電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定頭發(fā)中的微量元素

張偉娜，周明江，李云輝

(1.吉林師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000；2.長春理工大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長春 130022)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定頭發(fā)中的微量元素

張偉娜1，周明江1，李云輝2*

(1.吉林師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000；2.長春理工大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長春 130022)

建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-OES)測定人發(fā)中Ca、Fe、Cu、Zn、Pb五種微量元素含量的分析方法．選擇了最優(yōu)的分析譜線，對每種元素建立了標(biāo)準(zhǔn)曲線，相關(guān)系數(shù)r均大于0.999，且每種元素的檢出限都很低，樣品的加標(biāo)回收率為94.6%～103.1%，精密度好，5種元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n=5)在0.65%～1.52%之間，用國家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)進(jìn)行方法的準(zhǔn)確度校正，結(jié)果準(zhǔn)確可靠．

電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)；頭發(fā)；微量元素

眾所周知，微量元素已成為維持和促進(jìn)人體整個生命進(jìn)程中營養(yǎng)健康和新陳代謝整不可或缺和替代的生命元素，人體中某種微量元素的過量或者攝取不足，必將會引起身體某些部位的不適，甚至還會由此引起某種疾病[1,2]．例如：Ca元素大量存在于牙齒和骨骼中，是人體內(nèi)含量最多的金屬元素，缺鈣就會導(dǎo)致骨骼疏松、O型腿等癥狀．Ca更是影響人腦神經(jīng)元正常代謝的重要元素，充足的Ca會抑制神經(jīng)元的興奮，使人保持冷靜；缺鈣會使神經(jīng)的興奮失調(diào)，容易引起注意力的不集中，對刺激敏感等現(xiàn)象[3]．Fe大量儲存在血紅蛋白、肌紅蛋白和線粒體中，參與氧的運(yùn)輸和能量的釋放，攝取過多會引起嘔吐腹瀉，中毒甚至死亡，偏低會引起貧血、傳染病等[4]．Zn大量儲存在鋅離子激活酶和鋅金屬酶中，缺鋅會導(dǎo)致侏儒癥，皮膚病和發(fā)育不良的現(xiàn)象；而Cu則是合成大量酶的主要成分，影響和調(diào)節(jié)體內(nèi)鐵的吸收和代謝，參與造血過程[5]．因此，銅和鋅已成為大量酶的主要活動中心．近年來，我國許多醫(yī)療單位和營養(yǎng)機(jī)構(gòu)已經(jīng)把測量人體中的Ca、Fe、Cu、Zn、Pb等微量元素的含量作為衡量人體微量元素的一個標(biāo)準(zhǔn)．

頭發(fā)是人體微量元素儲存和代謝的主要途徑，它具有性質(zhì)穩(wěn)定、采樣容易、易于保存、方便運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點[6]．因此它被診斷為一種理想的活體材料，其生長和脫落都可以反映出人體某些身體器官的代謝機(jī)能．這些器官的健康狀況和機(jī)體功能都與人體中微量元素含量的多少有莫大關(guān)系．而體內(nèi)的微量元素代謝時主要將其儲存在頭發(fā)中，通過剪發(fā)的方法就可以把微量元素徹底排出體外．因此對頭發(fā)中的微量元素進(jìn)行檢測，可以較為準(zhǔn)確的了解人體內(nèi)微量元素的含量及其種類．已有研究表明，頭發(fā)可以作為環(huán)境污染的指示器，微量元素的含量一方面反映了人體的營養(yǎng)健康，另一方面也反映了機(jī)體受到環(huán)境污染危害的程度[7]．如空氣中萬一長時間暴露過多的Pb、Cu、Zn等重金屬元素，人和動物就會中毒，健康和安全就會受到影響和威脅[8]．

目前，可同時檢測頭發(fā)中多種微量或痕量元素簡便、準(zhǔn)確的儀器分析方法有兩種，一種是電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)，另一種就是電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-OES)[9]．這兩種方法都可以同時測定多種元素，并且具有分析速度快、分析精密度好和準(zhǔn)確度高、測定范圍廣、檢出限低及基體效應(yīng)小等優(yōu)點．因此這兩種方法已被廣泛地應(yīng)用于金屬分析、環(huán)境檢測、醫(yī)藥衛(wèi)生、地質(zhì)、化工、食品安全等分析領(lǐng)域[10]．而本文將使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-OES)，建立一個檢測人體頭發(fā)中微量元素含量的分析實驗，并對采集的樣品進(jìn)行分析檢測．此實驗方法選擇性好、方法簡單，為進(jìn)一步研究人體健康和營養(yǎng)狀況提供醫(yī)學(xué)價值．

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

ICP-OES光譜分析儀(ICAP 6000 Series 型)，條件優(yōu)化參數(shù)見表1；玻璃同心霧化器；旋流霧化室；分析天平；燒杯；容量瓶；干燥箱；電熱器．

1.2 實驗試劑

優(yōu)級純硝酸；BVⅢ級硝酸；優(yōu)級純鹽酸；BVⅢ級鹽酸；濃度為1 g/L的鐵、銅、鈣、鋅、鉛儲備液；二次去離子水；超純水．實驗室中所用的不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，都是采用儲備液逐級稀釋得到的．實驗中所用到的容器全部采用10% 硝酸溶液浸泡后，再用二次去離子清洗干凈，并烘干備用．

1.3 樣品采集與制備

在距離枕部頭皮1 cm處用塑料剪刀剪取頭發(fā)樣品，剪去發(fā)梢后，采用中性洗發(fā)水浸泡頭發(fā)樣品30分鐘后輕輕揉洗，然后再用用熱蒸餾水和二次去離子水清洗干凈，最后把

表1 ICP-OES儀器參數(shù)

清洗干凈的發(fā)樣放到無塵烘箱內(nèi)以80℃恒溫干燥，干燥后，保存在塑料袋中．

采用電子天平精確稱取0.2000 g干燥發(fā)樣，并將其放到50 mL燒杯中，加入5 mL BVⅢ級硝酸，然后立即蓋上表面皿．放置過夜后置于60℃左右的電熱板上低溫消化，待紅棕色的氣體蒸發(fā)完全以及發(fā)樣完全溶解后，取下冷卻，然后把全部溶解的樣品轉(zhuǎn)移到25 mL容量瓶中，用超純水定容至刻度線以備用．

2 結(jié)果與討論

2.1 分析線的選擇

通過對Ca、Fe、Cu、Zn、Pb五種元素的檢測，發(fā)現(xiàn)每種元素都有很多條分析譜線．分別對每一條分析譜線進(jìn)行測定，并對每條譜線的測定結(jié)果及譜圖進(jìn)行分析，根據(jù)各元素分析線的信背比及受干擾情況的分析結(jié)果，把背景小、信背比高和無干擾的譜線選出來，作為各元素的分析線，如表1所示．

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

準(zhǔn)確配制濃度為0、0.5、5、10、20 mg/L的各元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照表1參數(shù)優(yōu)化儀器條件，測定各元素的譜線強(qiáng)度與不同濃度的關(guān)系，得到了5種待測元素的線性方程(C代表元素濃度，Y代表譜線強(qiáng)度)，見表2．

表2 各元素的分析性能

2.3 方法檢出限及精密度

對HNO3空白溶液平行測定11次，將以3倍的空白溶液的標(biāo)準(zhǔn)偏差(3σ，σ為對空白進(jìn)行11次檢測的標(biāo)準(zhǔn)偏差)所對應(yīng)的濃度作為方法的檢出限．各待測元素的檢出限見表2．為了檢驗方法的精密度，對濃度為10 mg/L的5種元素的標(biāo)準(zhǔn)混合液平行測定5次，計算出各元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)見表2．從表2中測得的數(shù)據(jù)可知，五種元素的檢出限在0.003 mg/L～0.006 mg/L之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=5)在0.65%～1.52%之間，精密度好，滿足分析需求．

2.4 方法準(zhǔn)確性分析

本實驗對國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)樣(GBW07601)中的鐵、鈣、銅、鋅、鉛五種元素進(jìn)行了檢測，并將檢測值與推薦值進(jìn)行比較，見表3．比較發(fā)現(xiàn)，檢測值與推薦值相符，證明實驗的準(zhǔn)確性好．

2.5 樣品的檢測與加標(biāo)回收實驗

本實驗對所采集的成人頭發(fā)樣品中的五種元素進(jìn)行了檢測，并進(jìn)行加標(biāo)回收實驗，見表4．將檢測值與正常值范圍(見表5)對比發(fā)現(xiàn)，待測試樣中鈣、銅和鉛3種元素的含量在正常值范圍內(nèi)，但接近下限．而鋅低于參考值；鐵略高于參考值．

表3 國家人發(fā)標(biāo)準(zhǔn)(GBW07601)的檢測

表4 樣品測定及加標(biāo)回收實驗結(jié)果

表5 人體頭發(fā)中微量元素正常值參考范圍(μg/g)

3 結(jié)論

本實驗建立了電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定頭發(fā)中微量元素的分析方法，同時測定了頭發(fā)中的五種微量元素，方法簡單，干擾小，準(zhǔn)確度高．試驗中盡可能的消除光譜和背景干擾，選擇最優(yōu)的分析線信號進(jìn)行分析檢測．通過把待測試樣標(biāo)準(zhǔn)溶液的檢測值和加標(biāo)回收實驗測量值分別與國家參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)，該樣品中鈣、銅兩種元素含量雖然在正常值范圍內(nèi)，但是含量偏低，該樣品所有者需適當(dāng)增加鈣和銅的營養(yǎng)吸收；而鋅的含量卻低于參考標(biāo)準(zhǔn)范圍，樣品所有者機(jī)體有缺鋅現(xiàn)象，需要及時補(bǔ)鋅；鐵和鉛含量符合正常標(biāo)準(zhǔn)，保持現(xiàn)狀即可．

[1]周小勇,程發(fā)良,寧滿霞.ICP-AES法測定慢性乙肝患者頭發(fā)中生命元素[J].光譜學(xué)與光譜分析,2000,20(3):361～363.

[2]周 云,邢 斌.利用ICP-AES分析頭發(fā)和指甲中微量元素快速評估學(xué)生的健康狀況[J].微量元素與健康研究,2008,25(5):13～15.

[3]韓春雨,李雅靜.微量元素與人體健康[J].廣東化工,2013,40(15):88～91.

[4]何 燕,周國華,王學(xué)求.從微量元素與人體健康關(guān)系得到的啟示[J].物探與化探,2008,32(1):73～77.

[5]牛蕓民,楊天林.若干重要微量元素的生物化學(xué)功能及其與人體健康的關(guān)系[J].微量元素與健康研究,2014,31(2):82～84.

[6]張全超,王 偉,等.新疆漢晉時期古尸人發(fā)中多元素ICP-AES法的同時測定[J].吉林大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版),2010,48(4):704～706.

[7]王蓉珍,郭 捷,秦素蘭.ICP-AES法同時測定人發(fā)中9種元素含量[J].廣東微量元素科學(xué),1999,6(10):44～45.

[8]S.Akkus,T.Bal,N.M.Karaaslan,E.Yaman,E.Kilinc,M.Yaman.Fractionation of Ni,Cr and Cu from Soil by Sequential Extraction Procedure and Determination by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry[J].Clean-Soil,Air,Water,2013,41(12):1229～1234.

[9]R.Lam,E.D.Salin.Direct multielement determination of human hair by induction-heating electrothermal vaporization with ICP-MS[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,2007,22:1430～1433.

[10]劉 玲,李紅霞.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜應(yīng)用研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代企業(yè)教育,2012,23:303～306.

DeterminationofTraceMetalElementsinHairbyInductivelyCoupledPlasmaOpticalEmissionSpectrometry

ZHANGWei-na1，ZHOUMing-jiang1，LIYun-hui2*

(1.College of Chemistry,Jilin Normal University,Siping 136000,China；2.School of Chemistry and Environmental Engineering,Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China)

The method was established for the determination of five trace elements including Ca,Fe,Cu,Zn and Pb in human hair by inductively coupled plasma optical emission spectrometry(ICP-OES).The optimal analysis spectral lines were selected and the standard curves were established for every element in this method,the

correlation coefficients r were larger than 0.999.The method had low detection limits,and the recoveries of the elements were in the range of 94.6%～103.1%.The method had good precision and the RSD(=5) in the range of 0.65%～1.52%.The accuracy of the method was confirmed by the analysis of certified standard reference materials and the results showed the proposed method was accurate and reliable.

inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES);hair;trace elements

林險峰)

2014-06-17

吉林省發(fā)改委項目(2011003-7)；吉林師范大學(xué)博士啟動項目(2012001)

張偉娜(1982-)，女，河南省開封市人，現(xiàn)為吉林師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院講師，博士.研究方向：環(huán)境分析化學(xué).

*：李云輝(1961-)，女，吉林省長春市人，教授，博士，博士生導(dǎo)師.研究方向：應(yīng)用基礎(chǔ)材料及環(huán)境地球化學(xué).

O657

A

1674-3873-(2014)03-0125-03