人發(fā)中鋅含量的測定文獻綜述

人發(fā)中Zn含量的分析方法摘要：鋅是人體所需微量元素之一，測定其在人發(fā)中的含量有著重要意義。本實驗的目的在于通過查找文獻討論測定頭發(fā)中Zn的含量各種方法并確定實驗方案進行實驗。通過比較微波法，干法，濕法等預(yù)處理方法最終確定選用濕法。分析方法可采用火焰原子吸收光譜法，高效液相色譜法，極譜法，電感耦合等離子體質(zhì)譜法及X-rays法等，本實驗選用火焰原子吸收法來測定。關(guān)鍵詞：人發(fā)，Zn含量，預(yù)處理，火焰原子吸收光譜法引言為鍛煉自身進行綜合實驗的能力，對于人發(fā)中Zn含量的測定這一課題進行自主的探究，設(shè)計實驗方案、進行實驗、完成報告。Zn是人體乃至生物體發(fā)育不可或缺的元素之一，測定其在人發(fā)中的含量有著多方面的意義。筆者查找了中文及外文文獻若干篇，對洪昭毅、T.Y.Torlbara等人所做的測定頭發(fā)中Zn含量的實驗進行了研讀，以達到設(shè)計出最佳實驗方案的目的。內(nèi)容Zn的重要性1869年Raulin發(fā)現(xiàn)鋅與生物的生長發(fā)育有著密切的聯(lián)系，之后的大量研究表明，鋅具有重要的生理功能、營養(yǎng)作用和臨床診療意義［1］。其代謝與某些疾病的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系極為密切。因此，鋅在醫(yī)學(xué)上逐漸被重視［2］。鋅是人體必需的14種微量元素之一，對于兒童的生長發(fā)育尤為重要，其缺乏會導(dǎo)致嗜眠癥、智力發(fā)育延緩等疾?。?］，也會引起一系列的生化紊亂［4］。測定血漿（或血清）中的鋅含量是判斷人體鋅的營養(yǎng)狀況最常用的方法。但存在樣本獲取難，運輸難，保存難等問題［5］。而人類毛發(fā)內(nèi)的鋅含量比較穩(wěn)定，且采集、貯存容易，它可以反映體內(nèi)鋅的貯存量及營養(yǎng)狀態(tài)［4］。鋅能與毛發(fā)角蛋白中的巰基緊密結(jié)合，若將毛發(fā)進行分段測定，還可望作出鋅營養(yǎng)情況的回顧性診斷［5］。樣品處理方法樣品洗滌方法洪昭毅等人采用了八種洗滌劑對人發(fā)樣品進行洗滌，分別是：丙酮，氯化鈉,SDS,EDTA二鈉，鹽酸（超純級），65%濃硝酸，70%過氯酸（優(yōu)級純），白貓洗潔精。然后用原子吸收法分別進行鋅含量的測定，結(jié)果表明用EDTA洗滌才能有效地去除污染，得到準確的結(jié)果［6］。樣品消化方法微波消解稱取0.5g左右頭發(fā)樣品于聚四氟乙烯溶樣杯中，加入硝酸5.0mL,雙氧水1.0mL,蓋上內(nèi)蓋，擰上罐蓋（注意壓控罐不加防爆膜），放入微波爐中，按照表1的實驗條件進行消解。消解完畢，待微波爐自動關(guān)閉片刻后打開爐門，取出罐體，冷卻至室溫。開蓋，過濾，用質(zhì)量分數(shù)為0.2%的HNO3溶液洗滌溶樣杯數(shù)次，合并過濾后于25mL的容量瓶中,定容待測。同時做試劑空白。表1微波消解的實驗條件步驟t/minp/MPa功率/W1100.44252100.45425濕法消化（混酸）取人頭發(fā)約lg,用洗滌劑把樣品清洗，隨后在水中漂清，再用甲醇漂幾次，并放在約100°C烘箱內(nèi)烘干半小時,稱出約0.3克樣品兩份，分別放入100ml錐形瓶，小心加入10ml濃HNO，在通風(fēng)柜中加熱至稍有沸騰使樣品消化。當(dāng)溶液減少3至一半時，冷卻，然后小心地加入2mlHCIO，加熱保持沸騰，直至剩下1-2ml，冷4卻至室溫后轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶中，用蒸餾水稀至刻度⑻［9］［1。］?；驕蚀_稱取人發(fā)lg放入圓底燒瓶，加入王水，加熱至生成泡沫，待泡沫消失后再維持溫度10min，冷卻后移入容量瓶并定容至100mLM。2?2?2?3濕法消化（酸+HO）22稱取人發(fā)約0.5g分別倒人HQ50內(nèi)襯罐中，分別加入5mLHNO（1+3）和O.5mL的3HO（1+1），密封后把樣品罐對稱地置于微波消解器內(nèi)的轉(zhuǎn)動架上，按上述實驗條22件進行消解.消解完畢，將消解液完全轉(zhuǎn)人25mL比色管中，用去離子水定容至刻度線，消解液均為無色透明澄清溶液［12］。2.2.2.5干法消化用50mL石英小燒杯準確稱量一定量的人發(fā)樣品，放入馬弗爐內(nèi)，將馬弗爐加熱電流控制在1.5A,緩慢升溫至600C,保持5h使樣品充分灰化。將電流緩慢降至零，待樣品充分冷卻后取出。將灰化后的樣品用2%硝酸加熱溶解，將樣品轉(zhuǎn)移到25mL容量瓶中，用2%的稀硝酸定容，充分搖勻后保存［13］。2.2.3分析方法火焰原子吸收光譜法原子吸收的過程及原子吸收光譜分析的儀器裝置如圖1。試液噴成細霧，與燃氣在霧化器中混合送至燃燒器，被測元素在火焰中轉(zhuǎn)化為原子蒸氣。氣態(tài)的基態(tài)原子吸收從光源（空心陰極燈）發(fā)射出的與被測元素吸收波長相同的特征譜線，使該譜線的強度減弱，再經(jīng)單色器分光后，由光電倍增管吸收，并經(jīng)放大器放大，從讀出裝置中顯示出的吸光度值或光譜圖。放大器助燃氣|| |陵謹光電倍增管霧化器放大器助燃氣|| |陵謹光電倍增管霧化器機…曾吋日±￡讀詔裝置圖1原子吸收光譜法原理圖氣態(tài)的基態(tài)原子對特征譜線的吸收是原子吸收光譜的基礎(chǔ)。在一定溫度下，處于熱動平衡的基態(tài)原子數(shù)NO和激發(fā)態(tài)原子數(shù)Ni的比值服從波爾茲曼公式：Ni/No二gi/go*exp(-^E/kT)在采用火焰光源的原子吸收光譜法中，火焰溫度一般約為3000K，而且大多數(shù)元素的共振線都低于600nm，所以激發(fā)態(tài)的原子數(shù)Ni還不到基態(tài)原子數(shù)NO的1%,甚至更少。處于更高能級的激發(fā)態(tài)原子數(shù)還要少。若將所有可能的激發(fā)態(tài)原子數(shù)累加起來，與NO相比仍然很小。以上討論僅考慮了熱動平衡，而在火焰中的自由電子和紫外光也能引起原子的激發(fā)，因此，激發(fā)態(tài)原子數(shù)比只考慮熱動平衡時要大。但是，即使激發(fā)態(tài)原子數(shù)增加10倍，基態(tài)原子數(shù)的比例還是相當(dāng)大。因此，在原子吸收光譜中可以將NO視作被測元素的原子總數(shù)N.張金生等人進行了正常與脫落頭發(fā)中銅和鋅的分析，采用的是微波消解-火焰原子吸收光譜法。取頭發(fā)樣品8份,微波消解后平行測定,Cu和Zn質(zhì)量分數(shù)的相對標準偏差分別小于1.12%和0.95%;采用加標回收試驗檢驗方法的準確度,Cu和Zn質(zhì)量分數(shù)的平均回收率分別為100.26%和98.43%。由實驗結(jié)果可知利用微波消解處理樣品,用火焰原子吸收光譜法測定其中的Cu和Zn的質(zhì)量分數(shù)準確度和精密度都較高［7］。馬威等人進行了原子吸收法測頭發(fā)中鋅含量的方法探討的實驗，從分析線的選擇、燃料與助燃料流量比的選擇、燈電流的選擇、試液提升量的選擇以及其他條件的選擇等幾個方面研究了原子吸收法測頭發(fā)中的鋅的最佳工作條件［3］。結(jié)果見表2。表2原子吸收法最佳工作條件分析線213.9nm空氣-乙炔流量比4.5:1燈電流6mA左右試液提升量4mL/min光譜通帶0.7T.4nm燃燒器高度:選擇在分析中有最大吸收時的高度與位置該方法條件容易控制,操作簡單。經(jīng)多次實踐測試,并與醫(yī)院長期合作分析人體頭發(fā)中鋅的含量。其結(jié)果準確度高,再現(xiàn)性好,分析速度快,適用人體頭發(fā)中鋅含量的分析。高效液相色譜法高效液相色譜法是以液體為流動相，并采用顆粒極細的高效固定相的柱色譜分離分析方法。高效液相色譜對樣品的適用性廣，不受分析對象揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性的限制，因而彌補了氣相色譜法的不足。在目前已知的有機化合物中，可用氣相色譜分析的約占20%，而80%則需用高效液相色譜來分析。高效液相色譜法和氣相色譜法之間的重大差別在于作為流動相的液體和氣體之間的性質(zhì)的差別。液相色譜法根據(jù)固定相性質(zhì)可分為吸附色譜法、鍵合相色譜法、離子交換色譜法和大小排阻色譜法。以上四種分離方式中，反相鍵合相色譜應(yīng)用最廣，因為它采用醇-水或腈-水體系作流動相。純水價廉易得，紫外吸收極小。在純水中添加各種物質(zhì)可改變流動相選擇性。使用最廣的反相鍵合相是十八烷基鍵合相，即使十八烷基（C18H37-）鍵合到硅膠表面。湯建春等人在高效液相色譜法測定人發(fā)中的鋅和銅實驗中進行了色譜分離條件的選擇研究，分別從酸度的影響、檢測波長的選擇、離子對試劑濃度的影響、乙腈濃度的影響、干擾離子的影響等幾個方面進行了探究［14］。結(jié)果見表3。表3高效液相色譜法最佳工作條件流動相pH值5.6檢測波長570?575nm離子對試劑濃度28.5mmol乙腈濃度10%（體積分數(shù)）干擾離子無本方法已較多應(yīng)用于兒童發(fā)樣的分析，實驗結(jié)果顯示，能夠滿足實驗的要求，并且具有快速、準確等優(yōu)點。2?2?3?3X射線衍射分析法X射線是一種電磁波，當(dāng)能量高于原子內(nèi)層電子結(jié)合能的高能X射線與原子發(fā)生碰撞時，驅(qū)逐一個內(nèi)層電子而出現(xiàn)一個空穴，使整個原子體系處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)原子壽命約為10-12-10-14S，然后自發(fā)地由能量高的狀態(tài)躍遷到能量低的狀態(tài)。這個過程稱為馳豫過程。馳豫過程既可以是非輻射躍遷，也可以是輻射躍遷。當(dāng)較外層的電子躍遷到空穴時，所釋放的能量隨即在原子內(nèi)部被吸收而逐出較外層的另一個次級光電子，此稱為俄歇效應(yīng)，亦稱次級光電效應(yīng)或無輻射效應(yīng)，所逐出的次級光電子稱為俄歇電子。它的能量是特征的，與入射輻射的能量無關(guān)。當(dāng)較外層的電子躍入內(nèi)層空穴所釋放的能量不在原子內(nèi)被吸收，而是以輻射形式放出，便產(chǎn)生X射線熒光，其能量等于兩能級之間的能量差。因此，X射線熒光的能量或波長是特征性的，與元素有一一對應(yīng)的關(guān)系。圖2給出了X射線熒光和俄歇電子產(chǎn)生過程示意圖。圖2 X射線熒光和俄歇電子產(chǎn)生過程示意圖K層電子被逐出后，其空穴可以被外層中任一電子所填充，從而可產(chǎn)生一系列的譜線，稱為K系譜線：由L層躍遷到K層輻射的X射線叫Ka射線，由M層躍遷到K層輻射的X射線叫K0射線……。同樣丄層電子被逐出可以產(chǎn)生L系輻射。如果入射的X射線使某元素的K層電子激發(fā)成光電子后L層電子躍遷到K層，此時就有能量△E釋放出來，且厶E=EK-EL,這個能量是以X射線形式釋放，產(chǎn)生的就是Ka射線，同樣還可以產(chǎn)生K0射線，L系射線等。莫斯萊(H.G.Moseley)發(fā)現(xiàn)，熒光X射線的波長入與元素的原子序數(shù)Z有關(guān)，其數(shù)學(xué)關(guān)系如下：入=K(Z-s)-2這就是莫斯萊定律，式中K和S是常數(shù)，因此，只要測出熒光X射線的波長，就可以知道元素的種類，這就是熒光X射線定性分析的基礎(chǔ)。此外，熒光X射線的強度與相應(yīng)元素的含量有一定的關(guān)系，據(jù)此，可以進行元素定量分析。T.Y.Torlbara使用X射線熒光光譜儀測定頭發(fā)中的微量元素，該系統(tǒng)使用了鉬陽極X射線管放置在樣品旁以實現(xiàn)高靈敏度的探測。該法相較于其他方法可以一次測定多種元素、高效快捷且靈敏度高［15。］極譜法伏安法和極譜分析法都是通過由電解過程中所得的電流-電位(電壓)或電位-時間曲線進行分析的方法。它們的區(qū)別在于伏安法使用的極化電極是固體電極或表面不能更新的液體電極，而極譜分析法使用的是表面能夠周期更新的滴汞電極。張新衛(wèi)在硼砂底液中，研究了人頭發(fā)中鋅、鐵、錳同時測定的條件。本法的測定原理基本上可以認為是常規(guī)的極譜法，但由于常規(guī)的極譜儀或目前國內(nèi)使用較多的單掃描示波極譜儀掃描電位范圍僅為0.5V,不可能通過一次掃描同時測定鋅、鐵、錳3個元素。而且其掃描速率固定為0.25V/s，也不可能使這3個元素的峰形分開而不互相干擾。因此，在這種條件下，本實驗采用了微機伏安/極譜儀，使這一問題得到較為滿意的解決。電感耦合等離子體質(zhì)譜法ICP-MS的工作原理及其分析特性：在ICP-MS中，ICP作為質(zhì)譜的高溫離子源(7000K),樣品在通道中進行蒸發(fā)、解離、原子化、電離等過程。離子通過樣品錐接口和離子傳輸系統(tǒng)進入高真空的MS部分，MS部分為四極快速掃描質(zhì)譜儀，通過高速順序掃描分離測定所有離子，掃描元素質(zhì)量數(shù)范圍從6到260，并通過高速雙通道分離后的離子進行檢測，濃度線性動態(tài)范圍達9個數(shù)量級從ppq到lOOOppm直接測定。因此，與傳統(tǒng)無機分析技術(shù)相比，ICP-MS技術(shù)提供了最低的檢出限、最寬的動態(tài)線性范圍、干擾最少、分析精密度高、分析速度快、可進行多元素同時測定以及可提供精確的同位素信息等分析特性。ICP-MS的譜線簡單，檢測模式靈活多樣：通過譜線的質(zhì)荷之比進行定性分析；通過譜線全掃描測定所有元素的大致濃度范圍，即半定量分析，不需要標準溶液，多數(shù)元素測定誤差小于20%；用標準溶液校正而進行定量分析，這是在日常分析工作中應(yīng)用最為廣泛的功能；同位素比測定是ICP-MS的一個重要功能，可用于地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)及中醫(yī)藥學(xué)研究上的追蹤來源的研究及同位素示蹤。劉雪梅等人采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定人發(fā)中的微量鋅，不需要復(fù)雜的化學(xué)處理過程，只需高溫灰化，就可將樣品溶解徹底，且質(zhì)譜干擾較小，該方法快速簡便、精度較好，具有較寬的線性范圍，適用于人發(fā)中的微量鋅的快速測定[17]。討論樣品的選擇本次實驗的主要目的在于學(xué)會自己查找文獻，設(shè)計實驗以達到測定人發(fā)中鋅含量的目的，但是對于選定什么樣的樣本，如何進行實驗都是自主決定的。希望通過對頭發(fā)進行分段測定，探究頭發(fā)中的鋅含量能否反應(yīng)出一段時期內(nèi)人體內(nèi)鋅含量的變化。為達到自己設(shè)定的實驗?zāi)康?，選取某位頭發(fā)較長的同學(xué)作為采集樣本的對象，采集長度基本相同的頭發(fā)約10根。樣品的預(yù)處理樣品的洗滌考慮到實驗室所提供的藥品有限，不能夠采用最佳的洗滌方法，即用EDTA洗滌。綜合考慮洪昭毅等人的實驗結(jié)果與實驗室所能提供的藥品，選擇使用丙酮、洗潔精以及二次水進行樣品的洗滌。樣品的消化翟雯航等人進行試驗得出普通消解方法的實驗結(jié)果均優(yōu)于微波消解方法的實驗結(jié)果[18]。造成這一現(xiàn)象的原因主要是：①微波消解時間短；②移液不干凈，消解罐內(nèi)壁仍有溶液殘留；③在電熱板上加熱時終點不易控制；可見微波消解法的缺點較多，而干法消化所用時間較長，一般不少于5h,由于實驗室條件所限，濕法消化是最佳選擇。而濕法消化可以選擇的方法也有很多這種，主要區(qū)別在于用HNO和另外某種3物質(zhì)的搭配，主要有HNO/HO,HNO/HClO,HNO/HCl,HNO/H2SO。從綠32234334色化學(xué)的角度考慮，高氯酸在無機酸中酸性最強，具強腐蝕性、強刺激性，且易爆，可致人體灼傷，而硫酸易導(dǎo)致環(huán)境污染，可分解為氧氣與水的過氧化氫無疑是最佳選擇。樣品的分析實驗室條件所允許的分析方法有火焰原子吸收法、高效液相色譜法以及極譜伏安法，根據(jù)對以上實驗方法曾經(jīng)的切身體會，火焰原子吸收法與本實驗的目的對應(yīng)性更強，高效快捷準確，優(yōu)勢相當(dāng)明顯。具體比較見表4。表4分析方法比較結(jié)論設(shè)計實驗方案時要綜合考慮其可行性、安全性、成本等多種因素，本次實驗設(shè)計經(jīng)過多方查閱文獻，總結(jié)文獻中出現(xiàn)的各種方法的優(yōu)劣利弊，從樣品的預(yù)處理到樣品的分析都進行了最優(yōu)化的選擇。選擇使用丙酮、洗潔精以及二次水進行樣品的洗滌，樣品的消解方法選擇濕法（HNO/HO），而分析方法則選用高效快322捷的火焰原子吸收法。具體的實驗效果有待真正的實驗操作之后方能定奪。參考文獻孔祥瑞，必需微量元素的營養(yǎng)、生理及臨床意義，合肥:安徽科技出版社,1982.210侯振江，張宗英，李月秋，鋅測定的臨床意義，微量元素與健康研究，200219（4），65-67馬威等，原子吸收法測頭發(fā)中鋅含量的方法探討，河南科學(xué)，2003，21（6）722-724何瑞啟等，人頭發(fā)鋅測定的臨床意義，安徽醫(yī)學(xué)，1990，11（5），23-24頁洪昭毅，周建德，許積德，頭發(fā)鋅測定前樣品洗滌方法的探討，上海醫(yī)學(xué)檢驗雜志，1989年，4（2），84-86洪昭毅，周建德，許積德，頭發(fā)鋅測定前樣品洗滌方法的探討，上海醫(yī)學(xué)檢驗雜志，1989年，4（2），84-86張金生等，正常與脫落頭發(fā)中銅和鋅的分析——微波消解-火焰原子吸收光譜法，遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報，2006，26（2），8-11馬威等，原子吸收法測頭發(fā)中鋅含量的方法探討，河南科學(xué)，2003，21