石墨爐原子吸收光譜法快速測(cè)定血液中鉛和鎘

魏洪敏

(北京海光儀器有限公司，北京 101312)

前言

鉛、鎘污染有職業(yè)接觸和生活接觸，主要通過(guò)呼吸道和消化道進(jìn)入人體并產(chǎn)生毒害。鉛被美國(guó)政府和工業(yè)衛(wèi)生委員會(huì)列為動(dòng)物致癌物，鎘被國(guó)際癌癥研究署和美國(guó)國(guó)家毒理學(xué)計(jì)劃歸類為人類致癌物[1-2]。鉛對(duì)呼吸和消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)內(nèi)分泌、生殖功能、泌尿系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、發(fā)育系統(tǒng)都有一定程度的影響。鎘可引起腎功能損傷、骨密度降低、鈣排泄增加及生殖毒性及癌癥等。鉛對(duì)人類和動(dòng)物健康威脅越來(lái)越大，特別是對(duì)兒童大腦的損傷[3]。有研究表明，血鉛、鎘含量大于100 μg/L時(shí)，兒童的正常發(fā)育及健康將受到嚴(yán)重的影響[4]；血鉛濃度大約是40 μg/100mL時(shí)，就可能發(fā)生血紅蛋白的減少而造成貧血，重癥患者可出現(xiàn)心悸、氣短、乏力等癥狀[5]。

血中鉛、鎘會(huì)直接反映出近期接觸鉛的水平，已有多篇文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)血液中鉛、鎘的測(cè)定方法。韓寶華等[6]應(yīng)用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測(cè)定了人血液中鉛、砷、汞、鎘；林立等[7]應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)譜法直接分析全血中的鉛和鎘；楊巧珍等[3]應(yīng)用恒溫消解-石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定微量血液中的鉛和鎘；仲立新等[8]深入地研究了石墨爐法在血尿中鉛測(cè)定過(guò)程中的質(zhì)量控制問(wèn)題；溫賢運(yùn)[5]研究了膠體鈀化學(xué)改進(jìn)劑在石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定血中鉛的實(shí)際效果。另外，2019年1月1日實(shí)施的GBZ/T 316.1—2018(血中鉛的測(cè)定)和GBZ/T 317.1—2018(血中鎘的測(cè)定)，均是采用的石墨爐原子吸收光譜法。

石墨爐原子吸收光譜法因儀器成本低、所需樣品量少、檢出限較低，是血液微量鉛、鎘分析的首選方法。本文使用酸脫蛋白-石墨爐原子吸收光譜法，對(duì)血液中的鉛、鎘進(jìn)行了分析測(cè)定。對(duì)線性范圍、加標(biāo)回收率、精密度等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，凍干牛血鉛、鎘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果在證書(shū)要求的不確定度范圍內(nèi)。該方法簡(jiǎn)便快捷，樣品無(wú)需消解，脫蛋白后直接進(jìn)行測(cè)定，該方法適用于職業(yè)接觸人員血中鉛、鎘的測(cè)定。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

GGX-920塞曼石墨爐原子吸收分光光度計(jì)(北京海光儀器有限公司)，SK-1快速混勻器(常州國(guó)華電器有限公司)，TGL-20B高速臺(tái)式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)，UPW-20N超純水機(jī)(北京歷元電子儀器有限公司)，鉛、鎘元素空心陰極燈(北京有色金屬研究總院)。

硝酸(優(yōu)級(jí)純，ρ20=1.42 g/mL，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，硝酸溶液(1%、3%、5%、8%、10%，均為體積分?jǐn)?shù))，肝素鈉抗凝牛血(100 mL，南京森貝伽生物科技有限公司)，凍干牛血鉛、鎘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW09139k、GBW09140k，中國(guó)疾病與預(yù)防控制中心，職業(yè)衛(wèi)生與中毒控制所)，鉛單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 000 μg/mL，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心)，鎘單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(100 μg/mL，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品采集與制備

依據(jù)GBZ/T 295采樣，采集靜脈血置于肝素鈉真空采血管中，混勻，并于4 ℃ 冰箱內(nèi)保存。用采血針抽取2.0 mL去離子水，置于肝素鈉真空采血管中，作為樣品空白。將采集后的樣品和樣品空白置于清潔容器中冷藏運(yùn)輸，測(cè)定前將血樣徹底搖勻。

關(guān)于凍干牛血鉛、鎘標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的處理，按照證書(shū)要求加入純水，放置、加蓋混勻、備用。用后加蓋密封，用完立即放入冰箱冷凍保存，再次使用時(shí)，需解凍至室溫，混勻后再用。

1.2.2 工作曲線的配制

用硝酸(1%)將鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液稀釋為50 μg/mL鉛標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用溶液，鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋為1.0 μg/mL鎘標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用溶液。另取6只10 mL比色管，編號(hào)為1—6號(hào)，分別取一定體積的鉛、鎘標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用溶液，用硝酸(1%)配成鉛、鎘混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，其中鉛含量分別為0、1.25、2.50、5.00、10.00、12.50 μg/mL，鎘含量分別為0、25.0、50.0、100.0、200.0、300.0 μg/L。再取6只10 mL比色管，編號(hào)為11—16號(hào)，分別加入標(biāo)準(zhǔn)混合溶液系列0.40 mL，再用肝素鈉抗凝牛血定容。配制成鉛濃度為0、50、100、200、400、500 μg/L，鎘濃度為0、1.0、2.0、4.0、8.0、12.0 μg/L的血中鉛鎘混合工作曲線系列。

1.2.3 樣品處理

分別取工作曲線系列溶液0.15 mL于1.5 mL具塞聚乙烯離心管內(nèi)，各管加入0.60 mL硝酸(5%)溶液，立即蓋好蓋子，強(qiáng)力振搖，然后在旋渦混合器上振搖5 min，再以10 000 r/min速度離心5 min，取上清液上機(jī)測(cè)定。

將冷凍血樣和樣品空白取出，恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)室溫度，用同樣的步驟處理待測(cè)樣品和試劑空白。

1.2.4 原子吸收光譜工作條件

GGX-920原子吸收光譜測(cè)定Pb的工作條件為：波長(zhǎng)283.32 nm，燈電流10 mA，狹縫0.2 nm，讀數(shù)方式為峰面積，積分時(shí)間為2 s，采用Zeeman扣背景方式，自動(dòng)進(jìn)樣，進(jìn)樣量為20 μL；GGX-920原子吸收光譜測(cè)定Cd的條件設(shè)置為：波長(zhǎng)228.88 nm，燈電流10 mA，狹縫0.4 nm，讀數(shù)方式為峰面積，積分時(shí)間為2 s，采用Zeeman扣背景方式，自動(dòng)進(jìn)樣，進(jìn)樣量為20 μL。石墨爐的程序升溫條件見(jiàn)表1。

表1 石墨爐程序升溫參數(shù)Table 1 Temperature programmed parameters of graphite furnace

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理?xiàng)l件的選擇

2.1.1 硝酸濃度的選擇

酸消解處理血液樣品的案例很多，消解過(guò)程要使用大量的酸，消解步驟要復(fù)雜一些，耗費(fèi)的時(shí)間也要長(zhǎng)，而且還存在引入鉛和鎘污染的問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)采用硝酸(5%)溶液直接將血液脫蛋白處理的方式，樣品經(jīng)脫蛋白后相當(dāng)于被稀釋了5倍，降低了空白本底值，簡(jiǎn)化了樣品處理步驟。

實(shí)驗(yàn)分別采用濃度為1%、3%、5%、8%和10%的硝酸來(lái)對(duì)血液樣品進(jìn)行脫蛋白處理。結(jié)果表明，硝酸濃度為1%和3%時(shí)，血液樣品沉淀量少且離心后分層不完全。這可能會(huì)造成進(jìn)樣器吸樣不暢，或污染進(jìn)樣針而出現(xiàn)“掛液”現(xiàn)象，從而影響測(cè)定的準(zhǔn)確度和精密度；當(dāng)硝酸濃度為8%和10%時(shí)，實(shí)際操作中血液容易凝結(jié)成塊，包裹在血塊中的樣品可能會(huì)提取不完全，且酸度太高也會(huì)降低石墨管使用壽命。故選擇5%硝酸溶液處理血液樣品，這也與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果一致[5，8]。

2.1.2 離心條件的選擇

為了使樣品中沉降的蛋白質(zhì)與水相完全分離，離心步驟是必要的。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)，離心速度直接選用了10 000 r/min，實(shí)驗(yàn)研究了5～10 min的離心時(shí)間對(duì)待測(cè)元素的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩相的分離效果并未隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而改善。同時(shí)，鉛和鎘元素的測(cè)定信號(hào)也并未隨著離心時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。因此，樣品離心5 min后，直接取上清液上機(jī)測(cè)定。

2.2 工作曲線、檢出限實(shí)驗(yàn)

血液中Pb、Cd工作曲線的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999。對(duì)空白溶液進(jìn)行11次測(cè)定，用測(cè)定結(jié)果的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差值，除以工作曲線斜率，即可得到各元素測(cè)定的方法檢出限。鉛的方法檢出限為4.32 μg/L，鎘的方法檢出限為0.27 μg/L。分別重復(fù)7次測(cè)定工作曲線中鉛含量為200 μg/L的溶液和鎘含量為4 μg/L的溶液，計(jì)算得到峰面積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 線性方程與檢出限Table 2 Linear equation and detection limit(n=7)

2.3 方法精密度和加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際測(cè)定的某個(gè)血液樣品中加入鉛鎘混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別做3個(gè)水平的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。鉛元素的添加水平為50、200和400 μg/L，鎘元素的添加水平為1.0、4.0和8.0 μg/L。回收率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3，鉛的加標(biāo)回收率為91.6%～97.3%，鎘的加標(biāo)回收率為97.0%～98.9%。

表3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)Table 3 Spiked recoveries(n=3)

2.4 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)選取了國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，凍干牛血鉛、鎘標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW09139k和GBW09140k作為質(zhì)控樣，以對(duì)該方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。從表4可以看到，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定值在證書(shū)所要求的不確定度范圍內(nèi)，說(shuō)明所建立的方法準(zhǔn)確可靠。

表4 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果Table 4 The determination results of reference materials(n=3)

2.5 實(shí)際樣品測(cè)定結(jié)果

采用此方法，對(duì)5份血樣進(jìn)行了鉛和鎘的測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。共計(jì)5份樣本，血鉛測(cè)定結(jié)果在31.62～169.07 μg/L，血鎘測(cè)定結(jié)果在1.31～18.10 μg/L。

表5 血樣測(cè)定結(jié)果Table 5 The determination results of blood samples(n=3)

3 結(jié)論

采用硝酸(5%)溶液，對(duì)血液樣品進(jìn)行脫蛋白處理，然后用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定樣品中的Pb、Cd。此方法快速準(zhǔn)確，可以作為日常血鉛、血鎘的檢測(cè)的方法。