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头发中无机元素的分析

2019.12.11

人体内元素分析在环境监测、法庭科学以及临床监测等方面具有十分广泛的应用。人体内元素分析常用的检材为血液、尿液，但相比于血液和尿液，头发具有取材简单、易保存、元素含量高等优点{1}，并且头发以每月平均1.0～1.4　cm的速度生长{2}，可以通过头发分段分析来推断一段时期内人体元素暴露情况。因此，采用头发作为检材，具有其突出的优点。
　　头发主要由纤维性的角蛋白组成，头发生长过程中所需的营养物质通过伸到发根中的微血管获得。各种微量元素在毛囊内与巯基、氨基结合而进入角蛋白分子，使微量元素蓄积在毛发中，并且微量元素一旦沉积下来就不易再被重新吸收{3}。
　　尽管头发早在1929年就被用于评估人体元素水平{4}，但是其准确性和可靠性却一直受到争议与质疑。质疑主要有两个方面：一方面有学者{5}认为头发长期暴露于外环境中，极易受到污染，可能造成检测结果的不准确。另一方面，头发中元素的含量能否像血液、尿液那样准确反应体内元素的真实状况也是人们质疑的焦点。
　　虽然头发作为检测元素的检材一直受到争议，但是随着研究的深入，一些研究者已经发现毛发中部分微量元素的含量与某些疾病{6-8}、代谢紊乱、以及环境污染{9-10}之间存在一定的相关性。同时Foo等{11}研究结果表明毛发中某些元素(Pb、Mn、Hg)含量与血液、尿液中该元素的含量之间存在正相关关系，并且头发分段分析可以反应一段时间内重金属的暴露情况。Niculescu{12}曾研究头发中铅浓度与职业暴露之间的关系，研究结果表明头发中铅含量与血铅含量呈正相关关系，头发可以作为评价铅职业暴露的检材。世界卫生组织(WHO)在处理一些重金属中毒案例时也将头发作为一种可靠检材{13}；同时毛发也被美国环境保护局(EPA)认定为砷、镉、铬、铅、汞等元素的优良生物监督检材{14}；国际原子能机构(IAEA)也将头发作为检材用于监测全球元素水平变化{13}。由此可见，头发作为无机元素分析的检材越来越受到重视。现将头发中无机元素分析的研究进展综述如下。
　　1头发的采集
　　被用于分析的头发应该未曾接受烫染、拉直等处理。采集头发时选取脑后枕部5～6个区域，用不锈钢剪刀贴头皮剪取一定量的头发{15}，装在清洁的聚乙烯包装袋内，保存在干燥处。
　　2头发的去污染
　　头发长期暴露在空气中，容易受到外界环境的污染，因此需要清除外源性污染，保证检测结果的准确性。然而重金属元素外源性污染的清除难度较大，一些重金属如砷元素容易与头发表面含巯基的角质层结合，毛发对其具有较强的吸附能力{16}。目前，国际上关于毛发去污染常用的清洗试剂和方法已经有大量的考察和研究。
　　2.1常用的清洗试剂
　　常用的试剂有：去离子水；有机溶剂(丙酮、异丙醇)；非离子化去污剂(曲通(Triton X-100))；离子化去污剂(十二烷基硫酸钠(SDS))；鳌合试剂(EDTA)；酸碱溶液(稀HCl或NaOH溶液)。
　　Bass{17}认为清洗剂清洗的效果与头发受污染的程度以及待测定的元素有关。不同的清洗剂适合清除不同的元素污染，已有的研究成果如表1所示。表1不同清洗试剂适合清洗的元素

┌─────────┬──────────────────────────┐
│清洗剂　　　　　　│清洗效果较好的元素　　　　　　　　　　　　　　　　　│
├─────────┼──────────────────────────┤
│Triton X-100　　　│Sb、Ba、Co、Fe、Mg、Mn{18-19}　　　　　　　　　　　 │
├─────────┼──────────────────────────┤
│SDS　　　　　　　 │Cr、Cu、Se、Sb、As 、Zn、Ca{19-20}　　　　　　　　　│
├─────────┼──────────────────────────┤
│EDTA　　　　　　　│Ca、Cr、Cu、Sb、K、Fe、Mn、Mg、Pb、Zn{19-20}　　　　│
├─────────┼──────────────────────────┤
│稀HCl　　　　　　 │Cr、Cd、Pb{20}　　　　　　　　　　　　　　　　　　　│
├─────────┼──────────────────────────┤
│稀NaOH　　　　　　│As{21}　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　│
├─────────┼──────────────────────────┤
│丙酮(IAEA)　　　　│Cd、Pb、K{19}　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 │
└─────────┴──────────────────────────┘

　　2.2头发的清洗方法
　　头发的清洗效果直接影响测量结果的可靠性，但是目前国际上尚未建立一个标准化的洗涤方法，这也直接影响了不同实验室实验数据的重现性和可比性{17}。目前国际上头发的清洗主要采用国际原子能机构推荐的方法，即IAEA法，但是IAEA法所用的清洗试剂只有水和有机溶剂丙酮，对有些元素而言，清洗效果不理想。因此很多学者常将多种洗涤剂搭配使用。
　　2.2.1 IAEA推荐方法
　　国际原子能机构早在1978年就曾推荐采用丙酮-水-水-丙酮的方法来洗涤毛发。目前有关头发的清洗大多使用IAEA法{22}，该方法中去离子水能够去除残留于毛发表面的无机盐和粉尘等成分，而丙酮则可以很好的去除附着于毛发中的油脂和汗液等{16}。但是也有学者对IAEA法提出了质疑，Mandal{23}认为IAEA的清洗方法不能有效的清除附着于毛发表面痕量的无机元素；Mikasa{24}的研究结果表明IAEA法会造成头发中碱金属和碱土金属的大量损失。

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周锦帆