的洗涤方法6。杨慧辉等8争论了六种洗涤方法对发中 11 种元素的影响,确定了丙酮预洗、5%洗洁精连续洗涤 3 次的最正确方案。王小如等12承受丙酮 -洗洁精清洗法处理发样,证明头发可用作癌症初级临床诊断中的分析样品,头发检验的判别失误率低于血清检验。基
12、于简洁、有用的原则,可将发样洗涤的操作要点归纳如下：拣去发样中的可见污染物。参加肯定量的丙酮预洗,弃去洗液,蒸馏水或去离子水漂清;然后参加 5%中性清洁剂(洗洁精)洗涤,弃液,漂清,如此重复 3 次;最终用去离子水淋洗干净。在洗涤过程中,振荡是必要的条件。可用超声波振荡或试验室振荡器振荡。振荡洗涤的时间各为 510min。清洗后的发样应在 6090温度下烘干,然后储存在密闭的容器(例如枯燥器)中备用。在室温下风干的头发与上升温度下烘干的头发,约有 8%的质量差异,亦即在于空气平衡的环境中称出的头发约有 7%8%的水分。需测定按长度分段含量分布的发样,应做好头发发端或尾端的标记。3 头发样本的消
13、化发样消化的目的是除去样本中的有机物基体和分解颗粒物,以利于制成适宜于测定的溶液或其他形式的制品。消化发样一般承受干法或湿法。湿法消化中,常用 HNO3-H2O2 或 HNO3-HClO4 作为分解剂。湿法消化可实行多种形式,如微波溶样法、封闭加压分解法等。干法消化中,除马福炉中直接升温燃烧样品外,还有改进的干灰化法、快速干灰化法和干湿混合消化法。陈菊英(1992)、李克(1993)就干、湿两种消化法作了比较,全都认为干法消化效果较好。曾纪铭(1990)对 HCl-HNO3、HNO3-HClO4、干灰化法和HNO3-H2 O2 高压消化法进展了比较,认为 HNO3-H2 O2 高压消化法所得结
14、果较好。刘立行(1993)就石英坩埚干法消化、瓷坩埚干法灰化、5 种湿法消化法及 4 种压力溶样消化法进展了系统争论,认为压力溶样消化法消化完全、损失少、测定结果准确牢靠。沙艳梅13认为微波溶样技术有高效、快速、温度不高、易于掌握等独特优点,适合大批量样品分析的前处理。一个最正确的消化方法可用表 7 所列参数加以评价,这些参数直接影响头发元素测定的效率和测定数据的牢靠性。表 7 发样消化方法评价指标注：H2SO4 或 HClO4 干扰硫和钒的 ICP-MS 测定。参 数 要 求完全性 经消化后的样本应是澄清、无色的溶液简洁性 处理步骤最少,样本位置不易出错样本处理力量 短时间内能处理大量样本或
15、一次能处理很多样本污染 最少的样本操作和容器转移,穿插污染小损失 温度低,削减挥发性元素损失适宜性 通常承受硝酸,避开含硫、氯的酸安全性 废酸废气排放少美国医生数据公司 PUCHYR 等14进展了一种适用于 ICP-MS 的消化法 大气压力低温微波消化法(APLTMD),该法使用 0.2 g 左右的发样,在装入头发的50mL 聚丙烯离心管中参加 3m L 痕量金属级浓硝酸,用两步加温法消化样本：第一步加温至 70保持 15min,其次步加温至 115再保持 15 min,样本消化后用 18 M 去离子水稀释到 50m L 即可供 ICP-MS 测定,每次可消化 51 只样本。与该试验室从前使用
16、的其他消化方法相比,APLTMD 法消化头发样本速度更快,一次能处理的样本数更多,牢靠性更大,污染可能性更小,空白值更低,周密度更高,而且无需加内 标归一化(表 8,表 9)。中国山东省济南市疾病预防掌握中心刘素华等15经过屡次试验提出,只需参加少量的 HNO3-H2O2 就可使样本消解完全且无需赶酸、定容后就可直接上机供原子吸取分光光度计或原子荧光光谱仪测定的低酸微波消解法。该法称取 0.5 g 头发置于聚四氯乙烯消解罐中,加浓 HNO3 1.0m L,放置 1015 min, 再加 30%H2 O2 溶液 00.5 m L,放置 1015 min,最终加水 610 mL,装妥消解装置后在微
17、波炉中按两步法进展消解(表 10)。 用此法对 GBW-09101 人发标样进展消化,Fe、 Mn、 Cu、 Zn、 Pb、 Cd、 As、 Hg 各元素的测定平均值均在标示值范围内,相对标准偏差 1.71% 5.00%,回收率为 96.9%104.2%。美国安康与人类效劳部环境安康与损伤掌握中心 PASCHAL 等16和巴西天主教大学试验室MIEKELEY 等17则承受低酸低温加热法消解样本(表 11),虽然操作烦琐,但可处理大批量样本。表 8 不同消化方法对发铅测定的周密度比较注：试验内 同一天消化和测定 31 个样本的各 3 个试样;试验间 非连续 3 d 消化和测定 31 个样本。分类
18、 消化方法周密度/%试验内 大气压力低温微波消化法 4.5 开口烧杯消化法 13.0 自动微波消化法 8.0 试验间 大气压力低温微波消化法 4.9 自动微波消化法 9.2表 9 不同消化方法消化发样的质量比较注：消化方法： 大气压力低温微波消化法,开口烧杯消化法, 封闭容器微波消化法,自动微波消化法;消化质量评判依次分忧、良、好、差四级。消化方法评判参数分析量 优 好好 良周密度 良 好 良 好准确度 好 好 好 好灵敏度 好 好 好 好简洁性 优 好 良 差牢靠性 良 好 良 差安全性 良 好 良 良表 10 头发样本的低酸微波消解法法定计量单位承受 Pa,1 psi=6.894103 P
19、a。参数 第一步 其次步爬坡时间/min 58 5 温度/ 110 175185 压力 /psi 50 350 保持时间/min 57 1525 消化效果：澄清、透亮、浅黄色表 11 头发样本的低酸低温消解法消解条件 MIEKELY17方法 PASCHAL16方法样本量/g 0.25 0.50 容器 50m L 聚丙烯管 15mL 聚四氟乙烯管加热器 枯燥炉 铝块第一步 HNO3 参加量/mL 2.5 1.0 浸泡时间/h 12 2 加热温度/ 6070 8090 加热时间/h 1 过夜其次步 30%H 2O2 参加量/m L 1.0 0.5 加热温度/ 6070 80110 加热时间/h 1
20、 2上述湿法消化法均需在加热的条件下进展化学反响。中国泸州医学院刘晓燕等18利用有机试剂对蛋白质和油脂的作用,建立了一种不需加热的快速有效消化头发的方法 低酸有机试剂消化法。该法称取 0.3 g 发样置于 25mL 硬质玻璃锥形瓶中,参加 3.0 m L HNO3,静置 30 min,然后参加 0.5m L 乙醇或丙酮,略微振荡,反响完毕后,即得到黄色透亮的消化液。该作者试验了 4 种酸制剂(HNO3、HNO3- HClO4、HNO3-HCl 和 HNO3-H2 O2)分别与 13 种有机试剂配伍,觉察硝酸与乙醇或丙酮配伍作消化剂,消化过程易掌握,消化效果最为抱负。由上可见,头发样本可参照以下
21、方法之一进展消化：逐步加温干法灰化法。称取肯定量的头发置于坩埚中,加盖,在马福炉中渐渐加温(每隔 30min 升温 50)至 200,炭化 2 h,然后升温至 450500,灰化约 4 h, 至发样完全变成白色粉末。低酸加热器消解法。称取 0.25 g 头发置于消解管中,参加 1.0 m LHNO3,室温下放置数小时,加盖后放在加热器(板)中,升温至 6070,保持 1 h,冷却后再参加 0.5 mL H2 O2 溶液,加盖加温,6070温度下消化 1 h。低酸微波消解法。称取 0.5 g 头发置于聚四氟乙烯或聚丙烯管中,加浓 HNO3 1.0m L,放置 1015 min 后再加 30%H2
22、 O2 溶液 0.5m L,静置 1015min 后加水加盖放微波炉中,按两步加温加压消化。高压溶样法。称取 0.2 g 头发置于高压溶样器中,加 2.0m LHNO3 和 1.0 mL H2O2 溶液,在 150温度下加热 4 h 左右。有机试剂消化法。称取 0.3 g 头发置于 25m L 硬质玻璃锥形瓶中,参加 3.0mL 硝酸,静置 30min,然后参加 0.5mL 乙醇或丙酮,略微振荡,反响完毕后得黄色透亮消化液。4 头发样本的测定头发元素含量测定的牢靠性和可比性,取决于测定仪器的性能和试验操作人员的技术素养,前者最重要的是测定方法的检出限,后者最重要的是严格的质量掌握。测定发铅的标
23、准方法有石墨炉原子吸取分光光度法(GFAAS)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS),此外还有微分电位溶出(SV)或专用的发铅检测仪。测定方法的检出限最好比被测元素的最低含量低一个数量级,至少也不得高于被测元素最低含量的三分之一。例如,文献报道的发铅最低值为 0.004g/g,但现代一般居民的发铅质量分数下限约为 0.11.0g/g(表 12),上面提到的几类测定仪器似乎均能到达检测发铅的目的(表 13)。然而,MIEKELEY 等17将内部质控标样 PVC-1 和 PVC-2 作盲样分送 5 个国际商用临床试验室(法国 1 家和美国 4 家),
24、得到的结果却很令人无望(表 14)。该作者认为,这不仅与所用仪器检出限有关,还与各试验室参考数据牢靠性相联系。表 12 现代一般人群的发铅质量分数范围报告者 国家或地区 年龄范围 例 数w/(gg1)CHATTOPADHYAY19 加拿大 173 310 0.5350 郑星泉20 中国北京 成人 207 0.2820.6 韦创立21 中国深圳 17 626 0.837.0 ZAKRGYNSKA22 法国 283 481 0.1028.1 ESTEBAN23 俄罗斯 110 189 1.039.2 RODUSHKIN24 瑞典 176 114 0.227.26 冯幼琪25 中国阳江 17 4 4
25、49 0.8681.94 徐爱华26 中国辽源 中小学生 1 147 1.123.7 李宇飞27 中国西安 713 203 0.1220.97 STUPAR28 斯洛文尼亚 1825 247 0.0256.3表 13 几种分析方法的发铅检出限注：测定限按 10 倍空白标准差定义;检出限按 3 倍空白值定义。方法或仪器类型 测定限/(gmL1)29 检出限/(g L1)30石墨炉原子吸取法(GFAAS) 0.002 0.045 等离子体放射光谱法(ICP-AES) 0.02 等离子体质谱法(ICP-MS) 0.03 阳极溶出伏安仪(SV) 0.000 02 5.3 原子荧光法(AFS) 0.05
26、 操作过程的质量掌握应是全程质量掌握,既包括采样、样品预处理和测定试样制备的统一和标准,也包括测定周密度和准确度掌握。周密度掌握是指屡次重复测定同一量时各测定值之间彼此符合的程度。进展每批样品测定时,都应进展平行双样测定,假设进展大批量样品测定,最好建立周密度掌握图监控。准确度掌握是指进展样品测定时,应同时进展标准物质样品测定,假设测定值在保证值范围内,可认为测定结果合格。没有标准样品时,可选用标准方法进展比照试验,或承受回收试验对测定值进展确认。我国已先后研制成多批头发标准物质可资使用,其他有类似基体的生物标准物质亦可参考使用(表 15)。表 14 不同试验室对内控发样铅含量测定结果注：有
27、“”者用 ICP-MS 测定, 其余用 ICP-AES 测定;所用仪器发铅检出限：ICPMS：0.03g/g;ICP-AES： 1.8g/g; 为未测定。内控标准发样分析试验室 PVC-1 PVC-2 巴西 PUC-Rio12.50.7 6.850.32法国 a 13.00 美国 b 16.10 9.32 c 0.99 5.33 d 7.606.93 e 23.70 5.90表 15 中国头发和其他标准物质中的铅保证值注：资料来源：文献 19、29。标准物质 标准值 标准偏差 GBW 07601 人发粉 8.80 1.10 GBW 09101 人发 7.200.70 GBW 09101b 人发
28、 3.83 0.18 GBW 07604 杨树叶 1.50 0.30 GBW 07605茶叶 4.40 0.30 GBW 08505 茶叶 1.06 0.10 GBW 08502 大米粉 0.75 0.05 GBW08503 小麦粉 0.35 0.08 GBW 08501 桃叶 0.99 0.04 GBW 08504 甘蓝 0.280.04 GBW 07602 灌木枝叶 7.10 1.10 GBW 07603 灌木枝叶 4.70 3.00生物标准物质除了作为监控标准用于例行分析数据的质量监控外,还可用作评价(分析方法的评定)、赋值(给被测定值定值)、校正(仪器检定或连续测量过程中数据漂移的校正
29、)、考核(试验室和试验人员的考核)和仲裁(仲裁分析)标准31。由上可见,发铅测定应遵循以下原则：方法选择。测定仪器的检出限最好应低于所测定元素最低含量一个数量级,至少也不得高于被测元素最低含量的三分之一。在购置仪器时 ,还应考虑仪器的功能、价格和操作的难易。质量保证。进展大批量样品测定时,必需同时测定全程空白值,必需进展标准样品测定,必需进展平行双样测定。要求空白值落在掌握限内,标准样品测定值落在保证值范围内或者实际工作所允许的范围内,平行双样测定的样品数应不少于被测样品总数的 10%。技术考核。试验操作人员应经过培训,考核上岗。此外还应定期进展自制质控样品测定,合格者方能进展正式样本测定。试
30、验比对。在大规模调查中,常需各个试验室对不同地区试样或不同批次试样进展分析测定,为保证数据的可比性,应实行试验室间或试验室内的质量比对,合格的试验室或合格的试验人员方能从事相关工作。参考文献：1 秦俊法,李增禧,楼蔓藤,等.头发元素分析的科学意义及医学应用价值 J.广东微量元素科学,2023,12(5)：1-60.2 BERMCJO-BARRERA P,MOREDA-PINEIR A,BERMEJO-BARRERAA.Factorial designs for Cd,Cr,Hg,Pb and Se ultrasound-assisted acid leaching from human hai
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