CN104820010B - 儿童手部污染物快速定性定量分析检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种儿童手部污染物快速定性定量分析检测方法，包括步骤：1)采样准备：采样人群为1至17岁阶段的儿童，按每段被采样的儿童跨越1‑3岁分为4‑6层；2)样品采集：用无尘采样布对采样人群双手进行擦拭，将擦拭后的采样布收入无尘袋中，低温冷藏保存；3)样品预处理：将样品采集后的无尘布充分干燥，恒温、恒湿条件下平衡后称量；每份采样样品进行两次消解过程：一次微波消解和一次电热板消解，4)检测分析：用ICP‑MS法分析步骤3)所得样品消解液。本发明提出的方法可以通过简单采集儿童手部皮肤表面尘物质，不会对儿童身体产生任何影响，采集方法简单易行，对采样儿童选择无要求，且对采集后样品的保存要求较低。

Description

儿童手部污染物快速定性定量分析检测方法

技术领域

本发明属于分析领域，具体涉及一种利用电感耦合等离子体质谱检测污染物的方法。

背景技术

由于儿童正处于特殊的生长发育阶段，与成人的生理构造和生活方式具有较大差异，这使得他们在相同生活环境下，对周围各类污染物质具有更高的敏感度和摄入量^[1-3]。

其中，环境中重金属物质属于难以降解且具有一定生物积累性的有毒有害污染物。随着我国城市化进程的发展，各种含有重金属元素的物质材料可谓是无处不在。一般来说，该类物质主要通过日常饮食、皮肤渗透、手口接触，和呼吸作用等途径进入人体^[4]。儿童往往由于其个人卫生习惯的尚未养成，在日常学习玩耍过程中手口接触频率较高，因此经手口接触过程摄入的重金属量不容小觑。目前我国对儿童手部污染物分析检测的相关报道较少，国外也只有少部分发达国家进行了有关儿童手部物质的系统研究工作，但由于国内外儿童生长生活方式的较大差异，直接借鉴国外研究成果用于我国儿童手部物质量的分析讨论并不严谨，因此十分有必要提出针对于我国儿童手部物质的定性定量的收集及检测分析方法。

国外学者曾通过采集儿童洗手水分析手部残留有机农药含量，以及通过擦拭法收集并分析儿童日常活动过程中手部尘量、有机物质及金属元素的残留^[5-7]。但对于我国儿童手部总含尘量及尘物质中各类物质的提取分析检测方法并没有实际的应用报道。

本文就针对儿童双手中土壤/尘的含量，分析其中重金属元素存在种类和含量，以后续研究探讨儿童手尘中重金属对其的健康威胁提供数据和理论支持。

本方法可以快速有效的对儿童手尘样品中全部手尘量和目标检测金属元素进行定性和定量检测，包括样品准备、样品采集、样品前处理、样品检测分析以及检测结果分析计算五个环节。

参考文献

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发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是提出一种儿童手部污染物快速定性定量分析检测方法。

实现本发明目的的技术方案为：

一种儿童手部污染物快速定性定量分析检测方法，包括步骤：

1)采样准备：采样人群为1至17岁阶段的儿童，按每段被采样的儿童跨越1-3岁分为4-6层；采样之前将无尘布在恒温、恒湿条件下平衡，用天平称量，记录采样前无尘布净重，再用超纯水湿润，得到无尘采样布；

2)样品采集：用无尘采样布对采样人群双手进行擦拭，擦拭面积包括：双手手掌、手背以及手指，将擦拭后的采样布折叠，再次收入无尘袋中，低温冷藏保存；同时记录采样对象的身高体重，用于计算儿童手部表面积。

3)样品预处理：将样品采集后的无尘布于45℃超净环境下进行充分干燥，并在恒温、恒湿条件下平衡后用天平进行称量，记录采样后无尘布全重；

每份采样样品进行两次消解过程：一次微波消解和一次电热板消解，再经赶酸处理后，之后须过滤，取澄清滤液，用超纯水定容，即为样品消解液，低温冷藏保存；

4)检测分析：用ICP-MS法分析步骤3)所得样品消解液。

采样对象儿童为年龄层在1至17岁阶段的人群，参考美国环保局儿童暴露参数调查的年龄分层，并结合我国儿童阶段性特点、儿童土壤摄入的行为方式，以及调查的便利性，进一步地，所述步骤1)中，采样人群分为3层：3-6岁(幼儿园)、7-9岁(小学)、12-17岁(中学)。

采样地点的选取可以最大限度的降低不同周边环境可能带来干扰因素的影响，提高所采集的儿童手尘样品中目标分析元素的有效性和针对性。进一步地，采样人群可分别位于城镇两地，随机选取相应年龄层儿童。

其中，所述步骤1)中，采样前将无尘布平衡的条件为：超净实验室内，恒温20±1℃，恒湿40±3％，进行48h的平衡；每张无尘布用3ml超纯水将无尘布充分润湿后分装于无尘袋中，编号登记，密封保存。步骤3)中取样后的无尘布的平衡条件和步骤1)一样。

步骤1)和步骤3)中，称量的天平为万分之一天平。

其中，所述步骤2)中，每位采样对象分别于一天中的上午9:30～10：30点和下午2:30～3:30点进行手尘样品采集，手尘净重即为两次手尘重均值。采样越多越好，取平均值；也可多日取样，结果更接近实际值。

其中，所述步骤3)的微波消解过程为：将每份无尘布样品置于消解管中，加入10ml纯HNO₃，静置30min，完成冷消化过程；向管中再加入5ml纯HNO₃，于微波消解反应器中进行微波消解反应，微波消解反应程序为：

其中，所述步骤3)的电热板消解过程为：向微波消解后的样品中加入10ml纯HNO₃，用电热板在150-300℃进行二次消解；待液体样品剩余不足5ml，加入15-25超纯水，150-300℃下加热至溶液体积为1-5mL，冷却；(消解后过滤掉无尘布的残渣)过滤取滤液，并用超纯水洗涤滤渣，定容至10-100ml，密封。

优选地，所述步骤3)中，电热板二次消解和加热的温度为200℃；电容的体积为20mL；定容后密封，于5℃下冷藏保存。

其中，所述步骤4)中，ICP-MS法使用的混合元素标准贮备液含有Ce、V、Y、Al，Ba，Ti，Mn中的一种或多种。所述元素为土壤中的特征元素，其他元素有干扰，不适于本方法。

进一步地，所述步骤4)还包括用Spss Statistics软件对计算所得儿童手尘净重和检测手尘中重金属元素浓度数值进行统计分析，比较不同年龄、不同性别、不同地域儿童手尘中重金属元素浓度差异，探求各组影响因子之间相关性。

其中，手尘净重计算公式为：

M₀＝M₁-M₂ (1)

手部皮肤表面积计算公式为：

BSA＝71.84×W^0.425×H^0.725

HA＝BSA×1.06％ (2)

手尘单位净重值计算公式为：

其中，M₁：采样后儿童手尘样品质量，g；M₂：采样前儿童手尘样品质量，g；M₀：儿童手尘净重，g；BSA：人体表面积Body surface area，cm²；W：儿童体重(Wight)，kg；H：儿童身高(High)，cm；HA：儿童手部表面积，cm²；M：儿童手尘单位面积净重，g/cm²。

理论手尘量计算：根据当地土壤背景元素含量统计值，及样本中三种元素实测含量值，计算儿童理论手尘量，见公式(4)。

TA：理论手尘量，mg；ECH：手尘中元素量，ng/mg；ECS：土壤中元素量，mg/kg。

本发明的有益效果在于：

1)本发明提出的方法可以通过简单采集儿童手部皮肤表面尘物质，不会对儿童身体产生任何影响，采集方法简单易行，对采样儿童选择无要求，且对采集后样品的保存要求较低。

2)该方法可以对采样材料进行快速消解，分析得到儿童单日手尘量及其中各物质含量情况，对样本量无硬性要求，适用于各类范围内儿童手尘的研究分析。

附图说明

图1a为单位面积手尘净重在地区和性别之间关系图。

图1b为单位面积手尘净重与年龄关系图。

图2为理论计算手尘量和实测单位面积手尘量对照图。

具体实施方式

以下以具体实施例来进一步说明本发明技术方案。本领域技术人员应当知晓，实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。

实施例中，如无特别说明，所用技术手段为本领域常规的技术手段。

实施例1：

采样地点位于湖北省，共120名受试儿童，按照城市(urban)的幼儿园(kindergarten)、小学(Primary school)、中学(Middle School)和农村(rural)的幼儿园(kindergarten)、小学(Primary school)、中学(Middle School)分组采样，每组20名儿童，处于同一个学校或幼儿园。满足采样地点之间，周边建筑设施、交通状况以及环境卫生情况等外部客观条件的基本一致。

第一步：采样准备

采样人群选择：将采样对象人群按年龄分为3层：2-6岁(幼儿园)、7-12岁(小学)、13-15岁(中学)。

采样前准备：采样前将每份无尘布进行48h平衡(超净实验室内，恒温20±1℃，恒湿40±3％)，并用万分之一天平称量，记录采样前无尘布净重。用3ml超纯水将无尘布充分润湿(保证无尘布含水量饱和且不滴水状态为佳)。分装无尘采样布与无尘布中，编号登记，密封保存。

第二步：样品采集

用已湿润的无尘采样布对儿童双手进行擦拭，擦拭面积包括：双手手掌、手背以及手指，擦拭力度均匀且恒定。将擦拭后的采样布折叠，再次收入无尘袋中，低温冷藏保存。同时记录采样对象儿童身高体重，用于计算儿童手部表面积。每位采样对象分别于一天中的上午10点和下午3点左右进行手尘样品采集。

第三步：样品预处理

将采集后的无尘布于45℃超净环境下进行充分干燥，并平衡48h(恒温20±1℃，恒湿40±3％)，用万分之一天平进行称量，记录采样后无尘布全重。

每份采样样品进行两次消解过程：一次微波消解和一次电热板消解，再经赶酸处理后，用超纯水定容，最后低温冷藏保存。具体消解过程如下：将每份样品置于消解管中，加入10ml纯HNO₃，静置30min，完成冷消化过程；向管中再加入5ml纯HNO₃，于微波消解反应器中进行微波消解反应，微波反应程序见表1；

表1 微波消解程序

Produce	Power/w	Heating time/min	Temperature/℃	Holding time/min
					1	400	5	120	10
2	800	10	160	15
					3	800	5	180	20

微波消解反应完成后，冷却至室温，向管中加入10ml纯HNO₃，充分震荡，将管中液体转移至聚氟乙烯试管内，于电热板200℃进行二次消解；待赶酸管中液体剩余不足5ml，加入约20ml超纯水，200℃下进行赶酸；直至溶液蒸发近干，将赶酸管移出电热板，冷却；过滤取滤液，并用超纯水洗涤赶酸管和滤渣数次，在聚乙烯试管中定容至20ml，密封；于5℃下冷藏保存，待检测。

同时，以相同平衡称量方法另取7份空白无尘布作为空白组，进行相同消解处理；制备Ce、V、Y混合元素标准贮备液(1μg/ml)，以相同润湿、干燥、平衡和消解等步骤，完成7份对照样品。

第四步：样品检测分析

采用ICP-MS方法进行样品消解液的元素检测分析。

分别采用Spss Statistics软件对计算所得儿童手尘净重和检测手尘中重金属元素浓度数值进行统计分析，比较不同年龄、不同性别、不同地域儿童手尘中重金属元素浓度差异，探求各组

影响因子之间相关性。所有平均值分别以算术平均值和/或几何平均值表示，结果见图1和图2。其中图1a为单位面积手尘净重在两地，两性之间关系图(横坐标分别为武汉男生女生、五峰男生女生图1b为单位面积手尘净重在年龄之间趋势图(横坐标分别为幼儿园、小学、中学)；图2为理论计算手尘量与实测单位手面积手尘量在年龄之间趋势图(横坐标分别为幼儿园、小学、中学)。

第五步：结果计算

儿童手尘单位净重计算：将采样完成前，后的儿童手尘样品于超净环境下，在万分之一天平上进行精准称量，按下式(1)计算得到儿童手尘净重。

其中，手尘净重计算公式为：

M₀＝M₁-M₂ (1)

手部皮肤表面积计算公式为：

BSA＝71.84×W^0.425×H^0.725

HA＝BSA×1.06％ (2)

手尘单位净重值计算公式为：

其中，M₁：采样后儿童手尘样品质量，g；M₂：采样前儿童手尘样品质量，g；M₀：儿童手尘净重，g；BSA：人体表面积Body surface area，cm²；W：儿童体重(Wight)，kg；H：儿童身高(High)，cm；HA：儿童手部表面积，cm²；M：儿童单位手面积手尘净重，g/cm²。

理论手尘量计算：根据湖北省土壤背景元素含量统计值，及样本中三种元素实测含量值，计算儿童理论手尘量，见公式(4)。

TA：理论手尘量，mg；ECH：手尘中元素量，ng/mg；ECS：土壤中元素量，mg/kg。(Total表示全湖北省儿童手尘量)。式(4)计算结果示于图2。

表2湖北元素检测值(ICP-MS)

从图1a可以得知，湖北省城镇儿童手尘含量略有不同，但均值之间比较并无显著性差异，且男孩和女孩之间的手尘净含量差异性也并不显著。但随着年龄的增长，城市儿童手尘净含量起伏波动不大，而乡镇儿童手尘净含量呈现显著抛物线趋势(图1b)，这与当时采样前儿童活动情况及不同年龄段儿童个人卫生意识、抚养人及老师监管力度有关。

对儿童手尘中三种金属元素进行提取检测分析，根据所得各元素值(表1)公式推算儿童理论手尘量值，并与实测手尘净重进行比较分析(图2)。可知，两组数据具有线性相关性，也即可以采用实测值的变化趋势代表理论手尘量。有效的简化了获取儿童手部物质含量的繁杂步骤。

以上的实施例仅仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种儿童手部污染物快速定性定量分析检测方法，其特征在于，包括步骤：

1)采样准备：采样人群为1至17岁阶段的儿童，采样人群分为3层：3-6岁、7-9岁、12-17岁；采样之前将无尘布在恒温、恒湿条件下平衡，用天平称量，记录采样前无尘布净重，再用超纯水湿润，得到无尘采样布；

2)样品采集：用无尘采样布对采样人群双手进行擦拭，擦拭面积包括：双手手掌、手背以及手指，将擦拭后的采样布折叠，再次收入无尘袋中，低温冷藏保存；同时记录采样对象的身高体重；

3)样品预处理：将样品采集后的无尘布于45℃超净环境下进行充分干燥，并在恒温、恒湿条件下平衡后用天平进行称量，记录采样后无尘布全重；

每份采样样品进行两次消解过程：一次微波消解和一次电热板消解，再经赶酸处理后过滤，取澄清滤液，用超纯水定容，即为样品消解液，低温冷藏保存；其中的微波消解过程为：将每份无尘布样品置于消解管中，加入10ml纯HNO₃，静置30min，完成冷消化过程；向管中再加入5ml纯HNO₃，于微波消解反应器中进行微波消解反应，微波消解反应程序为：

功率/w 升温时间/min 温度/℃ 保温时间/min

第一段 400 4-6 115-122 10-12

第二段 800 10-12 150-165 10-20

第三段 800 4-6 175-185 18-22

4)检测分析：用ICP-MS法分析步骤3)所得样品消解液，ICP-MS法使用的混合元素标准贮备液含有Ce、V和Y，

计算实测及理论的儿童手尘量：实测及理论手尘净重计算公式为：

M₀＝M₁-M₂ (1)

手部皮肤表面积计算公式为：

BSA＝71.84×W^0.425×H^0.725

HA＝BSA×1.06％ (2)

手尘单位净重值计算公式为：

$M=\frac{M_0}{HA}---\left(3\right)$

其中，M₁：采样后儿童手尘样品质量，g；M₂：采样前儿童手尘样品质量，g；M₀：儿童手尘净重，g；BSA：人体表面积，cm²；W：儿童体重，kg；H：儿童身高，cm；HA：儿童手部表面积，cm²；M：儿童手尘单位面积净重，g/cm²；

理论手尘量计算：根据当地土壤背景元素含量统计值，及样本中三种元素实测含量值，计算儿童理论手尘量，见公式(4)：

$TA=\frac{ECH}{ECS}---\left(4\right)$

TA：理论手尘量，mg；ECH：手尘中元素量，ng/mg；ECS：土壤中元素量，mg/kg；

用Spss Statistics软件对计算所得儿童理论手尘净重和实测手尘中重金属元素浓度数值进行统计分析，比较不同年龄、不同性别、不同地域儿童手尘中重金属元素浓度差异。

2.根据权利要求1所述的分析检测方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤3)中，无尘布平衡的条件为：超净实验室内，恒温20±1℃，恒湿40±3％，进行48h平衡，用万分之一天平称重；采样前每张无尘布用3mL超纯水将无尘布润湿后分装于无尘袋中，密封保存。

3.根据权利要求1所述的分析检测方法，其特征在于，所述步骤3)的电热板消解过程为：向微波消解后的样品中加入10mL纯HNO₃，用电热板在150-300℃进行二次消解；待液体样品剩余不足5mL，加入15-25mL超纯水，150-300℃下加热至溶液体积为1-5mL，冷却；过滤取滤液，并用超纯水洗涤滤渣，定容至10-100mL，密封。

4.根据权利要求3所述的分析检测方法，其特征在于，所述步骤3)中，电热板二次消解和加热的温度为200℃；定容的体积为20mL；定容后密封，于5℃下冷藏保存。