电热板消解电感耦合等离子体质谱法测定人发中33种无机元素的含量

骆如欣，马栋，张素静，卓先义

（司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室，上海 200063）

电热板消解电感耦合等离子体质谱法测定人发中33种无机元素的含量

骆如欣，马栋，张素静，卓先义

（司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室，上海 200063）

目的建立头发中33种无机元素的电热板消解电感耦合等离子体质谱（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）测定方法。方法以锂（6Li）、锗（72Ge）、钇（89Y）、铟（115In）、铽（159Tb）作内标，硝酸和过氧化氢作为消解酸体系，采用电热板消解对头发进行前处理，ICP-MS法分析人发中33种无机元素的含量。结果电热板消解ICP-MS法的检出限为0.0001μg/g（Th）～10.9μg/g（Ca），定量限为0.0005μg/g （Th）～25μg/g（Ca），加标回收率为86%～113%，日内及日间精密度≤9.2%，与微波消解法检测结果相比，差异无统计学意义。结论电热板消解ICP-MS法高效、准确度高，适用于对头发中33种无机元素的分析。

法医毒理学；电感耦合等离子体质谱；电热板消解；元素；头发

头发主要由纤维性的角蛋白组成，微量元素在毛囊内与巯基、氨基结合从而进入角蛋白分子，使微量元素蓄积在头发中，并且微量元素一旦沉积下来就不易再被重新吸收[1]。

临床上元素测定常用的检材为血液、尿液。相比于血液、尿液，头发作为检材具有取材简单、无侵入性、易保存、元素含量高等优点[2]；头发以每月平均1.0～1.4cm的速度生长[3]，因此可以通过头发的分段分析来推断一段时间内元素暴露情况[4-7]。

头发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：微波消解仪价格昂贵；消解罐使用寿命短、易被污染且成本高；消解过程中需要时刻监管；消解完成后，消解罐的冷却需要较长时间，后处理麻烦、耗时。而电热板消解每次可以处理大批样本，消解完成后降温快，后处理简单。

本研究旨在建立头发中33种无机元素的电感耦合等离子体质谱（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）测定方法，所选取的33种元素基本满足了法医毒物分析领域中对元素筛查的需要，其中既包括人体必需微量元素，如铁、锌、硒、铜、钴、锰、铬、钼和镍等，也包括危害人类健康的有害元素，如铅、汞、砷和镉等。

1 材料与方法

1.1 主要试剂

ICP-MS调谐溶液［锂（7Li）、钇（89Y）、铊（205Tl）］1 μg/L、内标储备液［锂（6Li）、锗（72Ge）、钇（89Y）、铟（115In）、铽（159Tb）］10 mg/L、混合元素标准储备液（multi-element calibration standard-2A）和环境标准储备液均购自美国Agilent公司，混合元素标准储备液（ICP multi-element standard solution VI）购自美国Merck公司，铯（Cs）、金（Au）和汞（Hg）标准储备液以及包含钛（Ti）、锡（Sn）、锑（Sb）和锆（Zr）的混合元素标准储备液均购自美国NSI公司。

65 %硝酸（HNO3）溶液（优级纯）购自美国Merck公司；29%～32%过氧化氢（H2O2）（优级纯）、曲拉通X-100购自美国Alfa Aesar公司；其他试剂为国产分析纯。电阻率18.2MΩ·cm超纯水，由Element A10超纯水处理系统（美国密理博公司）制得。

1.2 工作溶液配制

内标工作溶液：吸取适量的内标储备液用5% HNO3溶液配制得质量浓度为80 μg/L的内标工作溶液，置于4℃冰箱冷藏保存，有效期为6个月。

元素标准工作溶液：吸取适量的元素标准储备液于样品瓶中，加5%HNO3溶液逐级稀释得标准工作溶液，标准工作溶液置于4℃冰箱冷藏保存。

质量控制溶液：吸取适量元素标准储备液于样品瓶中，加5%HNO3溶液逐级稀释得质量控制溶液，其中Ca质量浓度为1000μg/L；Mg和Zn的质量浓度为100 μg/L；Al、Fe、Cu和Ba质量浓度为10 μg/L，其余元素质量浓度为1μg/L，置于4℃冰箱冷藏保存。

1.3 主要仪器及条件

7500 ce电感耦合等离子体质谱仪（美国Agilent公司）；电热板（金坛市盛蓝仪器制造有限公司）；MWS-3+微波消解仪（德国Berghof公司）。ICP-MS使用前用1μg/L的调谐液优化仪器工作参数。标准模式下，调谐要求达到的标准以及优化后的参数值见表1。

表1 ICP-MS的仪器操作条件及调谐参数

1.4 样品前处理

1.4.1 头发样品采集

取健康志愿者的头发，清洗后将头发剪碎（每段约0.5mm），混合均匀，待用。

1.4.2 头发的清洗

用曲拉通X-100洗涤4次，接着用丙酮洗涤后再用超纯水冲洗3次，最后用丙酮洗涤2次，烘干待用[8]。

1.4.3 电热板消解

准确称取20 mg头发置于15 mL Corning试管（聚丙烯材料，耐高温、强酸）中，用0.8mL 65%HNO3溶液和0.2mL 29%～32%过氧化氢作为消解酸体系，加盖密闭后于电热板上加热消解。加热温度为90℃，加热时间3h。消解完成后取出Corning试管冷却至室温，用超纯水定容至10mL。

1.5 线性方程、检出限、定量限和内标元素考察

对1.2项配制的标准工作溶液进行测定，以各元素与内标的响应值之比（y）对相应质量浓度（x，μg/L）进行线性回归，得出线性方程。

以超纯水经过电热板消解定容后作空白溶液，取11次平行测定的空白溶液及3次平行测定某一浓度各元素标准溶液的结果，按文献[9]公式计算各元素的检出限。

定量限为线性方程的最低质量浓度点。

为保证测定的准确性，本研究通过在线加入内标法克服基体效应和仪器漂移。内标选择的基本原则是：内标元素与被测元素的质量数以及电离能应尽量接近，同时所选的内标元素在被测样品中的质量应该及其微小，可以忽略其存在。

1.6 电热板消解与微波消解对比

为了考察本研究采用的电热板消解法的可靠性与准确性，对同一来源的头发采用两种方法消解后测定，比较两者之间是否存在差异，每种方法平行消解6份。微波消解方法参照本实验室所建立的程序[10]。运用SPSS 17.0统计软件对所得的测定值进行配对t检验。

1.7 方法精密度和加标回收率考察

将空白头发中元素的含量作为本底值；在空白头发中添加无机元素标准溶液适量，制得低、中、高3个质量浓度的质控样品，每个浓度点6份，按1.4.3项进行消解，根据当日标准曲线分别计算空白头发和质控样品中元素的质量浓度，质控样品连续测定3d，以相对标准偏差计算日内精密度和日间精密度，加标回收率等于质控样品测定值扣除本底值后与添加值之比。

2 结果与讨论

2.1 线性方程、内标元素、检出限及定量限

内标元素、线性方程、相关系数（r）、检出限及定量限见表2。检出限为0.000 1～10.9 μg/g，定量限为0.0005～25μg/g，线性范围内相关系数（r）≥0.999。

2.2 电热板消解与微波消解对比

头发经两种方法消解后测定，测定结果见表3。结果表明两种消解方法差异无统计学意义（P＞0.05），说明本实验所采用的电热板消解条件合理，可以将头发彻底消解。

2.3 方法精密度和加标回收率

精密度和加标回收率见表4。该方法的加标回收率为86%～113%，日内精密度为0.4%～8.9%，日间精密度为1.1%～9.2%。

表2 各元素检出限及线性关系

表3 电热板消解与微波消解方法对比（n=6，±s，μg/g）

表3 电热板消解与微波消解方法对比（n=6，±s，μg/g）

注：“-”表示未进行统计分析

P元素电热板消解元素电热板消解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 加标回收率和精密度

续表4

续表4

3 总结

本研究建立了电热板消解ICP-MS法同时测定头发中33种无机元素含量的方法，该方法效率高、检出限低、准确度高，适合大批次样本的分析。

[1]黄家林.头发中微量元素研究进展综述[J].安徽预防医学杂志，2007，13（1）：41-43.

[2]Suzuki T.Hair and nails：Advantages and pitfalls when used in biological monitoring[M]//Clarkson TW，Friberg L，Nordberg GF，et al.Biological monitoring of toxic metals.New York：Plenum Press，1988：623-641.

[3]Beumer JH，Bosman IJ，Maes RA.Hair as a biological specimen for therapeutic drug monitoring[J]. Int J Clin Pract，2001，55（6）：353-357.

[4]Niculescu T，Dumitru R，Botha V，et al.Relationship between the lead concentration in hair and occupational exposure[J].Br J Ind Med，1983，40（1）：67-70.

[5]Foo SC，Khoo NY，Heng A，et al.Metals in hair as biological indices for exposure[J].Int Arch Occup Environ Health，1993，65（S1）：S83-S86.

[6]Ni SQ，Li RP，Wang AJ.Heavy metal content in scalp hair of the inhabitants near Dexing Copper Mine，Jiangxi Province，China[J].Science China Earth Sciences，2011，54（5）：780-788.

[7]Szynkowska MI，Pawlaczyk A，Wojciechowska E.Human hair as a biomarker in assessing exposure to toxic metals[J].Polish J Environ Stud，2009，18（6）：1151-1161.

[8]Puchyr RF，Bass DA，Gajewski R，et al.Preparation of hair for measurement of elements by inductively coupled plasma-mass spectrometry（ICP-MS）[J]. Biol Trace Elem Res，1998，62（3）：167-182.

[9]梁旭霞，陈玮，钟志雄，等.电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定牙膏和化妆品中的锶和其它8种元素[J].中国卫生检验杂志，2005，15（12）：1409-1412.

[10]张丹，卓先义.微波消解ICP-MS法测定人头发中24种元素的含量[J].法医学杂志，2011，27（6）：425-429，433.

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）

（本文编辑：褚建新）

“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAK16B02）；国家自然科学基金青年项目（81302613）；上海市技术标准专项（13DZ0503001）；上海市法医学重点实验室资助项目（13DZ2271500）

骆如欣（1986—），男，河北邯郸人，硕士研究生，主要从事毒物分析研究；E-mail：luorx@ssfjd.cn

马栋，男，副主任法医师，主要从事毒物分析研究；E-mail：madong_112@sina.com

通信作者：卓先义，男，研究员，硕士研究生导师，主要从事毒物分析研究；E-mail：zhuoxy@ssfjd.cn