電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定人發(fā)中銅、鋅、鈣、鎂、鐵

王生進(jìn) 張 琳 劉春虎 董龍騰 韓夫強(qiáng)

(1 河北省地礦局 第十一地質(zhì)大隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000；2 河北地質(zhì)職工大學(xué)，石家莊 050081)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定人發(fā)中銅、鋅、鈣、鎂、鐵

王生進(jìn)1張 琳2劉春虎1董龍騰1韓夫強(qiáng)1

(1 河北省地礦局 第十一地質(zhì)大隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000；2 河北地質(zhì)職工大學(xué)，石家莊 050081)

樣品經(jīng)硝酸-高氯酸消化溶解，高氯酸冒煙，鹽酸溶解鹽類后，在鹽酸(5%)介質(zhì)中，在選定的測(cè)定條件下，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定人發(fā)中微量元素銅、鋅、鐵、鎂、鈣。選擇Cu 327.3、Zn 206.2、Fe 238.2、Mg 279.5、Ca 315.8 nm分別作為銅、鋅、鐵、鎂、鈣的分析線與混合標(biāo)準(zhǔn)溶液同時(shí)測(cè)定；方法加標(biāo)回收率為98.6%～101%，銅、鋅、鐵、鎂、鈣的精密度(RSD,n=8)為0.37%～2%，準(zhǔn)確度(RE)為-3.4%～1.15%，檢出限分別為0.002 3、0.001 6、0.004 6、0.003 0、0.001 4 μg/mL。方法克服了分光光度法和原子吸收光譜法操作繁瑣、周期長(zhǎng)、成本高、靈敏度低等缺點(diǎn)。用于測(cè)定人發(fā)樣品中的銅、鋅、鐵、鎂、鈣元素，測(cè)定結(jié)果與原子吸收光譜法測(cè)定值基本一致。經(jīng)GBWO7061標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和自制標(biāo)樣分析驗(yàn)證，測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值吻合，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

銅；鋅；鐵；鎂；鈣；人發(fā)；電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法

0 前言

現(xiàn)代科學(xué)研究證明，微量元素在人體中起著極其重要的作用，它的缺乏或過剩與人的健康休戚相關(guān)，微量元素與人發(fā)有特殊的親和力，身體中微量元素積蓄于人發(fā)中，其含量過高或偏低預(yù)示著會(huì)患有某種疾病的危險(xiǎn)[1]。通過對(duì)人發(fā)微量元素的檢測(cè)，可以預(yù)知身體狀況，是經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的健康檢測(cè)方法之一。人發(fā)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可同水、大氣等環(huán)境中元素結(jié)合，其結(jié)合力隨各種微量元素而異，因此人發(fā)中微量元素又可作為環(huán)境污染的指示器之一[2]。一般認(rèn)為人發(fā)中微量元素含量較為穩(wěn)定，且樣品具有采樣簡(jiǎn)便、易存、易運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，可以作為理想的活體組織檢查材料和環(huán)境生物指示樣品，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)和環(huán)境科學(xué)等方面檢測(cè)分析。

過去對(duì)人發(fā)微量元素檢測(cè)的檢測(cè)方法多采用電化學(xué)法和原子吸收光譜法進(jìn)行單元素測(cè)定；其方法靈敏度、準(zhǔn)確度較差，且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，周期長(zhǎng)[3-4]。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法具有靈敏度高、線性范圍寬、準(zhǔn)確度及精密度好、可同時(shí)測(cè)定多種微量元素的特性，已被實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用[5-9]。而關(guān)于ICP-AES法測(cè)定人發(fā)中的各種金屬微量元素的文獻(xiàn)也有報(bào)道。在前人研究的基礎(chǔ)上，探討了直接用硝酸-高氯酸處理人發(fā)樣品，硝酸(5%)提取定容，采用垂直觀測(cè)，直接測(cè)定；克服了單元素測(cè)定流程長(zhǎng)、準(zhǔn)確度差，干擾多等不利因素，取得滿意的分析結(jié)果，滿足醫(yī)學(xué)臨床診斷要求[10]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作參數(shù)

Thermo 6300全譜直讀光譜儀(Thermo公司)，iTEVA操作軟件。ICP工作參數(shù)見表1。

表1 ICP-AES工作參數(shù)

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液和主要試劑

Cu、Zn、Fe、Ca元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 mg/mL)，Mg標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(0.5 mg/mL)由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心提供。

Cu標(biāo)準(zhǔn)溶液(5 μg/mL)：由1 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液用王水(20%)稀釋而成。

Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 μg/mL)：由1 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液用HCl(20%)稀釋而成。

Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液(5 μg/mL)：由1 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液用HCl(20%)稀釋而成。

Ca標(biāo)準(zhǔn)溶液(200 μg/mL)：由1 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液用HCl(20%)稀釋而成。

Mg標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 μg/mL)：由0.5 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液用HCl(20%)稀釋而成。

HCl(12 mol/L)、HNO3(16 mol/L)、HClO4均為優(yōu)級(jí)純。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

首先將人發(fā)樣品放在漏斗中用水清洗，然后轉(zhuǎn)移到燒杯中，用洗衣粉水浸泡10 min后，將洗衣粉水倒出，用水沖至無泡沫，再用純水沖洗3～5遍。將洗好的人發(fā)放到烘箱中105 ℃干燥2 h，干燥器中冷卻后稱重。準(zhǔn)確稱取0.200 0 g樣品于25 mL燒杯中，加10 mL HNO3電熱板上加熱消解，待無發(fā)絲痕跡后加2 mL HClO4蒸至冒煙。取下冷卻后加2 mL HCl(1+4)提取，轉(zhuǎn)移到10 mL比色管中，用水稀釋至刻度后搖勻，上機(jī)測(cè)定。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

在編號(hào)為STD1-STD5的100 mL容量瓶中，按表2所示分別加入Cu、Zn、Fe、Ca、Mg標(biāo)準(zhǔn)溶液，用HCl(5%)稀釋至刻度，混勻后進(jìn)行測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

表2 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列

1.3.3 分析結(jié)果計(jì)算

按照下式計(jì)算樣品中各元素的含量：

式中：wB為樣品中元素含量，μg/g；ρB為標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得各元素的含量，μg/mL；ρ0為從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得空白實(shí)驗(yàn)各元素的含量，μg/mL；V為試樣體積，mL；m為稱取試樣的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶樣方法的選擇

用王水和單獨(dú)用硝酸對(duì)樣品消解進(jìn)行標(biāo)樣測(cè)定比較，其結(jié)果無明顯差異。用硝酸消解直接測(cè)定和加高氯酸冒煙提取后測(cè)定，發(fā)現(xiàn)前者系統(tǒng)偏低。所以實(shí)驗(yàn)采用硝酸消解，高氯酸冒煙提取的方法。

2.2 測(cè)定介質(zhì)的選擇

采用對(duì)人發(fā)標(biāo)樣提取時(shí)加王水測(cè)定，發(fā)現(xiàn)當(dāng)測(cè)定體系中王水的酸度在2%～20%時(shí)，測(cè)定結(jié)果之間無明顯差異，說明測(cè)定酸度范圍較寬。但考慮酸度過大，HNO3對(duì)泵管等進(jìn)樣系統(tǒng)的腐蝕性較大等因素，故選擇HCl(5%)作為體系的測(cè)定酸度。

2.3 儀器工作參數(shù)的優(yōu)化

對(duì)ICP儀器的各項(xiàng)工作參數(shù)利用正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)標(biāo)樣進(jìn)行測(cè)定，以確定最佳實(shí)驗(yàn)條件。結(jié)果表明，測(cè)定參數(shù)如表1時(shí)，相對(duì)誤差(RE)<±5%，測(cè)定值最為理想。

2.4 分析線的選擇

ICP-AES法測(cè)定時(shí)，各分析元素的譜線選擇尤為重要。樣品中Cu、Zn、Fe、Ca、Mg含量相對(duì)較低，故分析時(shí)選擇最靈敏譜線，并參照該譜線下其它元素譜線的干擾，在測(cè)定時(shí)選取多條譜線進(jìn)行結(jié)果比對(duì)，確定的Cu、Zn、Fe、Ca、Mg的最佳分析線見表1。

2.5 干擾實(shí)驗(yàn)

ICP-AES法對(duì)人發(fā)中多元素測(cè)定，主要存在光譜干擾和非光譜干擾。選擇適宜的波長(zhǎng)可避免或減少譜線重疊干擾和其它光譜干擾。利用垂直觀測(cè)方式，基體效應(yīng)小的特點(diǎn)，自動(dòng)校正光譜干擾。因人發(fā)樣品中沒有高含量元素存在，故其它化學(xué)干擾很少，利用儀器本身軟件選擇扣除背景干擾消除干擾方式，以達(dá)到消除干擾和優(yōu)化方法的目的。

2.6 方法精密度和準(zhǔn)確度

依據(jù)本方法分析步驟，采用HNO3-HClO4溶樣，對(duì)人發(fā)標(biāo)樣進(jìn)行精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)表明，采用所建立的方法，各元素的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值吻合，精密度(RSD，n=8)在0.37%～2.0%；準(zhǔn)確度RE在-0.19%～3.4%，完全能夠滿足臨床醫(yī)學(xué)要求(表3)。

表3 精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

2.7 方法回收率

為考查本方法在人發(fā)檢測(cè)中的準(zhǔn)確性，按本實(shí)驗(yàn)方法對(duì)人發(fā)標(biāo)樣GBW07601各元素的含量進(jìn)行測(cè)定，然后在樣品中加入與樣品中元素含量相近的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按本法條件進(jìn)行加標(biāo)回收率測(cè)定，結(jié)果見表4。

表4 方法回收率

3 結(jié)語(yǔ)

建立了HNO3-HClO4溶樣，ICP-AES法測(cè)定人發(fā)中5種微量元素的方法。可以準(zhǔn)確測(cè)定人發(fā)中銅、鋅、鐵、鎂和鈣元素。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證獲得滿意結(jié)果。方法也可以應(yīng)用于人發(fā)中更多微量元素的測(cè)定，也可以對(duì)其它生物樣品(如血樣)等的測(cè)定。

[1] 張丹.頭發(fā)中無機(jī)元素分析方法及應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].中國(guó)無機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2014,4(3):19-25.

[2] 何瑞啟,劉學(xué)公,閻廣文,等.人發(fā)鋅測(cè)定的臨床意義[J].安徽醫(yī)學(xué)(AnhuiMedicalJournal),1990,11(5):23-24.

[3] 李富,李德安,馮杰.火焰原子吸收法測(cè)定頭發(fā)中鋅鐵銅鈣鎂5種元素[J].微量元素與健康研究(StudiesofTraceElementsandHealth),1996,13(3):51-52.

[4] 王曉梅.火焰原子吸收光譜法測(cè)定人發(fā)中微量元素前處理方法研究[J].理化檢驗(yàn):化學(xué)分冊(cè)(PhysicalTestingandChemicalAnalysisPartB:ChemicalAnalysis),2002,38(6):297-298.

[5] 何晉浙.ICP-AES法在元素分析測(cè)試中的應(yīng)用技術(shù)[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(JournalofZhejiangUniversityofTechnology),2006,34(1):48-50.

[6] 宋曉紅,馮旭,段偉亞,等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測(cè)定硫化物礦石中的14種常微量元素[J].中國(guó)無機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2014,4(2):36-38.

[7] 阮桂色.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)無機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2011,1(4):15-18.

[8] 孫友寶,孫媛媛,馬曉玲,等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測(cè)定玄武巖中的8種微量元素[J].中國(guó)無機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2014,4(4):18-20.

[9] 張超,李享.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定鎳鎂鈣磷鋁[J].巖礦測(cè)試(RockandMineralAnalysis),2011,26(4):473-476.

[10] 王鏡巖,朱圣庚,徐長(zhǎng)法.生物化學(xué):上冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,2002:20.

Determination of Cu, Zn, Ca, Mg and Fe in Human Hair by ICP-AES

WANG Shengjin1, ZHANG Lin2, LIU Chunhu1, DONG Longteng1, HAN Fuqiang1

(1.TheBureauofGeologyandMineralResourcesofHebeiProvince，Xingtai，Hebei054000,China； 2.HebeiVocationalCollegeofGeology,Shijiazhuang,Hebei050081,China)

The sample was digested by HNO3-HClO4, until HClO4gave off a quantity of white smoke, then the digestion solution was pretreated by HCl. A method for the determination of Cu, Zn, Ca, Mg and Fe in human hair was established by ICP-AES. The analytical lines of 327.3, 206.2, 238.2, 279.5 nm and 315.8 nm were chosen to determine the contents of Cu, Zn, Ca, Mg and Fe, respectively, and the mixed solution was measured simultaneously. The recoveries were 98.6%～101%, and the relative standard deviations (RSDs,n=8) were 0.37%～2% with -3.4%～1.15% precisions. The detection limits of Cu, Zn, Ca, Mg and Fe were 0.002 3, 0.001 6, 0.004 6, 0.003 0 and 0.001 4 μg/mL, respectively. The method can overcome the shortcomings such as complex operation, time-consuming, high costs and low sensitivity obtained by spectrophotometry and atomic absorption spectrometry (AAS). The obtained results were consistent with the results of AAS, The proposed method has been verified by analyzing the national certified reference materials (GBW07061) and the analytical results were in agreement with the certified values.

Cu; Zn; Fe; Mg; Ca; human hiar; ICP-AES

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.01.018

2015-10-24

2015-12-09

王生進(jìn)，男，工程師，主要從事儀器分析、質(zhì)量控制研究。E-mail: 94127043@qq.com

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2016)01-0069-04