CN1546994A - 与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法，特征为包括以下步骤：选择需要监测的发样；对发样进行消解；用火焰原子吸收光谱法测定发样中的Ca、Mg、Cu、Pb、Fe、Zn、Cd、Mn、Ni、Se这十种宏量与微量元素。对Cd、Mn、Ni这三种微量元素使用高压密闭微波来消解样品，对Se微量元素采用微波消解方法，我们采用流动注入氢化物发生法，从而提高了Se元素的原子吸收光谱测定灵敏度；通过气动元件实现的Se的吸收信号为平台吸收曲线，大大提高了读数的稳定性。我们的这些测量方法已达到可在临床中使用的水平。通过检测航空人员发样中微量元素含量及其变化来预警航空人员生理、心理、健康状况。

Description

与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法

                                   技术领域

本发明属于化学分析技术领域，特别涉及与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法。

                                   背景技术

由于内源和外源性因素的影响，人体内自由基水平可能出现产生与消除的失衡状态，因而造成自由基在体内大量堆积。现代医学研究认为，心脑血管疾病、癌肿、衰老、先天性畸形以及克山病等的发生与发展均与体内自由基过多有关。人体内外源性自由基主要由来自宇宙各类射线和药物等所导致。活性氧自由基可以由辐射能转移至氧分子或由氧分子分级还原而形成；在第一个过程中，氧分子吸收能量并使其激发至激发态，而在第二个过程中可以形成各种自由基。

航空人员由于长期受高空飞行时的噪声、各类射线的辐照，以及高空气候，缺氧等环境因素的影响，易导致身体内分泌失调，使体内微量元素平衡状态发生变化。微量元素的作用是参与体内自由基的产生与消除过程。许多研究证实，微量元素锌、铁、锰、硒等有消除和裂解自由基的作用。现代医学研究证实，心脑血管疾病、肿瘤、衰老等与体内微量元素失衡有重要关系。微量元素的分析测定已逐渐应用于各类疾病的诊断与营养评价。

德国一项研究指出，航空服务人员累积受到的辐射的影响及承受的辐射量几乎是核电厂工作人员的五倍。

意大利的一项调查报告指出，飞行员承受大量的辐射可能致癌。

芬兰的医学专家们针对1500多名空勤人员所做的检查显示，女航空服务员患乳腺癌的几率比一般同年龄的妇女高出一倍。

美、英和加拿大的医学调查也显示，航空人员患皮肤癌和脑瘤的比例偏高。我们初步的测量结果表明，定期测定航空人员头发中Ca、Mg、Cu、Pb、Fe、Zn、Cd、Mn、Ni、Se这十种宏量与微量元素含量及其变化，可以对以航空人员生理与心理状态及其健康状况的早期变化做出予警，以便及时防治，保障航空人员的健康与飞行安全。

                                     发明内容

为航空人员及空乘人员提供快速、准确方便的健康检查方法，是我们目前需要解决的问题。因此我们发明了与航空人员及空乘人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法。

本发明包括以下步骤：

(1)选择需要监测的发样；

(2)对发样进行消解；

(3)用火焰原子吸收光谱法测定发样中的Ca、Mg、Cu、Pb、Fe、Zn、Cd、Mn、Ni、Se这十种宏量与微量元素。

在人发内的Ca、Mg、Cu、Pb、Fe、Zn、Cd、Mn、Ni、Se这十种宏量与微量元素中，可用火焰原子吸收光谱法来直接测定Ca、Mg、Cu、Pb、Fe、Zn这六种元素的含量。

对于人发中的Cd、Mn、Ni这三种微量元素，由于其含量极低，一般在零点几至几个μg/g范围内，所以我们采用了高压密闭微波来消解样品，从而保证了测量结果稳定，可靠而且快捷、简便。

人发中Cd、Mn、Ni三种微量元素含量极低，一般在零点几至几个μg/g内。用空气一乙炔火焰原子吸收测定人发中Cd、Mn、Ni三个元素，取样量至少需要1g，才能满足仪器灵敏度要求。1g人发样品采用常规的常压加热消解方式，需消耗HNO₃∶HClO₄＝4∶1混合氧化剂25ml，在电热板上250℃以下加热4小时以上，才能消解完全。消解时间长，劳动强度大。在消解过程中，由于剧烈反应而出现氧化剂炸溅，导致样品损失，交叉污染等现象发生，使测定质量不能保证。因此，本方法的技术关键是解决样品消解问题，从而保证测定结果稳定可靠。我们引进了WR-1E微波消解系统，采用高压密闭微波消解样品。避免了常压开口加热消解的诸多不利因素，并且节约试剂50％，节省时间60％以上，使消解顺利完成。为此，把样品置高压密闭消解罐中，在纯硝酸环境下经微波加热处理。消解罐中由于化学反应而使压力升高，在高压下溶液沸点提高，从而使消解速度加快。取出消解内罐，将消解液转入烧杯中，置电热板上，加2mlHClO₄继续消解并赶酸，至溶液变无色、透明、无沉淀，说明消解完全。赶尽高氯酸，稀释、定容，制备成测定溶液，按选定条件上机测定

对于人发中的微量元素Se，我们采用了流动注入氢化物发生器与原子吸收分光光度计配合，以获得Se的吸收信号为平台吸收曲线，这比常用的用吸收峰获得的数据更稳定可靠而且快捷简便。

对人发中Se的测定，常规的原子吸收光谱分析，不能满足灵敏度为0.01μg/ml的测定要求。因为它的最佳分析线处于近紫外区(＜230nm)，在常规火焰中原子化，将产生严重的背景吸收，使信噪比严重降低；采用石墨炉无火焰原子吸收技术测定，基体干扰和灰化损失亦比较严重。为此，我们采用流动注入氢化物发生法，使水相溶液中的Se离子与KBH₄+H₂O+HCl反应体系反应，生成Se的氢化物(H₂Se)，再导入电热石英管炉原子化器，实现Se的原子化，从而进行Se的原子吸收光谱测定。本测定方法的特点是采用流动注入法使硒的氢化物生成，提高了硒的原子化效率，从而提高了Se元素的原子吸收光谱测定灵敏度。另一个特点是通过气动元件实现的Se的吸收信号为平台吸收曲线，大大提高了读数的稳定性，使测定结果重复性好，稳定可靠，而且简便快捷，可实现临床微量元素Se的快速检测。

我们的这些测量方法已达到可在临床中使用的水平。通过检测航空人员发样中微量元素含量及其变化来予警航空人员生理、心理、健康状况。

                                具体实施方式

在某航空公司，有二十五名飞行员志愿作发样中Ca、Mg、Cu、Pb、Fe、Zn、Cd、Mn、Ni、Se这十种宏量与微量元素的检测。平均每人已作了二至三次检测。这二十五位飞行员的年龄在34-50岁之间。每年飞行时间达200小时以上。每位飞行员的总飞行时间均超过10000小时。除个别飞行员有吸烟习惯之外，均无不良嗜好。每次所取的发样接近头发的根部，重量在1g左右。

将发样用不锈钢剪刀剪成约1cm左右的小段放入编好号的100ml烧杯中加2％洗涤液浸泡二小时以上，逐个清洗去掉样品表面的污染物，用自来水冲洗至无泡沫，再用去离子水冲洗三次，控干水分用滤纸包好装入纸袋，于电热干燥箱中80℃烘干，取出备用。

在人发内的Ca、Mg、Cu、Pb、Fe、Zn、Cd、Mn、Ni、Se这十种宏量与微量元素中，可用火焰原子吸收光谱法来直接测定Ca、Mg、Cu、Pb、Fe、Zn这六种宏量与微量元素的含量。人发样品是生物有机样品，我们用火焰原子吸收光谱法测定人发中Ca、Mg、Cu、Pb、Fe、Zn等元素时，采用硝酸∶高氯酸＝4∶1消解系统，电热板加热常压消解大约2小时，样品呈湿盐态。以去离子水稀释定容，溶液无色、透明，分别上机测定以上各元素。消解温度不得超过250度。消解完全后要赶尽高氯酸。测定Ca、Mg时，用0.1％SrCl₂水溶液定容后，以消除共存物的干扰。对各元素的仪器测定条件要仔细选优，确定最佳工作状态，做吸光度—浓度曲线确定样品中上述六种元素的含量。定期测定飞行员头发中的这十总元素的含量变化，可以对航空人员生理与心理状态的变化做出予警。

具体测量方法如下：

1.准确称取备用发样0.250g，干净化处理过的100ml烧杯中，加入HNO₃∶HCIO₄＝4∶1混合溶液5ml，盖上表面皿，静置半小时后，在电热板上缓慢加热消解大约90分钟至烧杯中溶液由棕红色逐渐变为无色并开始冒白烟时取下，冷却，用去离子水冲洗表面皿及烧杯壁，重置电热板上加热，至第二次冒白烟取下冷却，至白烟冒尽，烧杯内溶液成湿盐态。用去离子水冲洗烧杯壁并将试液转移至净化处理过的10ml比色管中，以去离子水定容，摇匀，此溶液直接上机测定Cu、Fe、Pb。

2.分取以上溶液1ml转入另一净化处理过的10ml比色管中，以1g/L SeCl₂水溶液定容，摇匀，此溶液用于测定Ca、Mg、Zn。

对于Cd、Mn、Ni这三种微量元素，我们把样品置高压密闭消解罐中，在纯硝酸环境下经微波加热处理。消解罐中由于化学反应而使压力升高，在高压下溶液沸点提高，从而使消解速度加快。取出消解内罐，将消解液转入烧杯中，置电热板上，加2mlHCIO₄继续消解并赶酸，至溶液变无色、透明、无沉淀，说明消解完全。赶尽高氯酸，稀释、定容，制备成测定溶液，按选定条件上机测定们引进了WR-1E微波消解系统，采用高压密闭微波消解样品。避免了常压开口加热消解的诸多不利因素，并且节约试剂50％，节省时间60％以上，使消解顺利完成。

准确称取备用发样1g放入消解罐中，用少许去离子水浸润、加浓硝酸10ml，静置1小时以上。用玻璃棒稍搅动使发样全部被溶剂浸透。盖上内盖旋紧外盖，加防爆膜一片，拧紧压力密封嘴，放入微波消解炉中，接好控压系统，关闭炉门，选择功率80％，定时方式NT，时间12分钟，到时间后，冷却10分钟，取出消解罐，在通风橱内慢慢逆时针方向拧松压力密封嘴缓慢释放压力后，打开外盖取出内罐将消解液转入将消解液转移至净化处理过的100ml烧杯中，加2mlHClO₄，置电热板上加热消解并赶酸，至烧杯中冒白烟，杯中溶液剩至大约1ml时取下稍凉，用去离子水冲洗烧杯壁并将溶液转入净化处理过的10ml比色管中定容，溶液无色或淡黄色，透明，无沉淀，说明消解完全。用此溶液按选定条件上机测定Cd、Mn、Ni元素。

对人发中Se的测定，我们采用流动注入氢化物发生法，使水相溶液中的Se离子与KBH₄+H₂O+HCl反应体系反应，生成Se的氢化物(H₂Se)，再导入电热石英管炉原子化器，实现Se的原子化，从而进行Se的原子吸收光谱测定。本测定方法的特点是采用流动注入法使硒的氢化物生成，提高了硒的原子化效率，从而提高了Se元素的原子吸收光谱测定灵敏度。另一个特点是通过气动元件实现的Se的吸收信号为平台吸收曲线，大大提高了读数的稳定性，使测定结果重复性好，稳定可靠，而且简便快捷，可实现临床微量元素Se的快速检测。

为防止电热板上常压开口加热消解Se的损失，采用微波消解技术消解试样。准确称取备用发样0.250g，放入消解内罐中，加1∶1硝酸5ml，放入防爆膜，拧紧压力密封嘴，接好控压系统，在微波消解炉中加热加压密闭消解10分钟，冷却后取出。将消解液转移至净化处理过的100ml烧杯中，加1mlHClO₄，置电热板上加热至200℃，继续消解并赶酸，至冒白烟时取下，待白烟冒尽时，用20％HCl溶液将烧杯中样品转移至10ml比色管中定容，摇匀，溶液微黄色，透明，无沉淀，此溶液直接用于上机测定微量Se。

表1：十种元素在标准系列浓度下的吸光值

Ca	浓度        0      0.5    1.0    2.0    3.0     4.0μg/ml
		吸光值(任意单位)  0.00   0.08   0.15   0.28   0.42    0.54
	Mg		浓度        0      0.1    0,2    0.4    0.6     0.8μg/ml
吸光值(任意单位)  0.01  0.09    0.18   0.35   0.50    0.60
		Zn	浓度        0     0.1     0,2    0.4    0.6     0.8μg/ml
吸光值(任意单位)  0.00  0.08    0.15   0.29   0.46   0.60
	Cu		浓度        0     0.1     0.2    0.4    0.6    0.8μg/ml
吸光值(任意单位)  0.00  0.06    0.13   0.26   0.39   0.50
		Pb	浓度        0     0.2     0.4    0.8    1.2    1.6μg/ml
吸光值(任意单位)  0.00  0.05    0.10   0.19   0.28   0.38
	Fe		浓度        0     0,5     1.0    2.0    3.0    4.0μg/ml
吸光值(任意单位)  0.00  0.07    0.15   0.30   0.44   0.59
		Cd	浓度        0     0.05    0.1    0.2    0.3    0.4μg/ml
吸光值(任意单位)  0.00  0.05    0.13   0.29   0.44   0.60
	Mn		浓度        0     0.1     0.2    0.4    0.6    0.8μg/ml
吸光值(任意单位)  0.00  0.08    0.17   0.35   0.54   0.68
		Ni	浓度        0     0.1     0.2    0.4    0.6    0.8μg/ml
吸光值(任意单位)  0.00  0.02    0.07   0.18   0.30   0.41

Se	浓度        0     5     10    20    30    40μg/ml
		吸光值(任意单位)  0.00  0.07  0.15  0.30  0.45  0.59

待测发样中这十种元素含量的计算：

利用所建立的标准曲线及公式(1)即可获得待测发样中的这十种元素的含量C(μg/g).它是

C＝C`*V/W

式中C`表示由标准曲线查得的浓度值，V是待测样品的溶液体积(ml)，W是取样重量(g)。对二十五位飞行员的发样检测结果表明，只有一位飞行员的Cu/Zn比值比推荐值要高三倍或三倍以上，三次测量结果均有此异常。另有一位飞行员的Cd含量比推荐值高三倍以上，两次测量结果均有此异常。

微量元素含量可直接或间接影响人体的生理功能。人体中的微量元素Cu是构成细胞色素酶及细胞色素氧化酶等多种酶的重要物质，也是合成人体30多种酶的原料。它对合成弹性蛋白也起一定作用。Cu过量时有害健康。临床检测的统计结果表明，Cu增高可能会引起甲状腺机能亢进，甚至恶性肿瘤等疾病，人体中微量元素Zn参予核酸、蛋白质、糖与脂肪的代谢，是生长、发育，尤其是脑发育不可缺少的微量元素。Zn的缺乏会使谷氨酸类递质效应降低，引起谷氨酸类神经元活性下降，从而影响自由基清除功能。Zn的降低常见于酒精中毒性肝硬变、肺癌、心肌梗塞、慢性感染、胃肠吸收障碍、肾病综合症及部分慢性肾功能衰竭患者Zn的异常增高则常见于工业污染引起的急性Zn中毒。实验证明，Cu、Zn代谢失衡有引起脑心血管病与癌瘤的危险。国内外的很多研究都证实，多种癌瘤患者(包括头颈部肿瘤)及心血管病患者(特别是心血管病急性发作)都会使Cu含量升高Zn含量降低，导致Cu/Zn比异常升高，所以检测飞行员头发中微量元素Cu/Zn比的异常变化可为飞行员的保健、防病及早期诊断提供重要的参考数据。

我们初步测量的结果表明，3号飞行员发样中的Cu/Zn比值比正常值高出三倍以上，三次测量结果均有此异常，该飞行员常有头疼症状，已引起我们的高度重视。Cd是有毒的微量金属元素，它是最容易引起人体衰老的有害元素。在化肥中常含有过量的Cd。过量的Cd会导致人体的血压异常。16号飞行发样中的Cd含量比正常值高出三倍或三倍以上，两次测量均有此异常，该飞行员有轻度高血压症状。

Claims (9)

1.一种与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法，特征为包括以下步骤：

(1)选择需要监测的发样；

(2)对发样进行消解；

(3)用火焰原子吸收光谱法测定发样中的Ca、Mg、Cu、Pb、Fe、Zn、Cd、Mn、Ni、Se这十种宏量与微量元素。

2.如权利要求1所述的与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法，特征是可用火焰原子吸收光谱法来直接测定Ca、Mg、Cu、Pb、Fe、Zn这六种元素的含量。

3.如权利要求1所述的与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法，特征是所述的发样消解液为HNO₃∶HCIO₄＝3-5∶1混合溶液

4.如权利要求1所述的与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法，特征是所述的对发样进行消解中，对Cd、Mn、Ni这三种微量元素使用高压密闭微波来消解样品。

5.如权利要求4所述的与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法，特征是所述的Cd、Mn、Ni消解是：将样品置WR-1E微波消解系统，在纯硝酸环境下经微波加热处理；在高压下溶液沸点提高，从而使消解速度加快。取出消解内罐，置电热板上，温度为180-250℃，加HCIO₄继续消解并赶酸，至消解完全，制备成测定溶液。

6.如权利要求1所述的与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法，特征是所述的对发样进行消解中，对Se微量元素使用流动注入氢化发生法，并通过气动元件使Se吸收信号成为平台吸收曲线的方法。

7.如权利要求6所述的与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法，特征是所述的对发样进行消解中，对Se微量元素采用高压密闭微波消解方法，我们采用流动注入氢化物发生法，使水相溶液中的Se离子与KBH₄+H₂O+HCl反应体系反应，生成Se的氢化物，再导入电热石英管炉原子化器，实现Se的原子化，从而进行Se的原子吸收光谱测定。采用流动注入法使硒的氢化物生成，提高了硒的原子化效率，从而提高了Se元素的原子吸收光谱测定灵敏度；通过气动元件实现的Se的吸收信号为平台吸收曲线，大大提高了读数的稳定性，使测定结果重复性好，稳定可靠，而且简便快捷，可实现临床微量元素Se的快速检测。

8.如权利要求6所述的与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法，特征是所述的对发样进行消解中，对Se微量元素采用微波消解方法，将发样放入WR-1E微波消解系统，加1∶1硝酸，在微波消解炉中加热加压密闭消解，冷却后取出。将消解液转移至净化处理过的烧杯中，加HClO₄，置电热板上加热至180-250℃，继续消解并赶酸，至冒白烟时取下，待白烟冒尽时，用20％HCl溶液将烧杯中样品转移至比色管中定容，摇匀，溶液微黄色，透明，无沉淀，此溶液直接用于上机测定微量Se。

9.一种与航空人员健康关联的发样中十种宏量与微量元素含量监测方法，其特征为本方法适用于用测量飞行员及空乘人员发样中的Ca、Mg、Cu、Pb、Fe、Zn、Cd、Mn、Ni、Se十种宏量与微量元素含量检测，来予警他们的健康状况及其变化。