微波消解-ICP-MS法測(cè)定指甲中14種金屬元素的含量

張春婷，劉麗萍，凌雪穎,蘇 萍

(1.北京化工大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，北京100029； 2. 北京市疾病預(yù)防控制中心，北京100010)

微量元素，也被稱作痕量元素，對(duì)人體具有十分重要的作用。有益的微量元素如V、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Se及Mo等元素的缺乏，會(huì)對(duì)人體健康造成不同程度的影響；而有害元素As、Cr、Cd、Hg及Pb等含量過(guò)高，也會(huì)造成中毒現(xiàn)象，甚至威脅到人們的生命[1-2]。因而，對(duì)人體內(nèi)微量元素含量的檢測(cè)是很有必要的。目前，醫(yī)院檢測(cè)微量元素通常是靜脈抽血和采指頭血進(jìn)行化驗(yàn)。指甲是天然“微量元素記錄板”，能準(zhǔn)確地記錄人體在該段時(shí)期內(nèi)微量元素代謝情況[3]且具有采樣容易、無(wú)創(chuàng)傷、便于保存且穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，因此選擇指甲作為檢測(cè)樣品，測(cè)定其微量元素的含量更方便。

微量元素的檢測(cè)主要有四種常用的方法：石墨爐原子吸收光譜法(GFAAS)[4]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)[5]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)[6]以及電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[7-8]。其中，ICP-MS的檢出限低，分析速度快，可同時(shí)測(cè)定多種元素。近年來(lái)微波消解樣品前處理技術(shù)由于具有消解效果好、試劑量少、速度快、減少易揮發(fā)元素的損失和大批量同時(shí)進(jìn)行的特點(diǎn)受到普遍關(guān)注。所以本文采用微波消解與ICP-MS聯(lián)用同時(shí)測(cè)定指甲中的14 種微量元素V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、As、Se、Mo、Ag、Cd、Hg及Pb的含量，探究人體微量元素的范圍，為更加方便快捷的測(cè)定微量元素含量提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

MJ 2870微波消解儀(美國(guó)CEM公司)；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國(guó)Thermo公司)；超純水制作系統(tǒng)(美國(guó)Millepore公司)； ICP-MS調(diào)諧溶液(美國(guó)Thermo公司)；ICP-MS混合元素標(biāo)準(zhǔn)品 (Part#: 5183-4688；Lot：22-252VYY2)：1 000 mg/L(Fe)、10 mg/L(Ag、As、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Pb、Sb、Se、V和Zn)(美國(guó)Agilent 公司)；ICP-MS內(nèi)標(biāo)混合物(Part#: 5183-6525；Lot：22-204VYY2)：100 mg/L(Li、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu和Bi)(美國(guó)Agilent 公司)；參考物質(zhì)(GBS 07-3186-2014 200931)：Cu、Pb、Zn、Cd和Cr (環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所)；砷標(biāo)準(zhǔn)品(GBS 07-3171-2014 200441)：(環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所)；汞標(biāo)準(zhǔn)品(GBW(E) 080393)：(國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心)。

1.2 微波消解前處理方法

指甲樣本用丙酮超聲波清洗10 min，再用純水徹底清洗后60 ℃烘干，然后，準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量，置于微波消解罐中，加入6 mL 硝酸(65%)、1 mL過(guò)氧化氫溶液(30%)，室溫放置約2 h 等待初始反應(yīng)完成后，放入微波消解儀中進(jìn)行消解，消解完成后用超純水定容。

1.3 分析方法的建立

消解后的樣品，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)定。使用內(nèi)標(biāo)法消除基質(zhì)干擾，14種元素與內(nèi)標(biāo)元素及其質(zhì)量數(shù)分別為：51V(45Sc)、53Cr(45Sc)、55Mn(45Sc)、56Fe(45Sc)、59Co(45Sc)、63Cu(103Rh)、66Zn(103Rh)、75As(103Rh)、82Se(103Rh)、95Mo(103Rh)、107Ag(115In)、111Cd(115In)、202Hg(175Lu)、208Pb(209Bi)。

2 結(jié)果與討論

2.1微波消解程序的確定

樣品進(jìn)行消解時(shí)，如果出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，消解不完全，會(huì)導(dǎo)致所測(cè)得的結(jié)果偏低。所以本實(shí)驗(yàn)采用控溫程序進(jìn)行消解，如表1所示。結(jié)果表明樣品能在較短時(shí)間內(nèi)很好地消解，消解后樣品呈現(xiàn)澄清透明的狀態(tài)，滿足分析要求。

表1 微波消解儀指甲樣品的程序

2.2 各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

繪制14種元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線，并計(jì)算檢出限，結(jié)果如表2所示，可以看出各個(gè)元素的R2均>0.999，說(shuō)明線性良好。同時(shí)檢出限除了Fe元素的稍高外，其他元素均比較低，因?yàn)槿梭wFe含量較其他元素要高很多，所以滿足分析的誤差要求。

表2 各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

2.3 考察準(zhǔn)確度

通過(guò)測(cè)定水基體標(biāo)準(zhǔn)溶液和固體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)脫脂奶粉，與給出的標(biāo)準(zhǔn)值的范圍內(nèi)比對(duì)，來(lái)判斷實(shí)驗(yàn)方法的準(zhǔn)確度，結(jié)果如表3和表4所示。從中可以看出，測(cè)定元素含量均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)方法準(zhǔn)確度良好。

表3 水基體標(biāo)準(zhǔn)溶液元素含量測(cè)定

表4 固體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)脫脂奶粉元素含量測(cè)定

2.4 考察精密度

實(shí)驗(yàn)方法精密度是通過(guò)測(cè)量同一種樣品的平行樣品，從各種元素測(cè)量的重現(xiàn)性來(lái)判斷精密度是否良好，結(jié)果如表5所示。結(jié)果表明，各元素的RSD均小于5%，由此可見實(shí)驗(yàn)方法的精密度良好，適用于指甲樣品的測(cè)定。

表5 方法精密度實(shí)驗(yàn)

2.5 指甲樣品的測(cè)定

2.5.1 性別對(duì)元素含量的影響

本文對(duì)同一地區(qū)的100人的指甲進(jìn)行采樣分析，男女性別比例為1∶1，平均值和中位數(shù)的結(jié)果見表6。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中一些特大值和特小的離群值對(duì)平均值的影響非常大，不能正確反映數(shù)據(jù)分布情況，所以本文采用除去有害元素異常高值后計(jì)算出平均值。從表6中可以看出，除去異常值后，有益元素V、Mn、Zn、Fe、Cu、Zn和Co的含量受性別影響很小，Se的含量女性略高于男性，但統(tǒng)計(jì)顯示P>0.05無(wú)顯著性差別。男性和女性有害元素Ag和Cd的含量接近，Pb和As含量男性高于女性，Cr和Hg含量女性高于男性，且P<0.05有顯著性差別，這可能跟日常飲食習(xí)慣和環(huán)境有關(guān)。

表6 指甲中元素含量(單位：mg·kg-1)跟性別的關(guān)系

2.5.2 與其他文獻(xiàn)報(bào)道比較

將本文測(cè)定結(jié)果與其他文獻(xiàn)比較，如表7所示，與文獻(xiàn)報(bào)道的元素含量相比基本一致，只有Mo、Zn和Pb的含量偏低，F(xiàn)e含量較高，這可能跟采樣人群的個(gè)體差異有關(guān)，還有可能跟地域有關(guān)，因?yàn)轱嬍辰Y(jié)構(gòu)和環(huán)境都會(huì)引起代謝到指甲中的元素含量的變化，所以確定指甲元素含量范圍必須考慮這些因素。

目前醫(yī)院普遍采用的微量元素檢測(cè)的方法是對(duì)血液采樣分析，將本文測(cè)定結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道血液分析結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)血液中的有益元素Fe、Cu、Se、Cu和Zn的含量遠(yuǎn)高于指甲的測(cè)定結(jié)果，V的含量相差不大，Cr的含量低于指甲測(cè)定結(jié)果，這說(shuō)明血液中的元素含量范圍不適用與指甲中元素含量范圍，需要重新確定指甲中微量元素的含量范圍。

表7 本文測(cè)定指甲微量元素含量與其他文獻(xiàn)數(shù)據(jù)比較

2.5.3 檢測(cè)結(jié)果異常值分析

對(duì)于有益元素來(lái)說(shuō)，攝入不足會(huì)出現(xiàn)缺乏癥狀，攝入過(guò)量又會(huì)出現(xiàn)中毒反應(yīng)，而對(duì)有害元素來(lái)說(shuō)，則攝入量越少越好.檢測(cè)結(jié)果中出現(xiàn)有益元素異常低值，例如Se、Mo、Mn等元素均出現(xiàn)測(cè)定結(jié)果為0的樣品，人體內(nèi)Se缺乏會(huì)引起克山病、心血管疾病和白內(nèi)障等，Mo不足可表現(xiàn)為生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，Mn缺乏時(shí)導(dǎo)致骨骼發(fā)育不良，葡萄糖的利用率下降，最終導(dǎo)致脂肪的儲(chǔ)存含量增加很容易導(dǎo)致人體肥胖，所以這些志愿者應(yīng)當(dāng)在醫(yī)生指導(dǎo)下進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充，有益身體健康。同時(shí)有害元素Cr、As、Ag、Cd和Pb均出現(xiàn)過(guò)異常高值，分別為21.85、3.505、56.65、2.79和684.1 mg·kg-1，Cr含量過(guò)高會(huì)引發(fā)腎臟、肝臟、血液系統(tǒng)的嚴(yán)重疾病，As及其化合物進(jìn)入體內(nèi)后，可引起胃腸道損傷、心臟功能紊亂等癥狀，Ag含量過(guò)高可能會(huì)引起慢性中毒，Cd含量過(guò)高會(huì)引發(fā)繼發(fā)性骨質(zhì)疏松和“骨痛病”，Pb離子的神經(jīng)毒性作用，會(huì)引起諸如兒童發(fā)育遲緩、智力降低等嚴(yán)重后果，對(duì)于成人來(lái)說(shuō)，則會(huì)引發(fā)血壓升高和心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)增加等情況發(fā)生，因此這些志愿者應(yīng)該做進(jìn)一步身體檢查，避免有害重金屬對(duì)身體造成傷害。

3 結(jié)論

建立了微波消解-ICP-MS快速測(cè)定指甲中14種微量元素的方法，該方法具有檢出限低、線性好、準(zhǔn)確度及精密度良好、能同時(shí)對(duì)多個(gè)樣品進(jìn)行快速分析檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)定100組指甲樣品結(jié)果表明，同一地區(qū)的人群指甲中的某些元素含量受性別影響，通過(guò)與文獻(xiàn)報(bào)道比較可以看出不同區(qū)域采樣人群有些元素含量也有明顯差別，同時(shí)與血液中元素含量范圍也有區(qū)別。本文為無(wú)創(chuàng)方式檢測(cè)人體微量元素含量奠定了一定的基礎(chǔ)，具有良好的應(yīng)用前景。