原子吸收检测儿童青少年头发微量元素锌分析

2019年12月02日 标签:

一、概述

锌是人体不可缺少的微量元素,人体内缺锌会引起嗜眠症和延缓智力发育,头发中锌含量反映了人体健康状况。微量元素的多少可以反映人体的健康状况,人发中的金属元素含量与人群的遗传和生活条件因素有关。正常人体内锌含量为1.4-2.5g,分布于人体各组织器官中,其中头发中锌的含量为125-250 ug/g。锌是人体必需的微量元素,在人体内具有重要功能, 对机体生长发育、创伤愈合、免疫预防具有重要的作用[1]。缺锌可使人体生理功能异常,导致生长发育缓[2]。目前,人发已作为一种理想的活体组织检查材料,其中的锌含量标志着人体微量元素锌含量是否正常。因此,分析人发中锌含量具有一定意义。

本文建立了原子吸收检测儿童青少年头发微量元素锌分析方法,头发样品经过用消化法处理成溶液后,直接将消解液喷入空气-乙炔火焰中进行锌离子的测定。结果表明,原子吸收检测儿童青少年头发微量元素锌分析操作简单,实验结果准确。值得推荐使用。

二、原子吸收检测儿童青少年头发微量元素锌分析时用的仪器与试剂

1、试剂准备

1000μg·mL-1锌标准溶液:准确称取0.1688g醋酸锌于250mL烧杯中,用1%的稀硝酸使其溶解后,冷却几分钟,移入50mL容量瓶中,用去离子水稀释至刻度,摇匀,备用。

浓硝酸、过氧化氢,均为分析纯,1%的稀硝酸。

2、仪器准备

4520A全自动火焰/石墨炉原子吸收分光光度计(南京科捷分析仪器有限公司),乙炔钢瓶、无油空压缩机或空气钢瓶,聚乙烯试剂瓶(500 mL),烘箱,可调温电加热板(湿灰化法),烧杯(250 mL),容量瓶(50 mL,500 mL),吸量管(5 mL),锥形瓶3个(100 mL),漏斗3个。

三、 原子吸收检测儿童青少年头发微量元素锌分析实验步骤

1、发样采集

用不锈钢剪刀取距发根1~3 cm处的发样约0.5g,于烧杯中用中性洗涤剂浸泡2 min,然后用自来水冲洗至无泡,这个过程一般须重复2~3次,以保证洗去头发样品上的污垢和油腻。最后,发样用去离子水冲洗三次,晾干,置烘箱中于110℃干燥至恒重(约1 h),干燥完毕将头发样品剪碎至1 cm左右。

2、发样的消化处理

分别准确称取上述处理过的发样0g、0.2393g(样品一)和0.2435g(样品二)于3个100mL锥形瓶中。分别先加入4 mL浓HNO3,稍冷后缓慢滴加2 mL 30% H2O2。盖上短颈漏斗,待溶液反应稳定后置于电热板上加热消解,加热温度控制在中档,消解至溶液澄净透明。若消解后呈深棕色,应再加少许H2O2,继续加热使之变浅,最后细心蒸至冒白烟溶液剩余1~2 mL(不可蒸干)。取下冷却后,加入10mL水微沸数分钟再至干,放冷,反复处理两次后用1%的稀硝酸将其移入50mL容量瓶中,稀释至刻度摇匀。用20mL移液管移取20mL上述溶液于50mL容量瓶中,加去离子水至刻度线摇匀。

3、标准系列溶液的配制

用1mL移液管准确移取1mL 1000ug·ml-1锌标准溶液于100mL容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀,此溶液锌的浓度为10μg/ml。在6个50 mL容量瓶中加入上述10.0 μg/mL Zn2+标准溶液0 mL,1.0 mL,2.0 mL,4.0mL,5.0 mL,加入浓HNO3 2滴,用去离子水稀释至刻度,摇匀。系列锌标准溶液浓度为0.000 μg/mL,0.200 μg/mL,0.400 μg/mL,0.800 μg/mL,1.000 μg/mL。

4、最佳工作条件的选择与设定

1)分析线的选择

选择锌原子的共振线 213.9 nm作为分析线,因在 213.9 nm波长下没有邻近线的干扰。

2)燃料与助燃料流量比的选择

由实验结果得出,当空气流量固定为 5. 5L/ min ,乙炔流量为1. 2L/ min时可显示较好的灵敏度。即空气∶ 乙炔 = 4. 5∶ 1 为最好。

3)灯电流的选择

由实验测得灯电流为8 mA时灵敏度最佳。

4)其他条件的选择

光谱通带:选择 0. 7nm - 1. 4nm为宜。燃烧器高度:应选择在分析中有最大吸收时的高度与位置。

根据所查阅文献资料,按照表1设置仪器工作条件:

表1.仪器工作条件

波长

(nm)

狭缝

(nm)

灯电流

(mA)

乙炔流量(L/min)

空气流量

(L/min)

燃烧器高度

(mm)

213.9

0.2

8

0.5

5.5

5

安装Zn空心阴极灯,用蒸馏水调节仪器的吸光度为0。

四、原子吸收检测儿童青少年头发微量元素锌分析试液的测定

在上述所设定的实验条件下,按由稀到浓的次序测定标准系列溶液吸光度,并记录,并绘制标准曲线。在和锌标准溶液的相同测定条件下,测定发样的试样溶液的吸光度,计算头发中的锌含量。

五、原子吸收检测儿童青少年头发微量元素锌分析结果计算

1、测定标准溶液,绘制标准曲线

表2. Zn2+的浓度对应吸光度数据表

样品编号

Abs

浓度(ug/mL)

SD

RSD(%)

标准溶液Zn1

0.012

0.000

0.0008

3.8518

标准溶液Zn2

0.064

0.200

0.0008

1.2386

标准溶液Zn3

0.124

0.400

0.0017

1.3916

标准溶液Zn4

0.268

0.800

0.0031

1.1596

标准溶液Zn5

0.332

1.000

0.0018

0.543

由图1可知Zn2+标准曲线的方程为 A=0.3267 c + 0.0032。其中,c是Zn2+浓度,单位为μg/mL;A为吸光度。线性相关系数 R=0.99856。

2、头发中锌含量的计算

实验测定空白试液、样品一和样品二的吸光度如表3:

表3. 试样溶液Zn2+的浓度对应吸光度数据表


头发质量(g)

Abs

浓度(μg/mL)

空白

0.000

0.040

0.114

发样1

0.2393

0.302

0.916

发样2

0.2435

0.234

0.707








实验测定样品一和样品二的吸光度扣除背景吸收后,吸光度分别为0.262和0.194,将其带入Zn2+标准曲线方程,可得试样溶液中Zn2+的浓度c,c1 =0.802μg/mL  c2 =0.593μg/mL。

再按式(1)计算出发样中锌的含量:

                     ω( Zn) = 原子吸收锌含量公式                   (1)

式中:ω( Zn)为发样中锌的质量百分数 (μg/ g);c为有标准曲线查得消化液中的锌浓度 (μg/ mL); V为发样消化液定容体积 (mL);m为发样质量 ( g) 。

发样1中锌含量ω( Zn)1 = 原子吸收锌含量计算公式

发样2中锌含量ω( Zn)2 = 原子吸收锌含量计算公式

因此,头发中锌的平均含量ω( Zn) = 原子吸收锌含量计算公式

3、分析

参考国内不同年龄段发样测定见表4,本次实验测定结果361.67μg/ g高于文献值中的青年组含量。

 表4.文献各人群发样锌含量

原子吸收锌含量计算表

造成这种情况可能有多钟原因:

饮食结构的习惯可能影响头发中Zn的含量,比如现在的人普遍每天都饮用牛奶,而牛奶中就含有丰富的Zn,过多的Zn摄入量可能通过头发的生长排出身体。取发样者饮食结构的改变,生活中偏向摄取富锌的食品如肉类、蛋类、牡蛎、蟹、花生、杏仁和土豆等,使得体内锌的含量偏高。其次该同学的生活环境对头发中锌的含量也有影响。

本次试样发样采集于大学生,主要从事脑力劳动,可能头发中的Zn含量会高于正常人,即脑力劳动强度的大小可以通过头发中Zn含量反映出来。

本次实验样品处理经过了110℃的高温烘干,可能会造成头发中部分有机物分解,即烘干前后样品质量产生较大差异,使得非挥发性的Zn含量升高。

本实验中,发样1锌含量为418.93μg/ g,发样2锌含量为304.41μg/ g。由于此次实验中操作规范化,且观察该发样学生的头发发现该头发发梢有分叉等营养不良现象,根部则没有。所以,造成发样2锌含量比发样1小的原因可能为发样1中大部分为发根处头发,锌含量较高,发样2中大部分头发为发尾处头发,锌含量相对较低。故在进行平行实验时,应取距发根相同距离处头发进行定量分析,以减少误差。

六、原子吸收检测儿童青少年头发微量元素锌分析结论

吸光度测量的相对误差应该考虑背景校正。如标准溶液的酸度和未知液的酸度并不严格相等,会造成吸光度A有一定的差别。此次实验通过空白试液扣除背景吸收的方法进行背景校正。并通过两次测量锌含量的实验方法,计算平均值。对于本次实验可以采取多次平行测定制作锌标准工作曲线。

本次实验只是简单的测定了发样中的锌含量,我们还可以拓展出其它与此相关的研究。比如,我们可以研究不同年龄段人的头发中锌含量变化,或者头发中锌含量和饮食结构的联系等,故本次实验具有好的实践意义和价值。分析结果表明,本原子吸收检测儿童青少年头发微量元素锌分析方法操作简单,实验结果准确。具有一定的使用价值。