電熱板消解電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定人發(fā)中33種無機元素的含量

駱如欣，馬棟，張素靜，卓先義

（司法部司法鑒定科學技術(shù)研究所上海市法醫(yī)學重點實驗室，上海 200063）

電熱板消解電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定人發(fā)中33種無機元素的含量

駱如欣，馬棟，張素靜，卓先義

（司法部司法鑒定科學技術(shù)研究所上海市法醫(yī)學重點實驗室，上海 200063）

目的建立頭發(fā)中33種無機元素的電熱板消解電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）測定方法。方法以鋰（6Li）、鍺（72Ge）、釔（89Y）、銦（115In）、鋱（159Tb）作內(nèi)標，硝酸和過氧化氫作為消解酸體系，采用電熱板消解對頭發(fā)進行前處理，ICP-MS法分析人發(fā)中33種無機元素的含量。結(jié)果電熱板消解ICP-MS法的檢出限為0.0001μg/g（Th）～10.9μg/g（Ca），定量限為0.0005μg/g （Th）～25μg/g（Ca），加標回收率為86%～113%，日內(nèi)及日間精密度≤9.2%，與微波消解法檢測結(jié)果相比，差異無統(tǒng)計學意義。結(jié)論電熱板消解ICP-MS法高效、準確度高，適用于對頭發(fā)中33種無機元素的分析。

法醫(yī)毒理學；電感耦合等離子體質(zhì)譜；電熱板消解；元素；頭發(fā)

頭發(fā)主要由纖維性的角蛋白組成，微量元素在毛囊內(nèi)與巰基、氨基結(jié)合從而進入角蛋白分子，使微量元素蓄積在頭發(fā)中，并且微量元素一旦沉積下來就不易再被重新吸收[1]。

臨床上元素測定常用的檢材為血液、尿液。相比于血液、尿液，頭發(fā)作為檢材具有取材簡單、無侵入性、易保存、元素含量高等優(yōu)點[2]；頭發(fā)以每月平均1.0～1.4cm的速度生長[3]，因此可以通過頭發(fā)的分段分析來推斷一段時間內(nèi)元素暴露情況[4-7]。

頭發(fā)消解最常用的方法是微波消解法。但是微波消解法有如下不足：微波消解儀價格昂貴；消解罐使用壽命短、易被污染且成本高；消解過程中需要時刻監(jiān)管；消解完成后，消解罐的冷卻需要較長時間，后處理麻煩、耗時。而電熱板消解每次可以處理大批樣本，消解完成后降溫快，后處理簡單。

本研究旨在建立頭發(fā)中33種無機元素的電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）測定方法，所選取的33種元素基本滿足了法醫(yī)毒物分析領(lǐng)域中對元素篩查的需要，其中既包括人體必需微量元素，如鐵、鋅、硒、銅、鈷、錳、鉻、鉬和鎳等，也包括危害人類健康的有害元素，如鉛、汞、砷和鎘等。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

ICP-MS調(diào)諧溶液［鋰（7Li）、釔（89Y）、鉈（205Tl）］1 μg/L、內(nèi)標儲備液［鋰（6Li）、鍺（72Ge）、釔（89Y）、銦（115In）、鋱（159Tb）］10 mg/L、混合元素標準儲備液（multi-element calibration standard-2A）和環(huán)境標準儲備液均購自美國Agilent公司，混合元素標準儲備液（ICP multi-element standard solution VI）購自美國Merck公司，銫（Cs）、金（Au）和汞（Hg）標準儲備液以及包含鈦（Ti）、錫（Sn）、銻（Sb）和鋯（Zr）的混合元素標準儲備液均購自美國NSI公司。

65 %硝酸（HNO3）溶液（優(yōu)級純）購自美國Merck公司；29%～32%過氧化氫（H2O2）（優(yōu)級純）、曲拉通X-100購自美國Alfa Aesar公司；其他試劑為國產(chǎn)分析純。電阻率18.2MΩ·cm超純水，由Element A10超純水處理系統(tǒng)（美國密理博公司）制得。

1.2 工作溶液配制

內(nèi)標工作溶液：吸取適量的內(nèi)標儲備液用5% HNO3溶液配制得質(zhì)量濃度為80 μg/L的內(nèi)標工作溶液，置于4℃冰箱冷藏保存，有效期為6個月。

元素標準工作溶液：吸取適量的元素標準儲備液于樣品瓶中，加5%HNO3溶液逐級稀釋得標準工作溶液，標準工作溶液置于4℃冰箱冷藏保存。

質(zhì)量控制溶液：吸取適量元素標準儲備液于樣品瓶中，加5%HNO3溶液逐級稀釋得質(zhì)量控制溶液，其中Ca質(zhì)量濃度為1000μg/L；Mg和Zn的質(zhì)量濃度為100 μg/L；Al、Fe、Cu和Ba質(zhì)量濃度為10 μg/L，其余元素質(zhì)量濃度為1μg/L，置于4℃冰箱冷藏保存。

1.3 主要儀器及條件

7500 ce電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國Agilent公司）；電熱板（金壇市盛藍儀器制造有限公司）；MWS-3+微波消解儀（德國Berghof公司）。ICP-MS使用前用1μg/L的調(diào)諧液優(yōu)化儀器工作參數(shù)。標準模式下，調(diào)諧要求達到的標準以及優(yōu)化后的參數(shù)值見表1。

表1 ICP-MS的儀器操作條件及調(diào)諧參數(shù)

1.4 樣品前處理

1.4.1 頭發(fā)樣品采集

取健康志愿者的頭發(fā)，清洗后將頭發(fā)剪碎（每段約0.5mm），混合均勻，待用。

1.4.2 頭發(fā)的清洗

用曲拉通X-100洗滌4次，接著用丙酮洗滌后再用超純水沖洗3次，最后用丙酮洗滌2次，烘干待用[8]。

1.4.3 電熱板消解

準確稱取20 mg頭發(fā)置于15 mL Corning試管（聚丙烯材料，耐高溫、強酸）中，用0.8mL 65%HNO3溶液和0.2mL 29%～32%過氧化氫作為消解酸體系，加蓋密閉后于電熱板上加熱消解。加熱溫度為90℃，加熱時間3h。消解完成后取出Corning試管冷卻至室溫，用超純水定容至10mL。

1.5 線性方程、檢出限、定量限和內(nèi)標元素考察

對1.2項配制的標準工作溶液進行測定，以各元素與內(nèi)標的響應(yīng)值之比（y）對相應(yīng)質(zhì)量濃度（x，μg/L）進行線性回歸，得出線性方程。

以超純水經(jīng)過電熱板消解定容后作空白溶液，取11次平行測定的空白溶液及3次平行測定某一濃度各元素標準溶液的結(jié)果，按文獻[9]公式計算各元素的檢出限。

定量限為線性方程的最低質(zhì)量濃度點。

為保證測定的準確性，本研究通過在線加入內(nèi)標法克服基體效應(yīng)和儀器漂移。內(nèi)標選擇的基本原則是：內(nèi)標元素與被測元素的質(zhì)量數(shù)以及電離能應(yīng)盡量接近，同時所選的內(nèi)標元素在被測樣品中的質(zhì)量應(yīng)該及其微小，可以忽略其存在。

1.6 電熱板消解與微波消解對比

為了考察本研究采用的電熱板消解法的可靠性與準確性，對同一來源的頭發(fā)采用兩種方法消解后測定，比較兩者之間是否存在差異，每種方法平行消解6份。微波消解方法參照本實驗室所建立的程序[10]。運用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對所得的測定值進行配對t檢驗。

1.7 方法精密度和加標回收率考察

將空白頭發(fā)中元素的含量作為本底值；在空白頭發(fā)中添加無機元素標準溶液適量，制得低、中、高3個質(zhì)量濃度的質(zhì)控樣品，每個濃度點6份，按1.4.3項進行消解，根據(jù)當日標準曲線分別計算空白頭發(fā)和質(zhì)控樣品中元素的質(zhì)量濃度，質(zhì)控樣品連續(xù)測定3d，以相對標準偏差計算日內(nèi)精密度和日間精密度，加標回收率等于質(zhì)控樣品測定值扣除本底值后與添加值之比。

2 結(jié)果與討論

2.1 線性方程、內(nèi)標元素、檢出限及定量限

內(nèi)標元素、線性方程、相關(guān)系數(shù)（r）、檢出限及定量限見表2。檢出限為0.000 1～10.9 μg/g，定量限為0.0005～25μg/g，線性范圍內(nèi)相關(guān)系數(shù)（r）≥0.999。

2.2 電熱板消解與微波消解對比

頭發(fā)經(jīng)兩種方法消解后測定，測定結(jié)果見表3。結(jié)果表明兩種消解方法差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），說明本實驗所采用的電熱板消解條件合理，可以將頭發(fā)徹底消解。

2.3 方法精密度和加標回收率

精密度和加標回收率見表4。該方法的加標回收率為86%～113%，日內(nèi)精密度為0.4%～8.9%，日間精密度為1.1%～9.2%。

表2 各元素檢出限及線性關(guān)系

表3 電熱板消解與微波消解方法對比（n=6，±s，μg/g）

表3 電熱板消解與微波消解方法對比（n=6，±s，μg/g）

注：“-”表示未進行統(tǒng)計分析

P元素電熱板消解元素電熱板消解7Li＜LOQ82Se1.47±0.079Be0.70±0.0285Rb＜LOQ11B0.33±0.0188Sr1.77±0.0624Mg28.4±1.890Zr0.480±0.00527Al5.3±0.395Mo0.140±0.02043Ca480.9±11.6107Ag0.67±0.0147Ti0.93±0.04111Cd0.90±0.0251V0.80±0.01121Sb0.036±0.00453Cr0.83±0.02133Cs0.0066±0.000355Mn0.70±0.02137Ba2.13±0.1257Fe55.2±2.1197Au0.62±0.0159Co0.640±0.020202Hg1.12±0.0160Ni0.94±0.02205Tl0.410±0.01063Cu12.00±0.19208Pb1.62±0.0466Zn210.6±3.1232Th0.35±0.0169Ga0.340±0.004238U0.810±0.01375As0.180±0.008微波消解＜LOQ 0.73±0.01 0.35±0.02 29.1±1.6 5.4±0.6 492.4±6.7 0.90±0.03 0.84±0.01 0.87±0.05 0.72±0.02 58.5±0.3 0.650±0.008 0.92±0.02 12.20±0.18 217.7±2.9 0.350±0.007 0.180±0.010 P -0.281 0.163 0.273 0.055 0.242 0.131 0.118 0.405 0.092 0.204 0.148 0.103 0.245 0.123 0.146 0.581微波消解1.41±0.07 ＜LOQ 1.82±0.05 0.490±0.020 0.130±0.005 0.69±0.01 0.94±0.02 0.039±0.002 0.0062±0.0003 2.14±0.05 0.61±0.10 1.27±0.03 0.420±0.005 1.68±0.06 0.37±0.01 0.840±0.010 0.144 -0.129 0.153 0.640 0.089 0.167 0.255 0.182 0.785 0.815 0.054 0.080 0.087 0.769 0.092

表4 加標回收率和精密度

續(xù)表4

續(xù)表4

3 總結(jié)

本研究建立了電熱板消解ICP-MS法同時測定頭發(fā)中33種無機元素含量的方法，該方法效率高、檢出限低、準確度高，適合大批次樣本的分析。

[1]黃家林.頭發(fā)中微量元素研究進展綜述[J].安徽預(yù)防醫(yī)學雜志，2007，13（1）：41-43.

[2]Suzuki T.Hair and nails：Advantages and pitfalls when used in biological monitoring[M]//Clarkson TW，F(xiàn)riberg L，Nordberg GF，et al.Biological monitoring of toxic metals.New York：Plenum Press，1988：623-641.

[3]Beumer JH，Bosman IJ，Maes RA.Hair as a biological specimen for therapeutic drug monitoring[J]. Int J Clin Pract，2001，55（6）：353-357.

[4]Niculescu T，Dumitru R，Botha V，et al.Relationship between the lead concentration in hair and occupational exposure[J].Br J Ind Med，1983，40（1）：67-70.

[5]Foo SC，Khoo NY，Heng A，et al.Metals in hair as biological indices for exposure[J].Int Arch Occup Environ Health，1993，65（S1）：S83-S86.

[6]Ni SQ，Li RP，Wang AJ.Heavy metal content in scalp hair of the inhabitants near Dexing Copper Mine，Jiangxi Province，China[J].Science China Earth Sciences，2011，54（5）：780-788.

[7]Szynkowska MI，Pawlaczyk A，Wojciechowska E.Human hair as a biomarker in assessing exposure to toxic metals[J].Polish J Environ Stud，2009，18（6）：1151-1161.

[8]Puchyr RF，Bass DA，Gajewski R，et al.Preparation of hair for measurement of elements by inductively coupled plasma-mass spectrometry（ICP-MS）[J]. Biol Trace Elem Res，1998，62（3）：167-182.

[9]梁旭霞，陳瑋，鐘志雄，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定牙膏和化妝品中的鍶和其它8種元素[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志，2005，15（12）：1409-1412.

[10]張丹，卓先義.微波消解ICP-MS法測定人頭發(fā)中24種元素的含量[J].法醫(yī)學雜志，2011，27（6）：425-429，433.

Determination of 33 Inorganic Elements in Human Hair by Electricity Plate Digestion and Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry

LUO Ru-xin,MA Dong,ZHANG Su-jing,ZHUO Xian-yi
（Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine,Institute of Forensic Science,Ministry of Justice,P.R.China,Shanghai 200063,China）

ObjectiveTo establish the electricity plate digestion and inductively coupled plasma-mass spectrometry（ICP-MS）method for determination of 33 inorganic elements in human hair.MethodsLithium（6Li）,Germanium（72Ge）,Yttrium（89Y）,Indium（115In）,and Terbium（159Tb）were used as internal standards.The electric heating board digestion in a mixture of nitric acid and hydrogen peroxide was used as the pre-treatment of the hair.Thirty-three inorganic elements in human hair were analyzed by ICP-MS method.ResultsThe detection limit of ICP-MS was 0.0001μg/g（Th）～10.9μg/g（Ca）and the limit of quantitation was 0.0005μg/g（Th）～25μg/g（Ca）.The recovery rate of this method was 86%-113%.The RSD for the intra-day and inter-day were less than 9.2%.The method was not statistically different from microwave digestion method.ConclusionThis method is highly efficient and accurate.It can be used for analysis of 33 inorganic elements in human hair.

forensic toxicology;inductively coupled plasma-mass spectrometry;electric heating board digestion;elements;hair

DF795.1

10.3969/j.issn.1004-5619.2013.06.006

1004-5619（2013）06-0425-06

2013-09-17）

（本文編輯：褚建新）

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAK16B02）；國家自然科學基金青年項目（81302613）；上海市技術(shù)標準專項（13DZ0503001）；上海市法醫(yī)學重點實驗室資助項目（13DZ2271500）

駱如欣（1986—），男，河北邯鄲人，碩士研究生，主要從事毒物分析研究；E-mail：luorx@ssfjd.cn

馬棟，男，副主任法醫(yī)師，主要從事毒物分析研究；E-mail：madong_112@sina.com

通信作者：卓先義，男，研究員，碩士研究生導師，主要從事毒物分析研究；E-mail：zhuoxy@ssfjd.cn