通过擦拭取样评估人体对重金属暴露特征的方法与流程

本发明属于样品采集评估技术领域，具体涉及一种通过擦拭取样评估人体对重金属暴露特征的方法。

背景技术：

随着工业的快速发展，人们的生活水平逐渐提高，但是人们在生产和生活中排放的污染物越来越多，给地球带来了不同程度的污染，近几年来保护环境已经成为世界各国肩负的重任。而中国作为一个发展中的大国，更是将保护地球、改善环境作为一项国策来推行。

目前世界面临的污染有水污染、大气污染、土壤污染等，其中与每个人生活息息相关的大气污染对人们的生活造成了极大的影响。而且我国目前正面临着世界上最复杂的大气复合污染问题，灰霾污染日益呈现出覆盖范围大、浓度水平高、持续时间长的特点，其对人体健康所造成的潜在危险引起了学术界以及全社会的高度关注和担忧。

城市地表灰尘在一定动力条件如风、机动车碾压及人群活动的作用下，地表灰尘颗粒物经再悬浮过程进入大气，与空气中的污染物共同成为危害环境系统和人类健康的重要环境介质。而富集在颗粒物中具有高毒性和持久毒性的重金属，可以通过呼吸、皮肤暴露和膳食途径进入人体内并发生沉积，导致人体机能功能性障碍和不可逆损伤，对人体健康危害较大。因此，在不同霾污染强度条件下开展关于人体皮肤灰尘中重金属污染特征及人体暴露的相关研究并进行健康风险评价，对于监测城市环境健康和环境管理具有重要意义。通过呼吸和膳食途径对重金属的暴露和人体健康影响的研究很早就受到学术界的广泛关注，但是对皮肤暴露的研究相对匮乏。

目前国内对人体真皮暴露量的研究是通过研究pm2.5、地面灰尘中重金属污染，通过特定的模型来评价人体对灰尘中重金属的皮肤暴露特征，然而，由于皮肤表面灰尘与pm2.5、地面降尘的成分、来源、粒径组成特征都可能存在差异，而且采用吸尘器或者直接扫取特地区域的灰尘这种间接取样的方式，也会存在采集不充分的问题，获得的皮肤暴露评估结果可能与人体的真实暴露状况存在较大误差。

技术实现要素：

针对间接取样评估人体对重金属真皮暴露方法存在的缺陷和问题，本发明提供一种通过擦拭取样评估人体对重金属暴露特征的方法。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：一种通过擦拭取样评估人体对重金属暴露特征的方法，包括以下步骤：

步骤(1)样品采集：根据不同的待采集部位确定不同面积的采样区域，采用湿巾反复擦拭采样区域10-15次，采集人体表皮的灰尘，将擦拭过的湿巾保存至棕色聚乙烯样品管中；

步骤(2)样品处理：将聚乙烯样品管的密封盖拧开放入烘箱中，将湿巾烘干，用塑料镊子将湿巾取出，用干洁无尘的塑料剪刀将湿巾均匀剪成质量为1.2-1.8g的片状，并将其放入干洁的消解罐中；

步骤(3)加样：在通风橱内向步骤(2)中的消解罐中依次加入5-10ml硝酸、1-3ml氢氟酸，跑酸20-35min后将消解罐固定于消解仪槽内；

步骤(4)微波消解：设定微波消解程序，对所采集的样品进行消解处理；

步骤(5)定容：消解完成后待消解罐冷却至60度以下，转移消解液至注射器中，使用滤膜孔径为0.35-0.5μm的过滤头过滤，用超纯水定容至200ml容量瓶内，转移至pet瓶内保存待测。

步骤(6)测定样品中重金属含量：利用icp-ms测定pb、zn、sb、cu、mg、hg、mn、cd、cr元素的含量，计算人体真皮暴露量。

上述的一种通过擦拭取样评估人体对重金属暴露特征的方法，所述采集区域为人体的手部和额头区域，所述采样区域的面积为：手部10×10cm²、额头5×10cm²。

上述的一种通过擦拭取样评估人体对重金属暴露特征的方法，所述湿巾为ghost-wipes。

上述的一种通过擦拭取样评估人体对重金属暴露特征的方法，所述步骤(4)中微波消解的程序设定为：功率设定为1600w，升温程序依次为：

(1)升温至90度，历时10min，保持5min；

(2)升温至120度，历时10min，保持10min；

(3)升温至150度，历时10min，保持15min；

(4)升温至180度，历时10min，保持15min；

(5)升温至220度，历时10min，保持15min后结束消解。

上述的一种通过擦拭取样评估人体对重金属暴露特征的方法，所述过滤头的滤膜孔径为0.35-0.5μm。

本发明的有益效果：本发明所述的通过擦拭取样评估人体对重金属真皮暴露特征的方法采用ghostwipe湿巾对人体表皮进行擦拭，ghostwipe湿巾不具有任何气味，被采样者没有任何心理负担，可以对人体多个部位进行擦拭，对特定部位进行重金属含量测定，采样方法简化了样品制备，简单方便，易于操作；而且ghostwipe湿巾和过程中所用工具、仪器均不含重金属，所测重金属含量全部是来自人体真皮暴露；由于ghostwipes能很轻松并完全地在消解过程中发生溶解，能使消解过程中得到更完整的分析物，实验检测过程中所使用的试剂均为优级纯，并且样品处理的全过程中保持严格的质量控制，确保测量方法和数据的准确可靠，以此可以对人体进行全面的暴露风险评估，具有广泛的科研应用前景。

附图说明

图1为不同性别人群的额头重金属浓度；

图2为不同暴露介质中人体的重金属浓度；

图3为不同年龄人群的手部重金属浓度。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：在电池厂周边村庄，选取年龄在7-12岁的男生12人、女生12人作为受试者，要求受试者在室外环境中活动2h且2h内不洗脸；2h后采用以下步骤采取受试者额头部位的污染物并进行测定。

步骤(1)样品采集：准备干净无尘的5×10cm²的采样框放在受试者的额头，实验者佩戴一次性无尘手套，用ghost-wipes湿巾反复擦拭受试者的额头采样框内区域12次，将擦拭过的湿巾保存至棕色聚乙烯样品管中；

步骤(2)样品处理：将聚乙烯样品管的密封盖拧开放入烘箱中，将湿巾烘干，用塑料镊子将湿巾取出，用干洁无尘的塑料剪刀将湿巾剪成质量为1.5g大小的方块，并将其放入干洁的消解罐中；

步骤(3)加样：于通风橱内向步骤(2)中的消解罐中依次加入8ml硝酸、2ml氢氟酸，跑酸30min后将消解罐固定于消解仪槽内；

步骤(4)微波消解：设置消解功率为1600w，升温程序依次为：(1)升温至90度，历时10min，保持5min；(2)升温至120度，历时10min，保持10min；(3)升温至150度，历时10min，保持15min；(4)升温至180度，历时10min，保持15min；(5)升温至220度，历时10min，保持15min后结束消解；

步骤(5)定容：消解完成后待消解罐冷却至60度以下，转移消解液至10ml注射器中，使用滤膜孔径为0.45μm的过滤头过滤，用超纯水反复冲洗消解罐和注射器3次，将冲洗液倒入200ml容量瓶内并用超纯水定容，然后转移至pet瓶内保存待测；

步骤(6)测定样品中重金属含量：利用icp-ms测定pb、zn、sb、cu、mg、hg、mn、cd、cr元素的含量；

按下列公式计算人体真皮暴露量：

式中：adddermal为皮肤接触的灰尘颗粒平均日暴露量(mg·kg^-1·d^-1)；cskin为灰尘重金属浓度(mg·kg^-1)；sa为暴露皮肤表面积(cm²)；bw为平均体重(kg)；ed为暴露年限(a)；ef为暴露频率(d/a)；at为平均暴露时间(d)；n为每日接触次数(d)；afdust为粉尘皮肤吸收系数(d)；f为在某一特定环境下的日常时间比例。结果如图1所示。

由图1可知：数据结果显示每种金属含量结果中，女性人群普遍高于男性人群,且在男性人群中8种重金属元素浓度呈现出：zn>pb>mn>cu>cr>ni>co>cd，而女性人群中表现为：zn>pb>mn>cu>cr>ni>cd>co；其中男性人群中重金属浓度大小依次为：207.06、15.29、12.85、6.68、4.60、4.21、1.09、1.28μg.m^-2；女性人群中重金属浓度大小依次为：223.43、21.60、17.08、7.06、4.69、4.52、2.24、1.49μg.m^-2。对比实验结果可知，不同性别人群对于重金属元素的吸收不同，其中女性人群对于所研究的8种元素的暴露浓度均高于男性，因此女性人群对重金属暴露较男性人群敏感，应当加强对这一时期女性人群重金属暴露防护。

实施例2：在电池厂周边村庄，选取7-12岁人群，分别采取其手部、额头、其所生活的桌面以及地面样品，其中手部为手掌和手背的面积，面积大小为10×10cm²；要求受试者在室外环境中活动2h且2h内不洗手、不洗脸，被擦拭的桌面、地面2h内不进行清洁；

步骤(1)样品采集：实验者佩戴一次性无尘手套，用ghost-wipes湿巾反复擦拭受试者的额头5×10cm²的采样框内区域、手掌和手背、地面和桌面的采样区域各15次，将擦拭过的湿巾保存至棕色聚乙烯样品管中；

步骤(2)样品处理：将聚乙烯样品管的密封盖拧开放入烘箱中，将湿巾烘干，用塑料镊子将湿巾取出，用干洁无尘的塑料剪刀将湿巾剪成质量为1.8g大小的方块，并将其放入干洁的消解罐中；

步骤(3)加样：于通风橱内向步骤(2)中的消解罐中依次加入8ml硝酸、2ml氢氟酸，跑酸30min后将消解罐固定于消解仪槽内；

步骤(4)微波消解：设置消解功率为1600w，升温程序依次为：(1)升温至90度，历时10min，保持5min；(2)升温至120度，历时10min，保持10min；(3)升温至150度，历时10min，保持15min；(4)升温至180度，历时10min，保持15min；(5)升温至220度，历时10min，保持15min后结束消解；

步骤(5)定容：消解完成后待消解罐冷却至60度以下，转移消解液至10ml注射器中，使用滤膜孔径为0.45μm的过滤头过滤，用超纯水反复冲洗消解罐和注射器3次，将冲洗液倒入200ml容量瓶内并用超纯水定容，然后转移至pet瓶内保存待测；

步骤(6)测定样品中重金属含量：利用icp-ms测定pb、zn、sb、cu、mg、hg、mn、cd、cr元素的含量；

按下列公式计算人体真皮暴露量：

式中：adddermal为皮肤接触的灰尘颗粒平均日暴露量(mg·kg^-1·d^-1)；cskin为灰尘重金属浓度(mg·kg^-1)；sa为暴露皮肤表面积(cm²)；bw为平均体重(kg)；ed为暴露年限(a)；ef为暴露频率(d/a)；at为平均暴露时间(d)；n为每日接触次数(d)；afdust为粉尘皮肤吸收系数(d)；f为在某一特定环境下的日常时间比例。结果如图2所示。

由图2可知，本实验研究了手部、额头、地面和桌面4种暴露介质中重金属的浓度特征及健康风险，其中4种介质中重金属总浓度结构表现为：手部>地面>额头>桌面，浓度大小依次为1131.42、321.10、293.56、58.58μg.m-2。以手部为暴露介质，8种重金属元素浓度结构表现为：zn>mn>cu>pb>ni>cr>cd>co，浓度大小依次为：744.4、90.9、48.9、43.7、37.4、17.4、10.1、5.4μg/m2；以额头为暴露介质表现为：zn>pb>mn>cu>cr>ni>cd>co，浓度大小依次为：215.52、16.89、16.21、6.88、4.64、4.37、1.59、1.39μg/m2；以地面为暴露介质表现为：mn>zn>pb>ni>cu>cr>cd>co，浓度大小为：84.07、78.41、35.46、18.48、13.78、10.32、8.21、4.52μg/m2；而以桌面为暴露介质表现为：zn>mn>pb>ni>cu>cr>cd>co，浓度大小依次为：36.14、4.88、2.31、1.80、1.52、1.23、0.60、0.34μg/m²。

实施例3：在电池厂周边村庄，分别选取年龄0-6岁的儿童33人，年龄7-12岁的青少年25人，30-60的中老年人23人作为受试者，要求受试者在室外环境中活动2h且2h内不洗手；2h后采用以下步骤采取受试者手部污染物并进行测定，其中手部为手掌和手背的面积，面积大小为10×10cm²。

步骤(1)样品采集：实验者佩戴一次性无尘手套，用ghost-wipes湿巾反复擦拭受试者的手掌和手背10次，将擦拭过的湿巾保存至棕色聚乙烯样品管中；

步骤(2)样品处理：将聚乙烯样品管的密封盖拧开放入烘箱中，将湿巾烘干，用塑料镊子将湿巾取出，用干洁无尘的塑料剪刀将湿巾剪成质量为1.2g大小的方块，并将其放入干洁的消解罐中；

步骤(3)加样：于通风橱内向步骤(2)中的消解罐中依次加入7ml硝酸、3ml氢氟酸，跑酸35min后将消解罐固定于消解仪槽内；

步骤(4)微波消解：设置消解功率1600w，升温步骤依次为：(1)升温至90度，历时10min，保持5min；(2)升温至120度，历时10min，保持10min；(3)升温至150度，历时10min，保持15min；(4)升温至180度，历时10min，保持15min；(5)升温至220度，历时10min，保持15min后结束消解；

步骤(5)定容：消解完成后待消解罐冷却至60度以下，转移消解液至10ml注射器中，使用滤膜孔径为0.45μm的过滤头过滤，用超纯水反复冲洗消解罐和注射器3次，将冲洗液倒入200ml容量瓶内并用超纯水定容，然后转移至pet瓶内保存待测；

步骤(6)测定样品中重金属含量：利用icp-ms测定pb、zn、sb、cu、mg、hg、mn、cd、cr元素的含量；

按下列公式计算人体真皮暴露量：

式中：adddermal为皮肤接触的灰尘颗粒平均日暴露量(mg·kg^-1·d^-1)；cskin为灰尘重金属浓度(mg·kg^-1)；sa为暴露皮肤表面积(cm²)；bw为平均体重(kg)；ed为暴露年限(a)；ef为暴露频率(d/a)；at为平均暴露时间(d)；n为每日接触次数(d)；afdust为粉尘皮肤吸收系数(d)；f为在某一特定环境下的日常时间比例。结果如图3所示。

由图3可知，本实验三种人群0-6、7-12、30-60岁人群手部重金属浓度表现出明显差异。其中随着年龄的增长，主要的8种重金属元素的浓度整体呈现出下降趋势。尤其以儿童表现出最高浓度可能与其特殊的行为习惯、与地面的频繁接触有关。其次，少年人群手部擦拭灰尘中ptm浓度水平较低可能因为经常待在教室等较为干净的环境中、手部清洗较频繁.而长期待在较为洁净的工作环境以及手部活动频率降低可能使得中年人群中ptm浓度水平最低.除此之外,cr元素在0-6岁人群暴露中浓度高出30-60岁人群约39倍；在ni、mn元素暴露中，0-6岁人群暴露量约为30-60人群的14倍；在cu、co元素暴露中，0-6岁人群暴露量约为30-60人群的18倍；而zn元素在不同人群中浓度最高，且0-6岁人群中zn元素的浓度高达1551.89ug/m²,是30-60岁人群暴露量的5倍之多，这可能与儿童手部活动频繁，经常接触地面灰尘、各种物品等密切相关。与此同时，不同人群中重金属的结构也存在差异。0-6岁人群重金属浓度大小顺序为：zn>mn>cu>ni>pb>cr>cd>co，7-12岁人群：

zn>mn>cu>pb>ni>cr>cd>co，30-60岁人群：zn>pb>mn>ni>cu>cd>cr>co；0-6岁人群与7-12岁人群重金属结构分布大致相同，与中年人群存在明显差异，可能与其生活场所、行为习惯、暴露途径等因素密切相关。

以上所述为本发明的较佳实例，凡依本发明申请专利范围所做的等同变化与修饰，皆应属于本发明的保护范围。