DMA-80直接测汞仪测定头发中汞含量的方法与流程

本发明涉及分析化学领域，特别是一种测定头发中汞含量的方法。
背景技术：
：汞，又称水银，是常温下唯一以液体形式存在的金属元素，广泛地分布于地壳的表面。汞的应用非常广泛，涉及社会各个方面，例如点解工业、电器和仪表工业、农业、医药行业、绘画颜料、有机物合成工业等。汞主要存在形式可以分为元素汞、无机汞和有机汞，可通过食物链，生物富集数千倍。汞在室温下即可挥发成汞蒸气，汞蒸气通过呼吸道、皮肤或消化道等不同途径侵入人体。集聚于肝、肾、大脑、心脏、骨髓等部位，造成组织病变，出现相应的临床症状。有机汞具有高毒性，尤其是甲基汞。甲基汞进入人体后可损害神经系统，且可通过胎盘侵害胎儿，在脐带血中富集，导致胎儿先天性汞中毒或畸形或痴呆。传统的汞的测定方式有冷原子吸收光谱法，原子荧光光谱法，电感耦合等离子体质谱仪等。这些传统的检测方法存在一些弊端。首先，这些检测方法均需要对样品进行预处理，以微波消解或者湿消解法为主。由于汞的挥发性较大，前处理过程易损失样品中的汞，造成较大的系统误差。其次，生物样品基体比较复杂，传统检测方法在样品检测过程中存在严重的干扰，例如多原子离子干扰等。而且，汞具有较强的吸附性，在检测过程中吸附在样品导入管道等材料上，容易产生记忆效应。传统的检测方法流程长，产生大量的废弃试剂和汞蒸气，污染环境，危害人体，操作繁琐且耗时。dma-80直接测汞仪将高温氧化分解—催化吸附除杂—汞齐化捕集—原子吸收测定一体化。该方法的原理是在氧气流的作用下，装在样品舟中的样品在分解炉中经干燥和高温热分解，产生的气体在催化炉中经催化分解和吸附剂净化除杂后，样品中的汞全部转变为氧化汞蒸气，随氧气流进入金质汞齐化器，氧化汞被还原为元素汞并以金汞齐形式被选择捕集，加热汞齐化器，解吸出汞，被氧气流带入光学池进行原子吸收测量，波长为253.7nm。不同于传统的检测方法，dma-80直接测汞仪检测固体或液体中的汞含量最大的优点之一在于不需要处理，可直接进样检测，减少了前处理过程中产生的系统误差，具有准确度高，重现性好，操作简单快捷等优点。汞中毒多为慢性中毒。头发中的汞含量可以反应人体内汞的负荷水平，尤其可以较准确得地反映甲基汞的蓄积情况。头发广泛用于评估中或长期汞暴露情况，对职业病的诊断具有重要的参考意义。使用dma-80直接测汞仪检测汞含量，主要研究集中于水、土壤、食品以及生物样品中的血液、尿液，少有研究头发中汞含量的测定。技术实现要素：为解决上述问题，本发明的目的是提供一种dma-80直接测汞仪测定头发中汞含量的方法，其快速准确，能为医学诊断、临床试验以及汞中毒案件的侦破提供有力证据。本发明的目的是这样实现的：一种dma-80直接测汞仪测定头发中汞含量的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)样品准备：将头发剪碎直接进样；或者，将头发用去离子水清洗后，再用有机溶剂浸泡5-10min，然后自然风干后剪碎，直接进样分析；(2)采用dma-80直接测汞仪进行测定，测定参数为：干燥温度的范围为50℃-100℃，分解温度范围为400℃-700℃。所述步骤(1)中，有机溶剂为丙酮。所述步骤(2)中，头发的取样量为0.0500-1.0000g。所述步骤(2)的参数为：干燥时间：50-70s。所述步骤(2)的参数为：分解时间：80-100s。所述步骤(2)的参数为：干燥温度：100℃，干燥时间：60s。所述步骤(2)的参数为：分解温度：650℃；分解时间：90s；开始温度250℃。本发明的方法不需要进行微波消解或者湿消解法等的前处理，减少了前处理方法对汞的损失，而且操作简单，污染少，检测快速而且具有较高的准确度、精密度。附图说明图1是干燥温度的优化图；图2是分解温度的优化图；图3是头发取样量的优化图；图4a是两种仪器检测2μg/lhg标准溶液的结果；图4b是两种仪器检测100μg/lhg标准溶液的结果；其中,dma-80directmercuryanalyzer(continuouslymeasure)为dma-80直接测汞仪(连续测定)，icp-ms为电感耦合等离子体质谱仪，dma-80directmercuryanalyzer(individualymeasure)为dma-80直接测汞仪(逐个加样检测)；横坐标testtimes为测试次数。具体实施方式本发明是一种dma-80直接测汞仪测定头发中汞含量的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)样品准备：将头发剪碎直接进样；或者，将头发用去离子水清洗后，再用有机溶剂浸泡5-10min，然后自然风干后剪碎，直接进样分析。优选的，有机溶剂为丙酮。(2)采用dma-80直接测汞仪进行测定，测定参数为：干燥温度的范围为50℃-100℃，分解温度范围为400℃-700℃。优选的，头发的取样量为0.0500-1.0000g。优选的，干燥时间：50-70s。优选的，分解时间：80-100s。最优选的，参数为：干燥温度：100℃，干燥时间：60s；分解温度：650℃；分解时间：90s；开始温度250℃。在与步骤(2)相同的工作条件下，先进行汞标准曲线的绘制。优选的，所述汞标准曲线的绘制步骤为：准确移取1000μg/ml的汞标准溶液25μl于25ml玻璃容量瓶中，加入2％的硝酸以及10μg/ml的金元素，用18.2mω·cm-1的去离子水定容，配置成1μg/ml的汞储备液，再用去离子水逐级稀释配制成2、5、10、20、30、50、100μg/l的汞系列标准溶液，并加入1％的硝酸溶液和200ng/ml的金元素，用去离子水定容至25ml；在设定的仪器工作条件下从低浓度到高浓度依次进样，以汞含量为横坐标，单位为ng，以吸光度值abs为纵坐标，绘制标准工作曲线。最后对步骤(2)检测所得工作曲线根据保留时间定性，根据吸光度值用外标法计算被测目标物的含量。优选的，所述的计算被测目标物的含量方法为：利用标准曲线，根据待测样品的吸光度值，求算样品中汞的含量。计算公式x＝c×1000/m(1)式中：x——试样中汞的含量，单位为毫克每千克，mg/kg；c——试样中汞的质量，ng；m——试样质量，g。以重复性条件下获得的两次独立测定结果的算术平均值表示，当结果大于等于1.0mg/kg时，保留三位有效数字；当结果小于1.0mg/kg时，保留两位有效数字。以下通过具体例子对本发明做进一步的阐述，但本发明并不限于此特定例子。以下采用dma-80测汞仪进行检测时，如无特别说明，测定参数为：干燥温度：100℃；干燥时间：60s；分解温度：650℃；分解时间：90s；开始温度250℃。1.1仪器dma-80测汞仪(意大利milestone)；电感耦合等离子体质谱仪(icp-ms)(perkinelmernexion350x)；氧气(纯度在99％以上)；马弗炉(上海浦东荣丰科学仪器有限公司)；石英舟；镍舟；玻璃容量瓶(25ml、10ml、50ml)；剪刀；镊子；1/1000电子天平bs423s(感量0.01mg和0.01g)(上海赛多利斯公司)；1/10000电子天平(上海赛多利斯公司)；离心管(2ml和10ml)；微波消解仪(美国marsxpress)；消解罐；dhg-9145a电热恒温鼓风干燥箱(上海一恒科技有限公司)；可调移液枪(100-1000ul、10-100ul、2-20ul)(gilson)；数控超声波清洗器(昆山超声仪器有限公司)。1.2化学试剂汞、金标准溶液(1000ug/ml，国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院)；65％硝酸(分析纯，郑州派尼化学试剂厂)；30％过氧化氢(分析纯，广州化学试剂厂)；乙醚(分析纯，广州化学试剂厂)；甲醇(fisher公司)；超纯水由milli-qelement超纯水处理器制备(密理博中国有限公司)。1.3溶液的配制hg标准溶液的配制：准确移取汞标准溶液(1000μg/ml)25μl于25ml玻璃容量瓶中，加入2％的硝酸以及10μg/ml的金元素，用去离子水(18.2mω·cm-1)定容，配置成1μg/ml的汞储备液，再用去离子水逐级稀释配制成2、5、10、20、30、50、100μg/l的汞系列标准溶液，并加入1％的硝酸溶液和200ng/ml的金元素，用去离子水定容至25ml。在设定的仪器工作条件下从低浓度到高浓度依次进样，以汞含量(ng)为横坐标，吸光度值abs为纵坐标，绘制标准工作曲线。1.4样品的前处理样本：收集头发样本，采自健康人，头发样本无烫发染发。用不锈钢剪刀剪取足量的头发，装其装入聚乙烯袋子中，在室温下保存以备检测。样品处理方法：将头发用去离子水清洗后，再用丙酮浸泡5-10min，目的是去除表面油脂，浸泡后，倒掉丙酮，等待头发样品自然风干后剪碎，称取0.0500g头发于镍舟上，平行测定三次。2.1干燥温度和分解温度的优化dma-80直接测汞仪是基于高温氧化分解-催化吸附除杂-汞齐化捕集-原子吸收测定于一体的汞直接分析仪器。高温分解过程是在氧气流的作用下，装在石英管或镍舟内的样品在分解炉中进干燥和高温热分解，产生气体。该过程的温度的控制直接影响了头发中汞含量检测的准确度，因此本申请对高温分解过程的干燥温度与分解温度进行了优化。2.1.1干燥温度的优化采用第1.4点准备的样品，调节干燥温度后进行检测。测定结果如图1。样品在经过干燥后除去水分而减少对汞测定的干扰。不同于含水量高的样品如土壤、食品等，头发的含水量低，故而干燥温度对头发中汞含量的检测影响不明显。然而考虑到由于汞的不稳定性，温度过高会造成汞的损失，其次，头发的主要成分是蛋白质，属于有机物，易燃，因此，不建议把干燥温度设置过大。从图1可以看出，在本实验条件范围内，50℃-100℃时头发中汞测定值最高，因此优选的，设置干燥温度的范围为50℃-100℃。2.1.2分解温度的优化采用第1.4点准备的样品，调节分解温度后进行检测。测定结果如图2。样品分解是直接测汞仪检测样品中汞含量的关键步骤，因此选择合适的分解温度与测量结果的准确性直接相关。从图2可以看出，分解温度低于400℃时，头发中的汞未能完全分解释放出来，导致测量结果偏低且检查结果不稳定。当分解温度大于400℃时，头发中的汞几乎完全分解释放出来，测量结果较高。仪器的最高可设置温度为750℃，考虑到对仪器的保护以及温度过高有可能造成汞的损失，不建议把温度设置过高。优选的，设置的分解温度范围为400℃-700℃。2.2样品前处理的优化2.2.1直接进样法直接进样法：将头发剪碎，称0.0500g的头发于镍舟上，直接进样分析，平行测定三次。测量结果见表1。2.2.2清洗法将头发用去离子水清洗后，再用丙酮浸泡5-10min，目的是去除表面油脂，浸泡后，倒掉丙酮，等待头发样品自然风干后剪碎，称取0.0500g头发于镍舟上，平行测定三次。检测结果见表1。2.2.3微波消解法一称取0.100g头发于消解罐中，加入3ml的65％硝酸(分析纯)，再加入0.5ml的过氧化氢(分析纯)，进行微波消解，样品平行制备三份。微波消解条件设置为：800w，150℃，升温5min，保持10min。消解后取出消解罐，静止30min，降温。将消解后的样品倒于10ml的容量瓶中，用去离水稀释定容，混匀。取100ul于石英舟中，分别连续测定三次和逐个加样测定三次。检测结果见表1。2.2.4微波消解法二称取0.100g头发于消解罐中，加入3ml的65％硝酸(分析纯)，再加入0.5ml的过氧化氢(分析纯)，进行微波消解，样品平行制备三份。微波消解条件设置为：800w，150℃，升温5min，保持10min。消解后取出消解罐，置于赶酸仪上，100℃，赶酸10h。将赶酸后的样品倒于10ml的容量瓶中用去离水稀释定容，混匀。取100ul于石英舟中，分别连续测定三次和逐个加样测定三次。检测结果见表1。2.2.5前处理方法的优化小结从表1可以看出，直接进样法、清洗后进样法的测定结果基本相同，微波消解法测定值偏低，主要的原因是hg挥发性大，微波消解的前处理过程中，高温会加速汞的蒸发，导致样品中hg损失。直接进样法、清洗后进样法连续进样检测的rsd较低，说明这两种前处理方法检测精密度较好。微波消解法，若连续进样，rsd偏高，测定值的精密度不佳；若逐个加样，即等仪器温度降低到起始温度以下，石英舟完全冷却后再分析下一个样品，平行检测三次，测定结果rsd较低。因此，对头发进行微波消解的前处理方式不适用于直接测汞仪。考虑到为了保证样本的清洗，所以优选清洗后直接进样法。表1前处理的优化前处理方法hg测定均值(mg/kg)rsd(％)直接进样法0.26±0.0010.36清洗后进样法0.22±0.0093.83微波消解法一(连续检测)0.17±0.19711.3微波消解法一(逐个加样)0.17±0.0010.53微波消解法二(连续检测)0.16±0.02616.1微波消解法二(逐个加样)0.18±0.0021.292.3取样量的优化将头发剪碎，称量不同的重量，置于镍舟，检测。根据实验结果显示，当取样量小于0.0500g时，头发中汞含量的检测结果不稳定；当取样量大于0.1000g时，测量结果数值较稳定，但取样量超过0.2000g时，镍舟已满。取样量太低无法满足仪器的检出限，会导致测量结果不稳定；取样量太大而超过样品舟容积会造成进样过程中样品的损失，因为在进样过程中，过量的头发会撒出样品舟，导致测量结果产生误差，其次由于头发易燃，过量的头发在高温氧化分解的过程可能使样品舟掉落到管道中，导致仪器的损坏。综合考虑下优选取样量的设置为0.0500-1.0000g。检测结果见图3。2.4dma-80直接测汞仪与电感耦合等离子体质谱仪的对比2.4.1样品的制备微波消解法三：称取0.1000g头发于消解罐中，加入3ml的65％硝酸(分析纯)，再加入0.5ml的过氧化氢(分析纯)，进行微波消解，样品平行制备三份。微波消解条件设置为：800w，150℃，升温5min，保持10min。消解后取出消解罐，静止30min，降温。将消解后的样品倒入50ml的容量瓶中，用去离水稀释定容，混匀。2.4.2icp-ms参数的设置icp-ms的参数设置见表2：表2icp-ms参数的设置2.4.3考察dma-80直接测汞仪连续进样和icp-ms检测的稳定性分别取2μg/l和100μg/l的hg标准溶液100μl于石英舟中，用直接测汞仪连续测定10次。此外，再分别取2μg/l和100μg/l标准溶液100μl于石英舟中，逐个加样，即等仪器温度降低到起始温度以下，石英舟完全冷却后再分析下一个样品，平行检测10次。同时，采用icp-ms进行比较研究，用2μg/l和100μg/l的hg标准溶液，平行检测10次。得到结果如图4a、图4b和表3、表4。使用dma-80直接测汞仪连续检测2μg/l和100μg/l的hg标准溶液时，rsd均偏高，说明使用直接测汞仪连续检测的测量结果非常不稳定，可能原因是hg在室温下即可蒸发，进样室的温度较高，加速hg的挥发，连续检测时，在进样室内待检测的样品中的汞会不同程度的挥发。尤其对于含汞量较低的稀溶液样品，连续检测会出现rsd偏高，测定值不稳定。当逐个加样检测2μg/l和100μg/l的hg标准溶液时，rsd均较低，检测结果稳定性较好，因此使用直接测汞仪检测含汞浓度比较低的稀溶液样品时，比如尿液，优选逐个加样检测。icp-ms连续测定2μg/l和100μg/l的hg标准溶液时，rsd均较低，说明使用icp-ms连续检测稳定性较高，但是测定均值均比使用dma-80直接测汞仪逐个进样检测的结果低。表3两种仪器检测2ug/lhg标准溶液的结果表4两种仪器100ug/lhg标准溶液的结果2.4.4对比例：dma-80直接测汞仪逐个进样和icp-ms检测微波消解后同一样品分别取100μl消解后的样品置于石英舟上，采用dma-80直接测汞仪，逐个加样，平行测定三次。同时采用icp-ms检测消解后的同一样品，平行测定三次。用直接进样法，直接测汞仪检测同一个人未消解的头发，平行测定三次。按前所述利用标准曲线，根据待测样品的吸光度值，求算样品中汞的含量，检测结果见表5。两种仪器检测值无明显差异，精密度均较好，说明dma-80直接测汞仪和icp-ms在检测消解后同一样品的结果无明显差别。但和未消解的头发，直接测汞仪检测的结果相比较，消解后的样品测定值均偏低，主要原因是微波消解的前处理过程中，高温会加速hg的挥法，造成样品中hg的不同程度损失。而且微波消解前处理操作繁琐，耗时耗力。因此对于检测头发中hg含量，使用直接测汞仪检测较icp-ms具有更大的优势。表5不同仪器测定头发中汞含量的对比2.5方法学验证2.5.1标准曲线取空白对照溶液100ul于石英舟中，再分别取2、5、10、20、30、50、100μg/l汞系列标准溶液100μl于石英舟中，在最优的检测条件下测定。以峰高(a)对汞的量(hg)做最小二乘回归分析，得到相应标准曲线为：a＝0.008+0.047hg+0.02hg2，r2＝0.9999，标准曲线的线性良好。检测结果见表6。2.5.2检出限以空舟为空白，重复测定(10次)，标准偏差s＝0.0002，3s＝0.0060，按3s/k(k为校准曲线斜率)得最低检出限为0.013ng。方法检出限为0.13μg/kg。检测结果见表6。表6线性范围、r2、回归方程、lod、mdl2.5.3仪器精密度取25ml容量瓶，加入250μl的汞标准溶液(1000μg/ml)，加入1％的硝酸(分析纯)和200ng/ml的金元素，用去离子水定容，混匀，配制成10μg/ml的hg储备液。取25ml容量瓶，加入50μl储备液，加入1％的硝酸(分析纯)和200ng/ml的金元素，用去离子水定容，混匀，配制成20μg/l的汞标准溶液。取100μl汞标准溶液(20μg/l)于石英舟中，逐个加样，平行测定7次，计算出rsd为1.37％，说明仪器精密度较好。2.5.4加标回收率及方法精密度称取头发样本0.0500g，分别在头发样品中加入低(2μg/l)、中(20μg/l)、高(50μg/l)3个不同浓度的汞标准溶液100μl，平行测定三次，计算出加标回收率与rsd。低浓度水平下，加标回收率为107％，rsd为0.42％；中等浓度水平下，加标回收率为102％，rsd为1.23％；高浓度水平下，加标回收率为100％，rsd为0.32％。回收率均在正常范围内，且rsd均小于5％，说明该方法的准确度高，精密度好。检测结果见表7。表7加标回收率试验当前第1页12