【word】 人体重金属检测方法

【word】 人体重金属方法 人体重金属检测方法 第24卷第1期 2011年2月 华夏医学 ActaMedicinaeSinica Vo1.24No.1 Feb.2011 人体重金属检测方法? 莫少锋,汤井田 (1.中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙410083;2.桂林医学 院附属医院,广西桂林541001) 关键词:重金属仪器测定 中图分类号:R155.33文献标识码:A文章编号:1008—2409(2011)01—0121—04 随着我国工业化快速发展,大气,水土的污染形 势日益严峻,人体重金属含量超标已经越来越多地在 各地发生.由于危害健康的人体重金属含量极低,常 规检查不易检出,发现时已令大范同人群出现严重症 状,严重威胁工矿,城市的人民生命安全.人体重金 属检测设备如何能够同时多样品,多元素在低检测限 的情况下快速进行检测,以达到局部地区筛查的目 的,现将其应用综述如下. 1重金属含量测定的几种途径 重金属进入人体后拥有极低剂量下毒性,超长的 生物半衰期.产生危害较大的主要有铅(Pb),镉 (Cd),汞(Hg),铬(Cr)和铂(Pt),而铅是已知毒性最 大,累积性极强的重金属之一,能够在人体内长期累 积.血铅浓度升高会对心血管系统,中枢神经系统, 生殖系统,血液系统和循环系统造成不良影响[1].人 体中铅含量水平主要反映在血液,毛发,骨骼内的含 量上. 以铅为例,用血铅作为铅中毒的指标,其水平可 以反映近30~45d内人体的铅接触情况.静脉血的 铅含量作为铅中毒情况指标;骨骼蓄积体内90的 总铅量,与血铅对时间的积分正相关,被视为是反映 人一生体内铅负荷的客观示标,骨铅水平的活体检测 技术已日渐成熟[2;毛发的重金属含量在检验过程 中,往往不能确定重金属含量的内,外源性.此外,毛 发重金属水平与性别,肤色,头发护理联系紧密,难以 用做人体铅含量的指标,部分学者将其用做职业环境 评估的依据[引.这两者常被各级医疗单位作为人体 ?基金项目:广西工信委资助项目(桂工信投资2009-58号). 重金属检验的有效途径. 2安全的人体重金属含量水平 人类的个体特异性决定安全的人体重金属含量, 所以只能从统计学的角度阐述此概念.2004年美国 疾病控制中心(CDC)的”儿童铅中毒指南”指出:血铅 水平大于100gg/L,即可诊断为儿童铅中毒,正常的 血铅含量因控制在50}~g/L以下.CDC在1997年 中指出,美国15岁儿童的平均血铅水平27g/ L,远低于我国水平[4].根据我国卫生部2006年制 定标准[5],血铅正常含量为100Dg/L以下;诊断慢性 砷中毒的发砷参考值为5g/g以下;以2.55/lmol/ mol的尿汞,4~tg/g肌酐;5/lmol/mol的尿镉,5g/ g肌酐作为慢性汞,镉中毒的诊断下限值,而血镉与 肾功能异常的剂量一反应关系资料远较尿镉少,因此, 未将血镉列为慢性镉中毒的诊断指标. 3重金属测定的仪器与方法 在检测血液,尿液中重金属的过程中,大部分重 金属原子并不处于游离状态,往往是与血细胞和蛋白 形成螯合物,故须先要释放结合物中的离子,而由于 人体的重金属含量极低,要求重金属释放尽可能完 全,而排除外源性干扰的同时降低了毛发重金属含量 的数据可靠性.人体的重金属检测对测量设备及测 量方法的灵敏度,精度要求非常高. 现行的重金属检测方法有同位素稀释质谱法 (ICP—MS),分子光谱法(MS),原子发射光谱法 (AES),原子吸收光谱法(AAS),X射线荧光光谱分 ?121? 第1期华夏医学第24卷 析法(XRF),中子活化分析法(NAA),生化法,电化 学分析法等.用于人体的重金属检测中应用较多的 方法主要为电化学分析法和原子吸收光谱法这两种, 而能量散射XRF用于骨中重金属的测定,电感耦合 等离子体质谱技术ICP-MS则用于高灵敏度的人体 重金属含量的科学研究[6]. 3.1阳极溶出伏安法(AnodicStrippingVoltamme— try.ASV) ASV使得样品中很低浓度的金属都能够被快速 检测出来,并有良好精密度.ASV测定血液中结合 状态的铅,先需经试剂处理,释放成游离态铅离子,当 在电极中施加一定的负电压,铅离子将被还原成铅并 附着在电极上,反过来电极上施加正电压,电极上的 铅再电离成铅离子,释放出的电子产生电流.根据电 流大小测定出铅离子的浓度.已有的临床比较结果 显示ASV和GFAAS的一致性较好L7]. 正因其价格低廉,可用于微量元素的测量,我国 一 些缺乏资金的基层医疗机构仍在采用ASV法,但 不可否认该法误差较大,测定多种元素的重复性差, 对环境污染严重,不易保养,外源性影响较大,前处理 费时费力,导致其结果较不稳定. 3.2石墨炉原子吸收光谱法(Graphitefurnacea— tomicabsorptionspectrometry.GFAAS) GFAAS技术成熟发展,并得到分析化学的青 睐,从而在地质冶金,质检监督,环境监测,医学检验 等Is-9]领域得到广泛应用.GFAAS采用空心阴极灯 或光源中发射出特定波长的人射光,在原子化器中待 测元素的基态原子蒸汽吸收入射光,未被吸收的部分 透射过去.通过测定吸收特定波长的光量大小,来求 出待测元素的含量.原子吸收光谱分析法的定量关 系可用Lambert—Beer定律来表示. A一一lgT=Kbc 式中A为吸光度;T为透射比;k,C为吸光物质的浓 度;b为吸收层厚度. GFAAS几乎全部原子化样品,因此只需要l级 的样品,在人体重金属检测中无需富集.而且用石墨 炉进行原子化时,基态原子在吸收区内的停留时间较 长.在使用塞曼效应GFAAS来测定重金属含量时 必须要有专业技术人员来操作,GFAAS是现在国际 上公认的检测血铅最佳方法[].GFAAS在医学上 的应用,使得对人体各种重金属检测能够达到ppm 甚至ppb级.GFAAS检测人体重金属取得广泛的 ?】22? 应用,大型医院均采用此方法作为重金属中毒复查的 首选方法. 3.3X射线荧光光谱法(X-rayfluorescence,XRF) 人体重金属的长期效益主要体现在骨沉积上,且 极难排出,是一生的重金属暴露的示标.在无创测定 器官或组织中重金属浓度的问上,能量色散XRF 有其他方法所不能比拟的优势.当入射光子与原子 相互作用,光电效应使原子内层轨道电子电离形成空 穴,此时外层电子可以填补空穴,因此产生的多余能 量以特征X射线或以电子的形式释放.不同元素原 子发出的特征X射线,即X荧光.根据莫斯莱(H. G.Moseley)定律: 入:K(Z—s)一2 式中为波长,Z为原子序数,K和S是常数. 不同元素发出的X荧光入不同,对X荧光能量 进行谱分析可知元素种类,并由光强度对元素进行定 量分析. XRF具有准确度高,分析速度快,试样形态多样 性及测定时的非破坏性等特点,它不仅用于重金属人 体活体的检查[1H],而且也可进行现场环境的评估, 其检出限多数可达i~g/L,与分离,富集等手段相结 合,检出限可达ng/L.商用移动XRF已经显露出活 体重金属测定的能力,其灵活性可以对环境,人体进 行评估,追溯重金属污染的来源[1S-16].发达国家的实 验室纷纷建立了XRF的K系,L系活体测量系统, 并证明移动式K系XRF在2mm皮肤下活体检测 限可达8.4ppm,且辐射极低[1].XRF分析方法 在快速,简便,经济,多元素同时分析,用样量少,检出 限低,定量性好等方面有着综合优势.这一方法向着 高灵敏度,多元素分析和便携智能化等方向发展. 3.4电感耦合等离子体质谱技术(InductivelyCOU— pledplasmamassspectrometry,ICP-MS) ICP-MS测定重金属含量是近些年新兴起的先 进检测手段[1.ICP—MS具有检出限低,线性范围 宽,准确,快速,多元素同时分析等特点. ICP_MS结合其高温(7000K以上)下物质电离 特性与四极杆质谱计(MS)的高速性,可以分析几乎 所有元素及其同位素.ICP—MS具有高精度性,元素 选择范围宽,一般情况下可以替代前文所述的测定方 法.ICP_MS与离子色谱技术联用Cr,其检测限甚至 达ppt级.与HPLC,CE,激光消融等进样或分离技 术联用[1,具有比GFAAS更低的检测限,可以分 第1期莫少锋等:人体重金属检测方法第24卷 析海水,大气中超痕量元素,其溶液的检出限为ppt 级.但ICPMS易受污染,实际应用中检出限受实验 室环境的限制,而且价格昂贵,约在100~300万人民 币之间. ICP—MS针对少量溶解物质的单纯溶液能够达 到ppt级检出限,若测量固体元素浓度的检出限,其 耐盐量较差,利用ICP-MS检测牙齿Cd和Pb,检测 限可达ng/g[孔].ICP-MS用于实验,测定各种痕量 重金属在人体的含量有非常大的精度优势. 4各种仪器存在的问题与医学应用前景 4.1AVS于GFAAS的比较 对于血铅的检测,李筱薇[11]指出两种方法的空 白值分别为:阳极溶出伏安法为(14.6士l_8)lag/L, 石墨炉原子吸收光谱法为(O.12土0.015)lag/L.根 据KEITH等指出检出限(LOD)为3倍空白值的标 准差,定量限(LOQ)为10倍空白值的标准差.故阳 极溶出伏安法和石墨炉原子吸收光谱法的LoD分别 为5.3lag/L和0.045lag/L;LOQ分别为17.8lag/L 和0.15lag/L. 两种检测方法在重金属检测的应用中,各有其优 势.从方法的灵敏度来看,GFAAS较之于ASV具 有巨大优势,其检出限比ASV低两个数量级,对于 较低浓度的样品以及科研工作更适宜运用GFAAS 进行血尿样品的检测.方法的精密度方面,具有塞曼 背景校正功能的GFAAS仪,由于塞曼背景校正强大 的背景校正功能,可以实现血液样品的直接进样测 定,样品测定结果准确,灵敏度高.通过上述比对可 以看出,GFAAS灵敏度高,但是对于实验室条件以 及操作水平要求高;而ASV价格低廉,方法简单,仪 器操作易学,适用于普通临床实际样品的检验. 4.2其他方法的应用与前景 对于各种不同的生理目标(血液,骨骼,毛发)的 测定,便携式XRF更适合重金属污染的追溯.XRF 可以检验毛发,血液样本中多个元素的含量,更有立 即获得结果的优势.对于铅在骨骼内的沉积,国外一 些医院通过测量骨铅,来判断患者的一生的铅暴露, 并且为减少X光辐射对人体的负面影响,已有一些 实验室开始着手研发手骨的XRF检测,已能应用于 儿童,孕妇的重金属检测,但我国在XRF医学应用还 处于起步阶段.便携式XRF还可以用于生物,土壤 检测,对我国生态环境,人员健康状况的评估有重要 意义. ICP—MS法线性动态范围可达9个数量级,不必 稀释样品,检出限高于ASV,GFAAS法,适合批量样 品,多元素,同时,快速分析,但是,由于ICP_MS对于 所使用的试剂的纯度,分析用水,实验环境等要求均 较高,而且仪器使用非常复杂,苛刻.ASV,GFAAS 法是单一元素分析,确保所有元素的测定结果准确, 可靠,因线性范围较窄,测定个别元素时部分样品需 要稀释,两者的分析时间较长,效率较低. 综上所述,ASV更适宜基层医院进行重金属中 毒普查,但其精度不高;GFAAS在大型医院有广泛 应用,能够适用精确,多种元素分别检测,适合特殊病 例,突发事件等用途,并可以准确判断人体重金属水 平.XRF适合于各种重金属污染的环境评估追溯, 且对长期重金属暴露的活体检测有重要意义; ICPMS精度极高,条件苛刻,适合于实验室条件下的 人体与环境重金属含量的标准制定. 参考文献: Eli苗健,高琦,许思来.微量元素与相关疾病[M].郑州:河 南医科大学出版社,1998:168. [2]BorjessonJ.Invivomeasurementofleadinfingerbonein activeandretiredleadsmelters[J].OccupEnviron 105. Health,1997,69(2):97— [3]秦俊法,楼蔓藤.发铅测定与血铅测定可靠性的比较[J]. 广东微量元素科学,2009,16(11):6-12. [43赵劲松,周天杰.浅谈我国儿童铅中毒现状及防治措施 [J].现代预防医学,2003,30(4):548-549. [5]中华人民共和国卫生部.(JL童高铅血症和铅中毒预防指 南》和《儿童高铅血症和铅中分级和处理原则(试行)》 [J].中华人民共和国卫生部公报,2006(3):26-28. [63NflriaFerrY-Huguet,MartiNadal,MartaSchuhmacher,et a1.MonitoringMetalsinBloodandHairofthePopula— tionLivingNearaHazardousWasteIncinerator..Tempo— ralTrend[J].BiolTraceElemRes,2009,128:191-199. 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