电感耦合等离子体原子发射光谱法测定头发中的微量元素
2014-01-06张伟娜周明江李云辉
张伟娜，周明江，李云辉
(1.吉林师范大学 化学学院，吉林 四平 136000；2.长春理工大学 化学与环境工程学院，吉林 长春 130022)
电感耦合等离子体原子发射光谱法测定头发中的微量元素
张伟娜1，周明江1，李云辉2*
(1.吉林师范大学 化学学院，吉林 四平 136000；2.长春理工大学 化学与环境工程学院，吉林 长春 130022)
建立了电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)测定人发中Ca、Fe、Cu、Zn、Pb五种微量元素含量的分析方法．选择了最优的分析谱线，对每种元素建立了标准曲线，相关系数r均大于0.999，且每种元素的检出限都很低，样品的加标回收率为94.6%～103.1%，精密度好，5种元素的相对标准偏差(RSD，n=5)在0.65%～1.52%之间，用国家标准参考物质进行方法的准确度校正，结果准确可靠．
电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)；头发；微量元素
众所周知，微量元素已成为维持和促进人体整个生命进程中营养健康和新陈代谢整不可或缺和替代的生命元素，人体中某种微量元素的过量或者摄取不足，必将会引起身体某些部位的不适，甚至还会由此引起某种疾病[1,2]．例如：Ca元素大量存在于牙齿和骨骼中，是人体内含量最多的金属元素，缺钙就会导致骨骼疏松、O型腿等症状．Ca更是影响人脑神经元正常代谢的重要元素，充足的Ca会抑制神经元的兴奋，使人保持冷静；缺钙会使神经的兴奋失调，容易引起注意力的不集中，对刺激敏感等现象[3]．Fe大量储存在血红蛋白、肌红蛋白和线粒体中，参与氧的运输和能量的释放，摄取过多会引起呕吐腹泻，中毒甚至死亡，偏低会引起贫血、传染病等[4]．Zn大量储存在锌离子激活酶和锌金属酶中，缺锌会导致侏儒症，皮肤病和发育不良的现象；而Cu则是合成大量酶的主要成分，影响和调节体内铁的吸收和代谢，参与造血过程[5]．因此，铜和锌已成为大量酶的主要活动中心．近年来，我国许多医疗单位和营养机构已经把测量人体中的Ca、Fe、Cu、Zn、Pb等微量元素的含量作为衡量人体微量元素的一个标准．
头发是人体微量元素储存和代谢的主要途径，它具有性质稳定、采样容易、易于保存、方便运输等优点[6]．因此它被诊断为一种理想的活体材料，其生长和脱落都可以反映出人体某些身体器官的代谢机能．这些器官的健康状况和机体功能都与人体中微量元素含量的多少有莫大关系．而体内的微量元素代谢时主要将其储存在头发中，通过剪发的方法就可以把微量元素彻底排出体外．因此对头发中的微量元素进行检测，可以较为准确的了解人体内微量元素的含量及其种类．已有研究表明，头发可以作为环境污染的指示器，微量元素的含量一方面反映了人体的营养健康，另一方面也反映了机体受到环境污染危害的程度[7]．如空气中万一长时间暴露过多的Pb、Cu、Zn等重金属元素，人和动物就会中毒，健康和安全就会受到影响和威胁[8]．
目前，可同时检测头发中多种微量或痕量元素简便、准确的仪器分析方法有两种，一种是电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)，另一种就是电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)[9]．这两种方法都可以同时测定多种元素，并且具有分析速度快、分析精密度好和准确度高、测定范围广、检出限低及基体效应小等优点．因此这两种方法已被广泛地应用于金属分析、环境检测、医药卫生、地质、化工、食品安全等分析领域[10]．而本文将使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)，建立一个检测人体头发中微量元素含量的分析实验，并对采集的样品进行分析检测．此实验方法选择性好、方法简单，为进一步研究人体健康和营养状况提供医学价值．
1 实验部分
1.1 实验仪器
ICP-OES光谱分析仪(ICAP 6000 Series 型)，条件优化参数见表1；玻璃同心雾化器；旋流雾化室；分析天平；烧杯；容量瓶；干燥箱；电热器．
1.2 实验试剂
优级纯硝酸；BVⅢ级硝酸；优级纯盐酸；BVⅢ级盐酸；浓度为1 g/L的铁、铜、钙、锌、铅储备液；二次去离子水；超纯水．实验室中所用的不同浓度的标准溶液，都是采用储备液逐级稀释得到的．实验中所用到的容器全部采用10% 硝酸溶液浸泡后，再用二次去离子清洗干净，并烘干备用．
1.3 样品采集与制备
在距离枕部头皮1 cm处用塑料剪刀剪取头发样品，剪去发梢后，采用中性洗发水浸泡头发样品30分钟后轻轻揉洗，然后再用用热蒸馏水和二次去离子水清洗干净，最后把
表1 ICP-OES仪器参数
清洗干净的发样放到无尘烘箱内以80℃恒温干燥，干燥后，保存在塑料袋中．
采用电子天平精确称取0.2000 g干燥发样，并将其放到50 mL烧杯中，加入5 mL BVⅢ级硝酸，然后立即盖上表面皿．放置过夜后置于60℃左右的电热板上低温消化，待红棕色的气体蒸发完全以及发样完全溶解后，取下冷却，然后把全部溶解的样品转移到25 mL容量瓶中，用超纯水定容至刻度线以备用．
2 结果与讨论
2.1 分析线的选择
通过对Ca、Fe、Cu、Zn、Pb五种元素的检测，发现每种元素都有很多条分析谱线．分别对每一条分析谱线进行测定，并对每条谱线的测定结果及谱图进行分析，根据各元素分析线的信背比及受干扰情况的分析结果，把背景小、信背比高和无干扰的谱线选出来，作为各元素的分析线，如表1所示．
2.2 标准曲线的建立
准确配制浓度为0、0.5、5、10、20 mg/L的各元素的标准溶液，按照表1参数优化仪器条件，测定各元素的谱线强度与不同浓度的关系，得到了5种待测元素的线性方程(C代表元素浓度，Y代表谱线强度)，见表2．
表2 各元素的分析性能
2.3 方法检出限及精密度
对HNO3空白溶液平行测定11次，将以3倍的空白溶液的标准偏差(3σ，σ为对空白进行11次检测的标准偏差)所对应的浓度作为方法的检出限．各待测元素的检出限见表2．为了检验方法的精密度，对浓度为10 mg/L的5种元素的标准混合液平行测定5次，计算出各元素的相对标准偏差(RSD)见表2．从表2中测得的数据可知，五种元素的检出限在0.003 mg/L～0.006 mg/L之间，相对标准偏差(n=5)在0.65%～1.52%之间，精密度好，满足分析需求．
2.4 方法准确性分析
本实验对国家标准发样(GBW07601)中的铁、钙、铜、锌、铅五种元素进行了检测，并将检测值与推荐值进行比较，见表3．比较发现，检测值与推荐值相符，证明实验的准确性好．
2.5 样品的检测与加标回收实验
本实验对所采集的成人头发样品中的五种元素进行了检测，并进行加标回收实验，见表4．将检测值与正常值范围(见表5)对比发现，待测试样中钙、铜和铅3种元素的含量在正常值范围内，但接近下限．而锌低于参考值；铁略高于参考值．
表3 国家人发标准(GBW07601)的检测
表4 样品测定及加标回收实验结果
表5 人体头发中微量元素正常值参考范围(μg/g)
3 结论
本实验建立了电感耦合等离子体发射光谱法测定头发中微量元素的分析方法，同时测定了头发中的五种微量元素，方法简单，干扰小，准确度高．试验中尽可能的消除光谱和背景干扰，选择最优的分析线信号进行分析检测．通过把待测试样标准溶液的检测值和加标回收实验测量值分别与国家参考标准进行对比分析发现，该样品中钙、铜两种元素含量虽然在正常值范围内，但是含量偏低，该样品所有者需适当增加钙和铜的营养吸收；而锌的含量却低于参考标准范围，样品所有者机体有缺锌现象，需要及时补锌；铁和铅含量符合正常标准，保持现状即可．
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[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.
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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
林险峰)
2014-06-17
吉林省发改委项目(2011003-7)；吉林师范大学博士启动项目(2012001)
O657
A
1674-3873-(2014)03-0125-03
