駱如欣，馬棟，張素靜，卓先義

（司法部司法鑒定科學(xué)技術(shù)研究所上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200063）

電熱板消解電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定人發(fā)中33種無(wú)機(jī)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(xué)技術(shù)研究所上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200063）

目的建立頭發(fā)中33種無(wú)機(jī)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(cè)定方法。方法以鋰（6Li）、鍺（72Ge）、釔（89Y）、銦（115In）、鋱（159Tb）作內(nèi)標(biāo)，硝酸和過(guò)氧化氫作為消解酸體系，采用電熱板消解對(duì)頭發(fā)進(jìn)行前處理，ICP-MS法分析人發(fā)中33種無(wú)機(jī)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(biāo)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(cè)結(jié)果相比，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論電熱板消解ICP-MS法高效、準(zhǔn)確度高，適用于對(duì)頭發(fā)中33種無(wú)機(jī)元素的分析。

法醫(yī)毒理學(xué)；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(jìn)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(lái)就不易再被重新吸收[1]。

臨床上元素測(cè)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(jiǎn)單、無(wú)侵入性、易保存、元素含量高等優(yōu)點(diǎn)[2]；頭發(fā)以每月平均1.0～1.4cm的速度生長(zhǎng)[3]，因此可以通過(guò)頭發(fā)的分段分析來(lái)推斷一段時(shí)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(jià)格昂貴；消解罐使用壽命短、易被污染且成本高；消解過(guò)程中需要時(shí)刻監(jiān)管；消解完成后，消解罐的冷卻需要較長(zhǎng)時(shí)間，后處理麻煩、耗時(shí)。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(jiǎn)單。

本研究旨在建立頭發(fā)中33種無(wú)機(jī)元素的電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）測(cè)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(duì)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(biāo)儲(chǔ)備液［鋰（6Li）、鍺（72Ge）、釔（89Y）、銦（115In）、鋱（159Tb）］10 mg/L、混合元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（multi-element calibration standard-2A）和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液均購(gòu)自美國(guó)Agilent公司，混合元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（ICP multi-element standard solution VI）購(gòu)自美國(guó)Merck公司，銫（Cs）、金（Au）和汞（Hg）標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液以及包含鈦（Ti）、錫（Sn）、銻（Sb）和鋯（Zr）的混合元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液均購(gòu)自美國(guó)NSI公司。

65 %硝酸（HNO3）溶液（優(yōu)級(jí)純）購(gòu)自美國(guó)Merck公司；29%～32%過(guò)氧化氫（H2O2）（優(yōu)級(jí)純）、曲拉通X-100購(gòu)自美國(guó)Alfa Aesar公司；其他試劑為國(guó)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(guó)密理博公司）制得。

1.2 工作溶液配制

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

元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：吸取適量的元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于樣品瓶中，加5%HNO3溶液逐級(jí)稀釋得標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于樣品瓶中，加5%HNO3溶液逐級(jí)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(guó)Agilent公司）；電熱板（金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司）；MWS-3+微波消解儀（德國(guó)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(biāo)準(zhǔn)模式下，調(diào)諧要求達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)以及優(yōu)化后的參數(shù)值見(jiàn)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(zhǔn)確稱取20 mg頭發(fā)置于15 mL Corning試管（聚丙烯材料，耐高溫、強(qiáng)酸）中，用0.8mL 65%HNO3溶液和0.2mL 29%～32%過(guò)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(shí)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(biāo)元素考察

對(duì)1.2項(xiàng)配制的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測(cè)定，以各元素與內(nèi)標(biāo)的響應(yīng)值之比（y）對(duì)相應(yīng)質(zhì)量濃度（x，μg/L）進(jìn)行線性回歸，得出線性方程。

以超純水經(jīng)過(guò)電熱板消解定容后作空白溶液，取11次平行測(cè)定的空白溶液及3次平行測(cè)定某一濃度各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的結(jié)果，按文獻(xiàn)[9]公式計(jì)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(diǎn)。

為保證測(cè)定的準(zhǔn)確性，本研究通過(guò)在線加入內(nèi)標(biāo)法克服基體效應(yīng)和儀器漂移。內(nèi)標(biāo)選擇的基本原則是：內(nèi)標(biāo)元素與被測(cè)元素的質(zhì)量數(shù)以及電離能應(yīng)盡量接近，同時(shí)所選的內(nèi)標(biāo)元素在被測(cè)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(duì)比

為了考察本研究采用的電熱板消解法的可靠性與準(zhǔn)確性，對(duì)同一來(lái)源的頭發(fā)采用兩種方法消解后測(cè)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(shí)驗(yàn)室所建立的程序[10]。運(yùn)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所得的測(cè)定值進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)。

1.7 方法精密度和加標(biāo)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(wú)機(jī)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，制得低、中、高3個(gè)質(zhì)量濃度的質(zhì)控樣品，每個(gè)濃度點(diǎn)6份，按1.4.3項(xiàng)進(jìn)行消解，根據(jù)當(dāng)日標(biāo)準(zhǔn)曲線分別計(jì)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(cè)定3d，以相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算日內(nèi)精密度和日間精密度，加標(biāo)回收率等于質(zhì)控樣品測(cè)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(biāo)元素、檢出限及定量限

內(nèi)標(biāo)元素、線性方程、相關(guān)系數(shù)（r）、檢出限及定量限見(jiàn)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(duì)比

頭發(fā)經(jīng)兩種方法消解后測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。結(jié)果表明兩種消解方法差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)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(biāo)回收率

精密度和加標(biāo)回收率見(jiàn)表4。該方法的加標(biāo)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(duì)比（n=6，±s，μg/g）

表3 電熱板消解與微波消解方法對(duì)比（n=6，±s，μg/g）

注：“-”表示未進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(biāo)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(shí)測(cè)定頭發(fā)中33種無(wú)機(jī)元素含量的方法，該方法效率高、檢出限低、準(zhǔn)確度高，適合大批次樣本的分析。

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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(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAK16B02）；國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（81302613）；上海市技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)專項(xiàng)（13DZ0503001）；上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)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(dǎo)師，主要從事毒物分析研究；E-mail：zhuoxy@ssfjd.cn