第三章-非金属化合物及其代谢产物

第三章非金属化合物及其代谢产物的测定王长芹卫生检验学教研室第一节一氧化碳第二节二硫化碳第三节硒第四节碘第五节砷第六节氟第七节氰化物学习要求1.了解一氧化碳、二硫化碳、碘、砷、氟和氰化物的理化性质，测定它们的卫生学意义；2.熟悉样品的采集、保存和处理方法；硒、碘、氟与人体健康的关系；3.掌握一氧化碳、二硫化碳、碘、砷、氟和氰化物的生物检验指标，以及主要的测定方法。第一节一氧化碳一氧化碳（carbonmonoxide，CO）无色、无臭、无刺激性的有毒气体燃烧时呈蓝色火焰；爆炸限为12%～74%难溶于水，易溶于氨水硫化羰基，金属羰基化合物，具有还原性一、理化特性职业接触冶金：炼焦、炼铁、铸造等化学：合成氨、生产光气、甲醇等瓦斯爆炸、碳素石墨电极制造等非职业接触民用煤炉、汽车尾气是主要来源吸烟是常见来源接触机会二、代谢和生物检测指标进入机体途径及代谢过程三种途径:呼吸道、消化道、皮肤HbO2＋COHbCO＋O2一氧化碳中毒亦称煤气中毒。10%30%50%生物监测指标1.血液中HbCO含量2.呼出气中CO含量人体接触CO3h后血中HbCO浓度升高最快，停止接触，HbCO浓度迅速下降。CO中毒的临床表现与HbCO浓度有关。在环境空气中CO浓度较稳定的情况下，4h左右肺泡中CO可达平衡状态。！!三、样品采集及保存1.呼出气2.血液在接触一氧化碳3h后临近工作班末，采集终末呼出气。检测对象先深呼吸2～3次，然后收集最后的100ml呼出气。用采样管或复合膜采气袋采集。在接触CO后3h的工作班末或接触最高浓度时采样，采集静脉血或末稍血。时间四、血中碳氧血红蛋白的测定（一）分光光度法

（二）氢氧化钠法721分光光度计

中华人民共和国国家职业卫生标准GBZ23－2006（一）分光光度法1.原理还原血红蛋白（Hb）

氧合血红蛋白（HbO2）

碳氧血红蛋白（HbCO）微量高铁血红蛋白（MetHb）连二亚硫酸钠血红蛋白（Hb）

碳氧血红蛋白（HbCO）432nm420nmA432A420代入HbCO和Hb吸光系数的公式求得HbCO的百分浓度。

!!2.样品的采集和保存3.测定方法（1）摩尔吸光系数的测定1.取不吸烟，不接触一氧化碳气体的健康人血2ml（加肝素抗凝），保存待用。2.取一5ml试管，吸此原血0.5ml，用Tris液（三羟甲基氨甲烷）2ml稀释。3.

取上述稀释血0.15～0.2ml，放入100ml锥形瓶中，加入60mlTris液混匀。4.

HbO2液的制备：将上述血液稀释液通氧气20min（30ml／min）。5.HbCO液的制备：取HbO2液的一半，放入干燥的50ml锥形瓶，通一氧化碳20min（30ml／min）。6.取一10ml试管，装满HbCO液，再加入连二亚硫酸钠40mg。盖塞（勿进气泡），混匀，待测。7.Hb液的制备：将剩余的一半HbO2液通湿化氮气（即将氮气通过盛有常温蒸馏水的容器，使水蒸气饱和），15min后，装满另一支10ml试管。并加入40mg连二亚硫酸钠，盖塞（勿进气泡），混匀待测。8.将试剂空白管和测定管待测液分别倒入1cm比色皿中。加盖（勿进气泡）。以试剂空白液调零点，测定HbCO液及Hb二液在420、432nm波长的吸光度。（2）血样测定取血样10µl，用Tris稀释液稀释后加入连二亚硫酸钠，混匀。以试剂空白液为参比，记录测定液420nm和432nm波长下的吸光度值。4.注意事项（1）采血：避免凝血；血样：新鲜（2）所用氮气和氧气：高纯氮和高纯氧（3）连二亚硫酸钠：小瓶分装，避免接触空气和水分。（4）测试液避免接触空气，及时测定。（二）氢氧化钠法1.原理

正常人血样在碱性条件下立即转变成草绿色，而存在碳氧血红蛋白会使颜色转变时间增长，转变时间与碳氧血红蛋白浓度之间有相关性，从变色时间可大致估计出碳氧血红蛋白的浓度。取耳血或指血1～2滴（0.02ml），置于装有4ml蒸馏水的试管中，混匀，呈粉红色。然后向试管中加入2滴10％的氢氧化钠溶液。2.测定方法若试管溶液呈现草绿色则为碳氧血红蛋白阴性；若颜色转变缓慢则碳氧血红蛋白阳性且转变时间随碳氧血红蛋白浓度加大而增长。变色时间（秒）碳氧血红蛋白浓（％）

1510

30

25

50

50

80

75表3-1变色时间与血液中碳氧血红蛋白浓度的关系五、终末呼出气中一氧化碳浓度测定（一）一氧化碳测定仪法（二）检气管法

（一）一氧化碳测定仪法一氧化碳红外测定仪，利用一氧化碳对4.67μm、4.72μm波长的红外辐射有选择性吸收的原理定量。一氧化碳监测仪770型

一氧化碳电化学测定仪，其原理是CO分子在扩散式电极上氧化，然后用电化学方法检测定量。扩散型一氧化碳测定仪，其原理是CO经扩散后遇到专用指示胶产生由粉红色至棕色的颜色变化而定量。（二）检气管法gasdetectiontube

一种检出或测定痕量气体的装置。1919年美国C.R.胡佛和A.B.拉姆首先在分析化学中使用检气管。检气管的管壁透明，管内装多孔粒状载体，上面有检出试剂，当试样气体流经管道时，被测组分与检出试剂作用，使试剂变色。根据进入的试样量和试剂变色的深浅或变色部分的长短，借助于标准色阶，就可确定组分的含量。检出试剂是钯盐加磷钼酸铵，反应原理为：在一般情况下，Pd与磷钼酸铵无明显反应,但当与一氧化碳相遇时，Pd与一氧化碳作用生成金属钯,它对一氧化碳还原三氧化钼的反应起催化作用。随着一氧化碳量的增大,检出剂段从淡黄色变为绿色,直到蓝色，检出限为0.001％。使用时，将两端锯开，一端连接在一个100毫升医用注射器上，然后将注射器中的一定体积的试样气体慢慢注入检气管，3分钟后按照检气管上的刻度，直接读出CO的浓度值。特点：简单、轻便、操作方便、可现场迅速测定。第二节二硫化碳一、理化特性二硫化碳（carbondisulfide，CS2），常温为无色透明略带芳香味的液体。难溶于水，易溶于有机溶剂。挥发性、易燃性、爆炸性、腐蚀性都很强，其蒸气密度是空气密度的2.63倍。2-硫代噻唑烷-4-羧酸（TTCA）是二硫化碳的体内代谢产物，是二硫化碳与谷胱甘肽结合所生成的特异性代谢产物。二、代谢和生物监测指标二硫化碳的接触：主要是职业接触二硫化碳对人体毒作用：气体麻醉剂二硫化碳在体内的代谢：呼吸道和皮肤图3－1二硫化碳主要代谢途径

10%~30%3.生物监测指标2-硫代噻唑烷-4-羧酸（TTCA）终末呼出气中二硫化碳三、样品采集和保存1.尿样工作班末或周末、避免污染、尽快测定2.呼出气脱离工作现场正常呼吸1min后、采气管、24h内测完双阀玻璃采气管四、尿中2-硫代噻唑烷-4-羧酸的测定尿中TTCA含量的表示方法TTCA排泄速度肌酐校正TTCA的值尿TTCA浓度高效液相色谱法尿样经盐酸酸化用乙醚提取TTCA浓缩后，C18色谱柱分离紫外检测器273nm标准曲线法定量高效液相色谱法测定尿中TTCA样品处理

取适量班末尿样离心后加入盐酸和乙醚，于液体快速混匀器上混合2min。3000r/min离心后，将乙醚层全量转移至另一试管，置40℃水浴吹氮至干，加入甲醇溶解残渣，待测。注意事项1.离心后得尿样经乙醚提取后再次离心。使乙醚便于分离、转移，保证准确度。2.TTCA的制备五、气相色谱法测定呼出气中二硫化碳FPD检测色谱柱分离富集、热解吸采样1.原理2.色谱测定条件载气（N2）；热解吸温度140℃，解吸时间3min；火焰光度检测器。3.注意事项解吸时间应不大于3min，以保证样品的完全转移和瞬间释放。（二）检气管法指示层：铜盐和羟基胺的混合物与二硫化碳生成铜－二烷基二硫代氨基甲酸酯，让一定体积的气体通过检气管，显色带处的刻度数值表示浓度大小。

一、理化性质

第三节硒硒在自然界的存在方式分为两种：无机硒和有机硒。硒不溶于水，能溶于硝酸和碱。硒单质自然硒二、代谢和生物监测指标硒的职业接触电子工业、橡胶业、化工业、石油精练、染料业等。硒可经呼吸道、消化道及皮肤进入体内。主要由尿排泄（三甲基硒），经呼吸道排出主要是挥发性的二甲基硒化物。1973年，世界卫生组织（WHO）宣布硒是人类必需的微量元素。中国营养学会1998年10月也将硒列为人体必需的15种营养素之一。硒与人体健康的关系①硒有抗癌作用。被科学家称之为人体微量元素中的“防癌之王”

②硒有抗氧化作用。硒是最好的抗衰老物质。③硒能够增强人体免疫力。④硒有拮抗有害重金属的作用。缺硒易引发铅、砷、镉等重金属中毒症状。⑤硒能够调节维生素A、C、E、K的吸收与利用。缺硒能引发近视、白内障、视网膜病等。⑥硒能够增强生殖功能。缺硒能引发射精受阻，精子活力低下、发生畸形，受胎率降低，子宫炎发病率升高等等症状。人体摄入硒的途径人体自身不能合成硒，食物中的硒才是主要来源。饮水、空气根据中外科学工作者对食物含硒量的测定数据，发现如下规律：蛋白质高的食品含硒量>蛋白质低的食品，其顺序为动物脏器>海产品>鱼>蛋>肉>蔬菜>水果。克山病，亦称地方性心肌病，于1935年在我国黑龙江省克山县发现，因而命名克山病。克山病的主要病变是心肌实质的变性、坏死和纤维化交织在一起。以发育期的儿童软骨变性坏死为主要病理特征的地方病。此种病区常与克山病区重叠，其发病率亦与硒含量呈负相关。大骨节病预防克山病亚硒酸钠有机硒服用富硒食品生物检测指标尿硒血硒三、样品采集及保存四、血和尿中硒的测定（一）荧光分光光度（二）原子荧光光谱法（三）氢化物发生－原子吸收光谱法

1.原理硒（Ⅳ）2,3-二氨基萘（DAN）pH1.5～2.04,5-苯并苤硒脑环己烷萃取后，荧光法（激发波长375nm，发射波长520nm）测定，标准曲线法定量。（一）荧光分光光度法2.样品处理血样：加入混合消化液（钼酸钠、高氯酸和去硒硫酸混合），置沙浴120℃以下消化。尿样：取尿样1ml加混合消化液置沙浴120℃以下消化。3.测定方法在消化后的样品溶液中加入EDTA混合液，用1+1盐酸调节溶液pH至1.5～2.0。以下步骤在暗室内操作：加入1%的2,3-二氨基萘，混匀后加盖置沸水浴中加热5min，流水冷却后，加入环己烷，振荡5min，静止分层，取上层有机相测定。4.注意事项1.消化液中加EDTA混合液消除铜铁钴钼等金属离子的干扰。2.反应pH控制在1.5～2.0，过低时溶液易乳化，不利环己烷分层；过高反应速度快，增加DAN分解与氧化，测定结果偏高。3.2，3-二氨基萘有毒，在暗室配制、使用。一、理化性质碘紫黑色晶体，以蒸气形态出现时是双原子分子。溶解性：难溶于水，易溶于氯仿、碘化钾自然界中的碘以化合物形式存在第四节碘二、代谢和生物监测指标接触:工业、医药和化学实验室等碘是人体必需微量元素，是甲状腺的重要组成成分。正常人体内共含碘15mg～20mg，其中70%～80%浓集在甲状腺内。碘进入人体的途径消化道、呼吸道、皮肤食物（80～90%）饮水（10～20%）空气（5%）碘是合成甲状腺激素的主要原料，碘摄入量与甲状腺疾病的关系呈现“U”字形曲线，即碘摄入量的过低或过高都会导致甲状腺疾病。世界卫生组织认为，人群尿碘水平在100～200微克每升是碘营养最适宜状态，处于这一状态下，碘缺乏病和高碘疾病的发病率是最低的。碘摄入量与甲状腺疾病的关系碘缺乏病地方性甲状腺肿（大脖子病）

地方性克汀病（呆小病）

单纯性聋哑，胎儿流产、早产、死产和先天畸形，不同程度的智力和体格发育障碍等。碘过量：2001年首次提出碘过量的定义（尿碘大于300微克/L）碘性甲亢、碘性甲肿和碘性甲低等。正常儿童，亚临床克汀病儿童与地方性克汀病儿童甲亢患者胫前水肿甲亢3.生物检测指标尿碘血碘

三、样品采集及保存1.尿样聚乙烯或玻璃试管、密封、4℃冰箱2.血样耳朵或手指、自然流出血、聚氯乙烯材料管（加肝素）、密封、4℃冰箱四、血和尿中碘的测定催化分光光度法顶空气相色谱法离子选择电极法等离子体质谱法(ICP-MS)原子吸收分光光度法极谱法（一）砷铈催化分光光度法1.原理

H3AsO3＋2Ce4＋+H2OH3AsO4＋2Ce3+＋2H+反应中黄色的Ce4+被还原成无色的Ce3+，碘含量越高，反应速度越快，剩余Ce4+越少，在单位时间内，被还原的Ce4+量与碘量成正比。控制反应温度和时间，在405nm波长下测定体系中剩余Ce4+的吸光度，求出碘含量。在酸性环境中，碘对砷铈氧化还原反应的催化作用：

2.样品处理1.尿样消化管、氯酸、110℃～115℃消化60min消化管、过硫酸铵、100℃消化60min2.血清混合酸消化并延长消化时间至2.5h（二）顶空气相色谱法碘离子与硫酸二甲酯在70℃条件下发生甲基化反应，生成电负性较强的碘甲烷，用气相色谱柱分离，电子捕获检测器测定，碘甲烷的色谱峰高与碘离子浓度成正比。

顶空气相色谱仪顶空气相色谱法是根据挥发性溶质在一定温度和压力下，在气液两相中有一定分配系数，借测定气相中的浓度，得出液相中的浓度。Cl-、Br-、NO3-对测定的干扰情况（三）电感偶合等离子体-质谱法电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）

小结项目生物监测指标与人体健康关系测定方法一氧化碳终末呼出气中CO、血中HbCO有毒分光光度法测定血中HbCO二硫化碳终末呼出气中CS2、尿中TTCAHPLC测定尿中TTCA硒血和尿中硒必需微量元素荧光分光光度、HG-AFS碘血和尿中碘砷铈催化分光光度法一、理化性质

第五节砷As4S4(雄黄)As2S3(雌黄)As2O3(砒霜)不溶于水，溶于硝酸和王水。砷与酸、氧化剂和卤素反应生成有毒烟雾。砷的化合物种类很多二、代谢和生物监测指标1.砷的接触职业接触金属矿开采砷的精练过程非职业接触主要是皮肤外用药食物砷灰石（钙氟砷酸盐）2.砷的代谢砷可经呼吸道、皮肤或消化道进入体内。体内吸收的砷主要从尿中排出。排出的砷大部分是五价砷，三价砷甲基化后也经尿排出。三价比五价砷化合物排出慢，毒性也高。砷中毒机制：三价砷极易与巯基（－SH）结合砷中毒解救方法：二巯基丙醇（或二巯基丁二纳等）肌肉注射，能与砷离子络合，经尿排出体外。3.生物检测指标!!尿砷含量：正常参考值是12～260µg/L，平均值130µg/L，中位值100µg/L。毛发中砷的含量1.尿样在工作场所之外（避免污染）；不要加防腐剂，4℃冰箱保存2周。班后尿经酸处理聚乙烯塑料瓶三、样品采集及保存取枕部距发根1cm处于洁净纸袋2.发样检验前用中性洗涤剂洗净油脂和灰尘，再用去离子水反复清洗，除洗涤剂，于烘箱中烘干备用四、尿和发中砷的测定分光光度法蔡氏法、钼蓝法和DDC－Ag法催化极谱法氢化物发生火焰原子吸收法原子荧光光谱法（一）

DDC－Ag分光光度法1.原理五价砷碘化钾酸性氯化亚锡三价砷新生态氢砷化氢气体乙酸铅浸泡棉花除去H2SDDC－Ag三氯甲烷红色胶态银520nm吸光度2.尿样和发样的处理混合酸消化消化液呈清亮无色，并除尽氮氧化物，否则A会大大降低。消化过程防止蒸干，引起砷的损失，需及时补加消化液。3.测定方法样品溶液置于砷化氢发生瓶中，加入硫酸、碘化钾溶液（150g/L），混匀，放置5min。加氯化亚锡溶液，放置15min。加无砷锌粒（10～20目）

，立即塞上装有乙酸铅棉花的导气管，使产生的砷化氢气体通入盛有5mlDDC－Ag吸收液的刻度离心管中。反应45～60min后，取下离心管，用氯仿补足溶液至5ml，于520nm波长测定吸光度。测砷装置样品经消解后，在酸性条件下，加入硫脲使五价砷还原成三价砷，再加入硼氢化钾使其还原成砷化氢，由氩气带入石英原子化器中分解为原子态砷。在砷空心阴极灯发射光激发下产生原子荧光，在一定条件下荧光强度与被测液中砷浓度成正比。（二）原子荧光光谱法还原剂（硼氢化钾）样品待测液载流（盐酸）反应块AsH3气液分离器原子化器测定空心阴极灯AFS-960双道原子荧光分光光度计

2.样品处理1.尿样湿消化法微波消化2.发样3.测定方法

1.配制砷标准溶液。2.标液和样品预氧化（抗坏血酸－硫脲，室温反应30min）。3.仪器预热后，按操作规则分别测定标准系列和样品。

4.注意事项（1）适宜的酸度2%～20%（V/V）（2）硼氢化钾溶液的稳定性氢氧化钾或氢氧化钠（3）试剂纯度氩气：纯度大于99.99%，盐酸：优级纯去离子水，其它试剂：分析纯（三）氢化物发生－原子吸收光谱法测定尿砷原理砷在酸性溶液中能被强还原剂硼氢化钠（钾）还原形成极易挥发的共价氢化物（AsH3），当加热至一定温度时，氢化物便分解成基态原子，基态原子能吸收该元素特征的共振线，其吸光度值与该元素含量成正比。样品处理混酸消化：硝酸-硫酸-高氯酸（3+1+1）A1A2A3A4A50c1c2c3c4c5cx测定方法

标准曲线法银盐法：仪器价格较低，但灵敏度低、取样量大、操作复杂、容易带来分析误差，而且所用试剂成本高。HG-AAS：光路复杂、气相干扰较大，检出限、线性范围等均不如HG-AFS。HG-AFS：光源好、灵敏度高、基体干扰少、线性范围宽、自动化程度高、操作简单，质量可靠，应用软件也比较成熟。一、理化性质氟(fluorine,F)在气态是淡黄绿色双原子分子，液态呈姜黄色，固态时为乳白色或类似雪样的白色。氟化氢、氟化钠、氟化钙、氟化镁在生物体中，氟总是以化合物形式而不是以单体的形式存在。

第六节氟

二、代谢和生物监测指标1.氟化物的接触2.氟化物在体内的代谢3.氟化物与人体健康的关系4.氟化物的主要检测指标1.氟化物的接触2.氟化物在体内的代谢人体氟主要来源于饮水及食物，少量来源于空气。氟主要通过消化道吸收，其次是经呼吸道吸收。皮肤也可吸收少量的氟。血液是氟运输的介质。参加生理反应的是游离状态的氟。牙齿和骨骼中的氟约占全身氟负荷的95%

。3.氟化物与人体健康的关系氟是人类生命活动中一种必需的微量元素，氟对人体的生物效应与剂量有关。适宜剂量的氟化物摄入过量的氟化物氟斑牙氟骨症氟骨症导致下肢瘫痪血清氟尿氟头发和指甲脏器组织4.生物检测指标!!三、样品采集和保存1.尿样晨尿聚乙烯瓶苯甲酸2.血样早晨空腹3.硬组织样品4.发样四、尿氟的测定扩散比色法蒸馏比色法过去常用1966年Frant和Ross提出的氟离子选择电极法是一种灵敏度、准确度和选择性均较好的方法，也是目前最普遍使用的一种测定氟离子的方法。氟离子选择电极(fluorideelectrode)由单晶薄膜、内参比电极、填充液等构成。以饱和甘汞电极（SCE）为参比电极、氟离子选择电极为指示电极，插入溶液后组成化学原电池。（一）测定原理氟离子选择电极法测尿氟!!

Hg2Cl2,HgKCl(饱和)待测液LaF3

Cl--F-

Ag,AgCl

Cl-,氟电极外参比电极作用过程：当氟电极插入到F-溶液中时，F-在晶体膜表面进行交换。溶液中的F-可进入单晶的空穴中，单晶表面的F-也可进入溶液，形成双电层产生膜电位。电极电位：当αF-

在1～10-6mol/L时，膜电位与溶液中F-

活度的关系符合能斯特方程式。电池表达式：当标准溶液和试液活度一定时（加入总离子强度调节剂)，可通过测定标准溶液和试液的电池电动势，求出溶液中氟离子的浓度。TISAB的配制方法1mol/L的NaCl0.25mol/L的HAc和0.75mol/L的NaAc0.001mol/L的柠檬酸钠1.维持相同活度2.维持适宜pH值范围3.掩蔽作用4.加快反应速度TISAB的作用（二）主要仪器装置1、氟离子选择电极2、参比电极3、酸度计4、磁力搅拌器氟离子测定装置1、氟离子选择电极（晶体膜电极）

-------------------------------电极管内参比溶液内参比电极敏感膜(关键部分）导线（1）氟离子选择性电极的构造（2）氟离子选择性电极的特点导电性：LaF3的晶格中有空穴，在晶格上的F-可以移入晶格邻近的空穴而导电。选择性：对于一定的晶体膜，离子的大小、形状和电荷决定其是否能够进入晶体膜内，故膜电极一般都具有较高的离子选择性。抗干扰性：为氟离子量的1000倍的Cl-、Br-、I-、SO42-、NO3-等的存在无明显的干扰。（3）氟离子选择性电极的使用条件使用要求：需要在pH5～6之间使用pH过高、过低的影响干扰及消除：Al3+、Ca2+、Mg2+等离子能与F–形成稳定的配合物（或难溶化合物），可采用加入掩蔽剂的方法来处理。

饱和甘汞电极：由Hg-Hg2Cl2-KCl溶液组成

2、参比电极

3、酸度计4、磁力搅拌器（三）测定方法1、标准曲线法2、标准加入法标准曲线法适用于批量样品的测定对于组成较复杂的样品，用标准加入法则更为简便准确。1、标准曲线法1.绘制标准曲线1、配制氟离子标准系列。2、按溶液的浓度由低到高的顺序测量各标准溶液的平衡电动势（-mV）。2、尿样的测定以所测得电动势E为纵坐标，浓度c的负对数-lgcF-为横坐标，绘制标准曲线；根据待测溶液的电池电动势，查得其浓度值。二、标准加入法标准加入法又称已知增量法。这种方法通常是将已知体积的标准溶液加入到已知体积的试液中，根据电池电动势的变化计算试液中被测离子的浓度。由于加入前后试样组成基本不变，所以该方法的准确度高，它适用于组成复杂的试样分析。（四）注意事项1.干扰离子2.标准加入法的加标液应比试液浓度高10～100倍，加入的体积为试液的1/50～1/100。3.温度4.磁力搅拌器F-1型氟离子浓度计F-1型氟离子浓度计是一种采用直接电位法精密测量溶液中氟离子浓度的电化学分析仪器。测量原理复合氟电极在含有不同氟离子浓度的溶