人体重金属检测方法.doc

人体重金属检测方法第24卷第1期2011年2月华夏医学ActaMedicinaeSinicaVo1.24No.1Feb.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:10082409(2011)01012104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3045d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50g/L以下.CDC在1997年报告中指出,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,4tg/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(ICPMS),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(AnodicStrippingVoltammetry.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(Graphitefurnaceatomicabsorptionspectrometry.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LambertBeer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题上,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(Zs)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ig/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(InductivelyCOUpledplasmamassspectrometry,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.ICPMS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.ICPMS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100300万人民币之间.ICPMS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.ICPMS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,1998:168.2BorjessonJ.InvivomeasurementofleadinfingerboneinactiveandretiredleadsmeltersJ.OccupEnvironHealth,1997,69(2):97105.3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,eta1.MonitoringMetalsinBl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