（環(huán)境科學專業(yè)論文）工作場所空氣中尿素和尿液中鎳測定方法的研究.pdf

摘要 摘要 工作環(huán)境中的各類粉塵及多種有毒有害元素的存在和超標，給人體健康埋 下隱患，導(dǎo)致許多情況可怕、后果嚴重的職業(yè)病。尿素是固態(tài)氮肥中含氨量最 高的一種氮肥，在尿素生產(chǎn)及包裝場所空氣、土壤、水等場所中存在著大量的 尿素塵，它能引起人的呼吸系統(tǒng)疾病及腎病，并且刺激眼睛和皮膚，直接對人 體健康造成危害；鎳廣泛應(yīng)用于鋼鐵、合金、石油等工業(yè)中，其各種化合物均 具有致癌性，對人體的免疫系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和皮膚造成嚴重影響。 鎳和作業(yè)場所空氣中尿素濃度的大小是評價人體健康的重要指標，其含量的測 定為職業(yè)及非職業(yè)接觸人群損傷提供了早期的檢測目標，對職業(yè)病的診斷具有 一定的參考價值。因此，對作業(yè)場所空氣中尿素及人體尿液中微量鎳的準確測 定非常重要。高效液相色譜對于組分復(fù)雜樣品的分離測定具有很大的優(yōu)勢，其 選擇性和分離效率都很好；而對于大多數(shù)重金屬元素的分析來說，石墨爐原子 吸收光譜法以其特有的高選擇性和高靈敏度的優(yōu)點，無疑是最適用的分析方法。 本課題研究并建立了測定作業(yè)場所空氣中尿素的分析方法以及尿中鎳的石墨爐 原子吸收光譜法，主要研究工作有： 1 采用高效液相色譜法測定工作場所空氣中的尿素。應(yīng)用c 1 8 色譜柱，對 流動相的選擇進行討論，優(yōu)化了儀器條件并討論了空氣樣品采集中濾膜的洗脫 時間、采樣效率及濾膜的選擇，排除了空氣中其他組分及氨的干擾。在優(yōu)化的 實驗條件下，校準曲線線性范圍為0 - - 3 0 0r t g m l ，線性相關(guān)系數(shù)為0 9 9 9 6 ，方 法檢出限為0 4g g m l ，可以滿足作業(yè)區(qū)空氣中尿素的測定。 2 建立了原子吸收光譜法快速測定尿鎳的新方法。重點研究了樣品的前處 理方法，試驗了不同的酸及酸度對尿液中鎳的分析的影響，比較分析了不同基 體改進劑對鎳分析的改進效果并作出選擇，優(yōu)化基體改進劑的用量，降低了尿 樣基體對鎳測定的各種干擾，優(yōu)化了儀器和反應(yīng)條件，包括灰化溫度、原子化 溫度等。在選定的實驗條件下，鎳在0 - - 5 0 0 肛l 范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù) 為0 9 9 8 6 ，檢出限為0 1 2 “l(fā) ，回收率為9 1 3 1 0 5 3 ，該方法簡單實用， 穩(wěn)定性好，為實驗室日常生物樣品的檢測提供了準確可靠的分析方法。 關(guān)鍵詞：高效液相色譜法；空氣；尿素；石墨爐原予吸收法；尿；鎳； a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ev a r i o u st y p e so fd u s ta n dt h et o x i ca n dh a r m f u le l e m e n t sw h i c hi nt h e w o r k i n ge n v i r o n m e n te x i s t i n ga n de x c e e d i n g ，h u m a nh e a l t hw i l lb e l a i dh i d d e n d a n g e r ，i th a d c o n t r i b u t e dt ot h et e r r i b l ec o n s e q u e n c e so fs e r i o u so c c u p a t i o n a l d i s e a s e s u r e aw h i c hw a sak i do fn i t r o g e nf e r t i l i z e rh a dh i g hl e v e l so fn i t r o g e ni nt h e s o l i dn i t r o g e nf e r t i l i z e r , b u tt h e r ew e r eal a r g en u m b e ro fu r e ad u s ti nt h ep r o d u c t i o n p r o c e s so ft h eu r e aa n dp a c k a g i n ge s t a b l i s h m e n t si nt h ea i r , s o i l ，w a t e ra n do t h e r p l a c e s ，i tc a nc a u s eh u m a nr e s p i r a t o r yd i s e a s ea n dk i d n e yd i s e a s e ，a n dt h a ti r r i t a t e s t h ee y e sa n dt h es k i n ，a n di ti sd i r e c t l yh a r m f u lt oh u m a nh e a l t h n i c k e lw a sw i d e l y u s e di ns t e e l 、a l l o y 、o i li n d u s t r y ，i t sv a r i o u sc o m p o u n d sw e r ec a r c i n o g e n i ca n dw e r e s e r i o u si m p a c to nt h eb o d y si m m u n es y s t e m 、h e m a t o p o i e t i cs y s t e m 、r e p r o d u c t i v e s y s t e ma n ds k i n n i c k e la n dt h ec o n c e n t r a t i o no fu r e ai nw o r k p l a c ea i rw e r ev e r y i m p o r t a n ti n d i c a t o r so fh u m a nh e a l t h , a n dd e t e r m i n a t i o no fi t sc o n t e n tp r o v i d et h e v o c a t i o n a la n dn o n p r o f e s s i o n a lp o p u l a t i o n sw i t ht h ea d v a n c ed e t e c t i o nt a r g e t ，a n d t h e r eh a dac e r t a i nr e f e r e n c ev a l u ef o rt h ed i a g n o s i so f o c c u p a t i o n a ld i s e a s e s s o ，a c c u r a t ed e t e r m i n a t i o no fu r e ai nt h ea i rt ot h ew o r k p l a c ea n dt h et r a c en i c k e l i nh u m a nu r i n ei sv e r yi m p o r t a n t t h eh i g h - p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h yh a s g r e a ta d v a n t a g eo ns e p a r a t i o na n dd e t e r m i n eo fc o m p l e xs a m p l e s ，i th a s ag o o de f f e c t o nt h es e l e c t i v i t ya n ds e p a r a t i o ne f f i c i e n c y b u tf o rt h em o s to fa n a l y s i so fh e a v y m e t a l ，g r a p h i t ef u m a c ea t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r yi st h eb e s ta n a l y s i sm e t h o db e c a u s eo f i t sh i g hs e l e c t i v i t ya n dh i g hs e n s i t i v i t y t h i st o p i cr e s e a r c ha n de s t a b l i s ht h em e t h o d s o fd e t e r m i n a t i o nu r e ai nt h ea i rt ot h ew o r k p l a c ea n dt h en i c k e li nh u m a nu r i n eb y g r a p h i t ef u m a c ea t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y t h em a i nr e s e a r c ha sf o l l o w s ： 1 d e t e r m i n eu r e ai nt h ea i r t ot h ew o r k p l a c eu s eo fh i g h - p e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y u s ec lsc h r o m a t o g r a p h i cc o l u m n ，d i s c u s s i o nt h eo p to fm o b i l e p h a s e ，o p t i m i z a t i o no fi n s t r u m e n tc o n d i t i o n sw h i c hi n c l u d e dt h ef l o wr a t e o f m o b i l ep h a s e ，w a v e l e n g t h ，c o l u m nt e m p e r a t u r e w ea l s od i s c u s st h ee l u t i o nt i m e o fm i l l i p o r ei na i r s a m p l ec o l l e c t i o n ，p r e c l u d e t h ei n t e r f e r e n c eo fo t h e r c o m p o n e n t sa n da m m o n i ai nt h ea i r u n d e rt h eo p t i m u me x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ， i i a b s t r a c t t h el i n e a rd y n a m i cr a n g eo ft h ec a l i b r a t i o nc u r v ei s0 - - - 3 0 0l x g m l ，t h el i n e a r c o n s t a n tc o e f f i c i e n ti so 9 9 9 6 t h ed e t e c t i o nl i m i ti s0 4 1 x g m l i tc a nm e e td e t e r m i n e u r e ai nt h ea i rt ot h ew o r k p l a c e 2 e s t a b l i s han e wm e t h o do fr a p i dd e t e r m i n a t i o no fn i c k e li nt h eu r i n eb ya t o m i c a b s o r p t i o ns p e c t r o s c o p y , f o c u s e so nt h ep r e t r e a t m e n tm e t h o do fs a m p l e ，t e x tt h e i m p a c to fn i c k e li nt h eu r i n e 、析md i f f e r e n ta c i d sa n da c i d i t y , a n a l y s et h ee f f e c t o fd i f f e r e n tm a t r i xm o d i f i e r sa n dc h o o s eo n em a t r i xm o d i f i e r , o p t i m i z ei t su s e l e v e l r e d u c et h ev a r i o u sk i n d so fi n t e r f e r e n c eo fu r i n em a t r i xt ot h e n i c k e l d e t e r m i n e ，o p t i m i z ee q u i p m e n ta n dr e a c t i o nc o n d i t i o n sw h i c hi n c l u d ea s h i n g t e m p e r a t u r e ，a t o m i z a t i o nt e m p e r a t u r e u n d e rt h es e l e c t e de x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ， n i c k e lh a sal i n e a rr e l a t i o nw i t h i nt h es c o p eo f0 5 0 0 “g l ，t h el i n e a rc o n s t a n t c o e f f i c i e n ti s0 9 9 9 8 ，t h ed e t e c t i o nl i m i ti s12 i t g i ，t h er e c o v e r yr a t ei s91 3 1 0 5 3 t h em e t h o di ss i m p l ea n dp r a c t i c a l ，s t a b i l i t y , i tc a np r o v i d eaa c c u r a t e a n dr e l i a b l ea n a l y t i c a lm e t h o do f b i o l o g i c a ls a m p l e sf o rl a b o r a t o r yt a s t i n g k e y w o r d s ：h i 曲p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ；a i r ；u r e a ；g r a p h i t ef u r n a c e a t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y ；u r i n e ；n i c k e l i i i 目錄 目錄 摘要i a b s t r a c t i i 目錄i v 第一章引言l 1 1 高效液相色譜法測定工作場所空氣中的尿素l 1 1 1 測定空氣中尿素的意義1 1 1 2 空氣樣品采集及前處理2 1 1 3 高效液相色譜法概述3 1 2 石墨爐原子吸收法測定尿中鎳4 1 2 1 尿樣中鎳的檢測意義4 1 2 2 尿樣預(yù)處理6 1 2 3 石墨爐常見干擾及消除8 1 2 4 基體改進劑技術(shù)及應(yīng)用1 0 1 2 5 石墨管改性技術(shù)及應(yīng)用1 4 1 3 本論文選題意義和主要工作1 6 1 3 1 本論文的選題意義1 6 1 3 2 本論文主要上作1 7 第二章高效液相色譜法測定工作場所空氣中的尿素1 8 2 1 引言l8 2 2 試驗部分1 9 2 2 1 試齊u 19 2 2 2 儀器與分析條件。1 9 2 2 3 標準曲線的制備。1 9 2 3 結(jié)果與討論2 0 2 3 1 檢測波長的選擇2 0 2 3 2 流速的選擇2 0 2 3 3 流動相的選擇2l 2 3 4 標準曲線、線性范圍和檢出限2 2 2 3 5 精密度試驗2 3 2 3 6 氨干擾試驗2 3 2 4 樣品采集與測定2 4 2 4 1 采樣2 4 i v 目錄 2 4 2 洗脫時間及效率。2 4 2 4 3 采樣效率實驗一2 5 2 4 4 濾膜的選擇2 6 2 4 5 穩(wěn)定性實驗2 6 2 5 小結(jié)2 7 第三章石墨爐原子吸收法測定尿中的鎳2 8 3 1 引言2 8 3 2 實驗部分2 9 3 2 1 儀器及分析條件。2 9 3 2 2 試劑2 9 3 2 3 工作曲線的繪制和樣品的測定。3 0 3 3 結(jié)果與討論3 0 3 3 1 酸和酸度的選擇3 0 3 3 2 基體改進劑及其量的選擇。3 1 3 3 3 灰化溫度的選擇3 3 3 3 4 原子化溫度的選擇3 4 3 3 5 方法的線性范圍和檢出限3 5 3 3 6 精密度實驗3 5 3 3 7 回收率實驗一3 5 3 3 8 干擾實驗。3 6 3 3 9 穩(wěn)定性實驗3 6 3 4 j 、! 菪3 7 第四章結(jié)論3 8 參考文獻3 9 致 附錄：在校期間發(fā)表的學術(shù)論文4 5 v 第一章引言 第一章引言 1 1 高效液相色譜法測定工作場所空氣中的尿素 1 1 1 測定空氣中尿素的意義 空氣是人類生存所必需的，空氣被各種有害物質(zhì)污染將直接或間接影響到 人們的健康。工業(yè)的發(fā)展，向空氣排放了有害物質(zhì)，污染了空氣，使空氣里增 加了有害成分。當空氣里的有害物質(zhì)達到一定濃度后，就會嚴重地損害人類健 康和農(nóng)作物的生長，破壞了某些物質(zhì)，又會使人的能見度降低，影響交通安全 等等。大氣污染是隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展、城市人口的密集、煤炭和石油燃料的 迅猛增長而產(chǎn)生的。近百年來，西歐、美國和日本等工業(yè)發(fā)達國家大氣污染事 件日漸增多，2 0 世紀5 0 - - 6 0 年代成為公害的泛濫時期，例如：日本四日市哮喘 事件，美國洛杉磯煙霧事件，英國倫敦煙霧事件，印度博帕爾毒氣泄漏事件等， 不僅嚴重地危害居民健康，甚至造成數(shù)百、數(shù)千人的死亡。 空氣污染通常是指由于人類活動和自然過程引起某些物質(zhì)進入大氣中，呈 現(xiàn)出足夠的濃度，達到了足夠的時間并因此而影響了人體的舒適，健康和福利 或危害了環(huán)境的現(xiàn)象。燃料的燃燒是造成大氣污染的主要原因；石油工業(yè)和化 工工業(yè)大規(guī)模的發(fā)展也增加了空氣中污染物的種類和數(shù)量；在農(nóng)業(yè)方面，由于 各種農(nóng)藥的噴灑而造成的大氣污染也是不可忽視的問題。人需要呼吸空氣以維 持生命。一個成年人每天呼吸大約2 萬多次，吸入空氣達1 5 - - 2 0 m 3 。因此，被 污染了的空氣對人體健康有直接的影響。大氣污染物對人體的危害是多方面的， 主要表現(xiàn)是呼吸道疾病與生理機能障礙，以及艮鼻等粘膜組織受到刺激而患病。 尿素( h 2 n c o n h 2 ) ，又稱脲或碳酰胺，白色晶體，尿素大量存在于人類和哺 乳動物的尿液中。尿素在工業(yè)上的用途很廣泛，是制造脲醛樹脂、聚胺酯等高 聚物的原料，還可作多種用途的添加劑，如油墨材料、黏結(jié)油等，尿素還可用 于醫(yī)藥、林業(yè)、制革、動物飼料、石油產(chǎn)品精制等方面。尿素是一種低毒化學 物質(zhì)，易溶于水，尿素粉塵被人體吸入后會在濕潤的呼吸道內(nèi)形成弱堿性溶液【l 】， 進而刺激呼吸道引起慢性炎癥，甚至會造成肺功能減退【2 】。吳宏軍認為尿素易損 害小氣道功能，b h a v 的研究認為氨和尿素僅對p e f r ( 最大呼氣流速) 影響顯著， 顯示阻塞性肺改變首先影響大氣道然后引起支氣管痙攣p j 。因此，準確監(jiān)測空氣 第一章引言 中尿素非常重要。 1 1 2 空氣樣品采集及前處理 空氣存在于我們四周?？諝鈽悠返牟杉疤幚碓谠囼炛衅鸬疥P(guān)鍵的作用。 空氣樣品采集的主要方法有：直接采樣法和濃縮采樣法。 直接采樣法：當大氣中被測組分的濃度較高，或者測定該物質(zhì)所用的檢測 方法較靈敏時，從空氣中直接采取少量氣樣即可滿足監(jiān)測分析的要求，則可采 用直接采樣法。直接采樣法有塑料袋采集樣品或注射器采集樣品，前者是在塑 料或鋁箔袋口連接一個特制的帶活塞的橡皮球，采樣時首先對采氣袋用待采空 氣沖洗3 - - 5 次( 相當于潤洗) ，然后再采樣，之后用乳膠冒堵住口，盡快送檢分 析；后者是選用一支1 0 0m l 注射器連接一個三通活塞，抽洗后直接采樣，采樣 前需檢查注射器的氣密性并校正刻度。 濃縮采樣法：在大氣中污染物濃度一般都很低，用直接采樣法所得的樣品 往往不能滿足分析方法的需求，因而需要采用能采取大量氣體的濃縮采樣法。 濃縮采樣法顧名思義，是使原來濃度較小的污染物質(zhì)得到濃縮，以利于分析測 定。其采樣時間長，所得結(jié)果可代表采樣時段的平均濃度，更能反映大氣污染 的真實情況。具體采樣方法包括溶液吸收法、濾紙和濾膜阻留法、固體吸附劑 阻留法等。1 ) 溶液吸收法：是采集大氣中氣態(tài)、蒸汽態(tài)物質(zhì)的常用方法。當空 氣通過裝有吸收液的吸收管時，被測物質(zhì)分子被阻留在吸收液中，因而能同時 達到采集大氣和濃集有害物質(zhì)的目的。吸收液應(yīng)滿足：被測物質(zhì)在吸收液中具 有足夠的穩(wěn)定時間且溶解度大；北側(cè)物質(zhì)被吸收后應(yīng)有利于下一步分析測定； 吸收液毒性小、價廉易得。常用的吸收液有水、水溶液和有機溶劑等。2 ) 濾紙 和濾膜阻留法：主要用以采取塵粒狀氣溶膠，如煙和總懸浮顆粒物。采樣時， 將濾紙或濾膜放在采樣夾上，用抽氣裝置將空氣中的顆粒物阻留在濾紙或濾膜 上。常用的濾料有玻璃纖維濾料、有機合成濾料、微孔濾料和浸漬試劑濾料等。 在采樣前，應(yīng)根據(jù)被測物質(zhì)理化性質(zhì)選擇合適的濾膜并對其進行必要的預(yù)處理。 3 ) 固體吸附劑阻留法：采樣時，讓氣樣以一定流速通過裝有固體吸附劑的采樣 管，則被測物質(zhì)被固體i 吸附劑吸附而被濃集。固體吸附劑有顆粒狀吸附劑和纖 維狀吸附劑兩種。常用的顆粒狀固體吸附劑有活性炭、硅膠、分子篩氧化鋁、 素燒陶瓷等多孔性物質(zhì)，它們具有較大的比表面積，對氣體和蒸汽吸附力強。 2 第一章引言 1 1 3 高效液相色譜法概述 高效液相色譜有著其他分析技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢和特點，因此高效液相色 譜的應(yīng)用越來越廣泛。其在有機化學、生物、醫(yī)學、化工、藥物臨床、食品衛(wèi) 生、環(huán)保監(jiān)測、商檢和法檢等方面都有廣泛的用途。高效液相色譜法有幾個特 點：1 ) 選擇性好，分離效率高，適用于各種多組分復(fù)雜混合物的分離。2 ) 速 度快，十幾到幾十分鐘即可完成，重復(fù)性高并且色譜柱可反復(fù)使用。3 ) 應(yīng)用范 圍廣，分析精確度高，可以處理從痕量、微量到常量甚至較大規(guī)模制備的樣品 量。4 ) 自動化操作。 根據(jù)分離過程中分離機制的不同，高效液相色譜可分為四個基本類型，即 液一固色譜法、液一液色譜法、離子交換色譜和體積排阻色譜。其分離原理可以 總結(jié)為：其利用樣品中各組分在色譜柱中的淋洗液和固定相間的分配系數(shù)不同， 當流動相將樣品帶入色譜柱中后，樣品各組分就在其中的兩相間進行反復(fù)多次 的分配( 吸附一脫附) ，由于其中各組分在固定相中的分配系數(shù)或吸附力大小的 不同，其在色譜柱中的運行速度就不同，經(jīng)過一定的柱長后便彼此分離，并依 次隨流動相離開色譜柱進入檢測器，檢測到的信號被送至系統(tǒng)記錄、處理或保 存。 液相色譜儀的柱子通常分為正相柱和反相柱。正相柱多是以硅膠為柱，或 是在硅膠表面鍵合c n 、n h 3 等官能團；反相柱的填料是主要以硅膠為基質(zhì)， 在其表面鍵合非極性的十八烷基官能團( 也叫o d s ) 成為c 1 8 柱，還有一些常 用的反相柱如：c 8 、c 2 、c 4 和苯基柱等。另外液相色譜儀的色譜柱還有離子交 換柱、g p c 柱、聚合物填料柱等。本文用的是c 1 8 柱，下面主要介紹一下反相色 譜柱的選擇和使用： 1 ) 柱子的使用范圍 反相色譜柱固定相穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛，并且可以使用多種溶劑。但此種柱子 是以硅膠為基質(zhì)的填料，使用時一定要注意流動相的p h 范圍。一般c 1 8 柱的p h 值范圍都在2 8 ，當流動相的p h 值小于2 時就會導(dǎo)致鍵合相的水解；而當p h 值大于7 時硅膠易溶解。 2 ) 填料的封口 把填料的殘余硅羥基采用封口技術(shù)進行端基封尾，可以改善柱子對極性化 合物的吸附或拖尾。含碳量增高，有利于不易保留化合物的分離；填料穩(wěn)定性 提高，組分的保留時問重現(xiàn)性就好一點。如果待分析的樣品是酸性或堿性的化 3 第一章引言 合物，最好選用填料經(jīng)封口的色譜柱。 固定相確定了，主要就是流動相的選擇。液相色譜是樣品組分在固定相與 流動相之間反復(fù)交換而達到分離的目的，理想的液相色譜流動相應(yīng)具有低粘度、 與檢測器兼容性好、易于得到純品和低毒性等特征。因此選擇流動相時需考慮 以下幾個方面：a 對樣品的溶解度要適宜，保證樣品組分不會沉淀在柱中。否則 不但影響了純化分離，且會使柱子惡化。b 流動相的粘度要盡量小。高粘度溶劑 會影響溶質(zhì)的擴散、傳質(zhì)，使分離效果變差，分離時間延長。c 流動相與樣品不 產(chǎn)生化學反應(yīng)。堿性流動相不能用于硅膠系統(tǒng)；酸性流動相不能用于氧化鋁、 氧化鎂等吸附劑的柱系統(tǒng)。d 流動相的物理化學性質(zhì)要與使用的檢測器相適應(yīng)。 如使用紫外檢測器時，所用流動相在檢測波長下應(yīng)沒有吸收或吸收很低。如使 用示差折光率檢測器時，應(yīng)選擇遮光系數(shù)與樣品差別較大的溶劑作流動相，以 提高靈敏度。e 流動相沸點不宜太低，否則容易產(chǎn)生氣泡，影響實驗進行。f 流 動相配置好后需進行脫氣處理，以除去溶解在流動相中的微量氣體，這樣既有 利于檢測，還可以防止流動相中的微量氧與樣品發(fā)生作用。 1 2 石墨爐原子吸收法測定尿中鎳 1 2 1 尿樣中鎳的檢測意義 由于現(xiàn)代工業(yè)和城市化的迅猛發(fā)展，以及化學工業(yè)、采礦業(yè)、金屬冶煉業(yè)、 電鍍的發(fā)展、特種材料的工業(yè)生產(chǎn)、煤和石油的燃燒以及越來越多的生活垃圾 的出現(xiàn)等等，對環(huán)境造成了愈來愈嚴重的污染。環(huán)境污染物在短時間內(nèi)大量進 入環(huán)境，使暴露人群在較短時間內(nèi)出現(xiàn)不良反應(yīng)、急性中毒甚至死亡。迄今為 止國際上已經(jīng)出現(xiàn)越來越多的環(huán)境污染事件，人們不自覺的就接觸這些污染物。 許多人終日呼吸著污染的空氣，飲用著污染的水，吃著從污染的土壤中生長出 來的農(nóng)產(chǎn)品，用著高科技的工業(yè)品環(huán)境污染嚴重地威脅著人體健康。這些污 染物與環(huán)境相互依存，相互轉(zhuǎn)化，并由飄塵煙霧、食物、皮膚接觸，通過呼吸 道、消化道和皮膚吸收進入人體，對人體健康造成危害。一般人群主要通過食 物、水、空氣、飄塵煙霧接觸到這些有害物質(zhì)，職業(yè)接觸的主要途徑為吸入其 蒸氣、粉， ! 或皮膚接觸。 生物樣占 檢測是對機體的體液、分泌物、排泄物以及臟器組織中的污染物 或其代酣物進行分析與測定【4 1 。外部環(huán)境的監(jiān)測及測定，只是告訴人們生活環(huán)境 4 第一章引言 的質(zhì)量水平，是清潔無污染的，還是受到污染以及污染的程度。但不能準確的 反映人體受影響的程度及與健康有關(guān)的總的攝入量。比如說環(huán)境污染物汞，一 個人每天接觸環(huán)境中汞的總量為1 0 3g g ，其中食物中有7 8i i g ，占總量的7 6 ； 水中有1 l1 t g ；空氣中1 4 嵋。但他實際上每天攝入的總量是2 6 5 燼，僅是環(huán)境 暴露量的2 5 。由此可以得出用環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)去評價人體受影響的程度是不 夠準確的。為了研究、判斷污染物對人體健康的影響及傷害，了解人體內(nèi)污染 物的攝入量則需要進行生物樣品的檢測。 當環(huán)境中的污染物被人體吸收后，它們本身或者其代謝物在人體內(nèi)的含量 就會升高。人體攝入量與污染物的濃度可以說有非常直接的關(guān)系。污染物濃度 偏高，被吸收的量相應(yīng)的也會增加。被吸入的污染物進入血液后可與血紅蛋白 結(jié)合，進而逐漸轉(zhuǎn)移到肺、肝、腎等器官和骨中。大部分的有害物質(zhì)在人體內(nèi) 都具有蓄積性，從而對人體造成極大的危害，慢性中毒和急性中毒時間就時常 發(fā)生。這些有害物質(zhì)進入人體后主要經(jīng)腎臟代謝，它們?nèi)菀拙鄯e在血液、尿液、 頭發(fā)、指甲等生物材料中，其中這些物質(zhì)的含量與病癥存在著一定的關(guān)系，對 這些生物樣品的檢測是判斷是否中毒的主要依據(jù)。如血、尿、頭發(fā)指甲、汗液、 唾液、糞便、乳汁、牙齒以及身體某些器官都是可以利用的生物材料，至于采 用什么材料，要根據(jù)毒物在人體內(nèi)的代謝特點以及是否便于采集、保存等綜合 的考慮。血液和尿液是最常用的生物材料，它能反映近期機體的攝入、吸收與 排泄水平及外部環(huán)境的污染狀況。頭發(fā)、牙齒、指甲和臟器通常反映毒物在機 體內(nèi)的蓄積狀況。 鎳是人體必需的微量元素之一，鎳及其化合物又是常見的工業(yè)毒物，同時 也是人類在職業(yè)和環(huán)境中廣泛接觸的一種金屬1 5 j 。有資料證明，在我囤刁j 職業(yè) 性鎳所涉及的生產(chǎn)和作業(yè)有3 0 多種，其中主要是鎳合金的生產(chǎn)，鎳礦的開采、 選礦、熔煉與精煉，不銹鋼冶煉，電鍍，蓄咆池，鎳化合物生產(chǎn)等，其主要化 合物有氧化鎳、醋酸鎳、硫酸鎳、氫氧化鎳、羥基鎳等。鎳及其化合物對職業(yè) 接觸工人的免疫系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和皮膚造成嚴重影響。首先鎳化合 物是人類呼吸道的重要致癌物1 8 】，金屬鎳粉及鎳鹽對呼吸道作用會引發(fā)化學性的 支氣管炎和支氣管肺炎，鎳接觸工人肺癌和鼻癌的危險性明顯增高。 從近十個國家職業(yè)人群生物材料中鎳含量的檢測結(jié)果看出1 9 1 ，職業(yè)性接觸鎳 的人群生物材料中鎳含量明顯高于非職業(yè)接鎳人群，某些調(diào)食結(jié)果還顯示了空 氣鎳與生物材料中鎳的相關(guān)性較好【l 訓。鎳及其化合物涉及的工種比較廣泛，對 5 第一章引言 于其監(jiān)測以血、尿為主，也有頭發(fā)、指甲、鼻粘膜的監(jiān)測。尿是人們首選的生 物材料，與血液相比，尿樣具有易收集、分析簡便和鎳濃度較高等優(yōu)點，更適 于長時間、反復(fù)的動態(tài)觀察，同時在采集尿樣時應(yīng)注意其采集時間、運送和污 染控制等問題。 1 2 2 尿樣預(yù)處理 由于尿樣中含有大量有機物，成分復(fù)雜，且所含有害物質(zhì)一般都在痕量和 超痕量級范圍，待測元素存在于有機物質(zhì)內(nèi)部，不能進行直接測定，因此在進 行測定前需要對尿樣進行前處理，即對樣品進行分解，對欲測組分進行富集和 分離，或?qū)Ω蓴_組分進行掩蔽等。 金屬元素( 如：銅、鉛、汞、砷、鉻、鎳) 等無機毒物，其常與蛋白質(zhì)等 有機物結(jié)合成難溶或難分解的有機金屬化合物，因此測定前通常都要將尿樣中 大量有機物徹底分解破壞，使待測組分轉(zhuǎn)變成簡單的無機化合物或單質(zhì)，然后 再進行測定，同時也消除了其他有機物質(zhì)的干擾。有機質(zhì)的分解是在含氧酸或 其他氧化劑的作用下，或同時以長時間的高溫處理，徹底氧化分解有機物的分 子結(jié)構(gòu)，將生物樣品轉(zhuǎn)化成礦物質(zhì)，也稱消化法。消化法是測定尿樣中無機離 子的主要預(yù)處理方法。消化的目的就是破壞和分解尿樣本身的有機物質(zhì)，使待 測無機離子分離出來。經(jīng)典的分解有機物的方法有兩種，一種足濕消化法，另 一種為干灰化法，也稱干消化。 濕消化法是在樣品中加入強氧化劑如濃硝酸、濃硫酸、高氯酸或這幾種酸 的混合酸，在一定溫度下破壞和分解有機物，使樣品中待測元素變成離子。這 種方法適用于大多生物材料樣品。濕消化法有兩種：一種是在樣品中加入強氧 化劑后，加熱進行消化，稱為熱消化法。這種方法優(yōu)點是簡便快速，破壞有機 質(zhì)完全徹底，普遍適用于尿液、血液等生物材料的消化；另一種是樣品加酸處 理后，于室溫下放置一段時問進行消化，稱為冷消化。冷消化特點是需要時問 長，樣品和試劑用量較多，但是分析易揮發(fā)元素較為合適。大多數(shù)樣品與氧化 性強酸一起加熱后，其中的有機物質(zhì)被分解為二氧化碳和水而被出去，以各種 形式存在的金屬組分被氧化為高價態(tài)的金屬離子，有機物的其他組分則被氧化 為各種無機成分。濕消化法常用的氧化性強酸有濃硝酸、濃硫酸和高氯酸三種。 使用最多的是濃硝酸，有較強的氧化性，而硫酸氧化性較硝酸和高氯酸弱的多， 但硫酸沸點高，不易揮發(fā)。高氯酸是一利t 極強的氧化劑，氧化能力強于硝酸和 6 第一章引言 硫酸，但只是在加熱的條件下，而冷的高氯酸卻無氧化能力，這是由于高氯酸 在加熱條件下能產(chǎn)生氧和氯的緣故。其中特別需要注意的是，高氯酸在高溫下 如果直接接觸還原性較強的物質(zhì)如脂肪、酒精、糖類、甘油等有發(fā)生爆炸的可 能，所以一般不單獨使用，并且切忌消化液燒干，以免發(fā)生危險。 在實際工作中，除了單獨使用某一種酸的消化法外，經(jīng)常采取兩種或兩種 以上氧化性強酸配合使用，利用各種酸的特點，取長補短，以達到安全快速、 完全破壞有機物的目的。其中有：1 ) 硝酸硫酸消化法：常用硫酸、硝酸的比例 為2 ：5 。將硝酸硫酸結(jié)合消化，既可以消化完全又可以縮短時間。這種混合消 化液可以用于多數(shù)生物材料樣品的處理，具有快速、易控制的優(yōu)點，缺點是不 適宜破壞含較多堿土金屬的有機物。2 ) 硝酸高氯酸硫酸消化法：用這種酸消 化時，由于硝酸沸點較低，樣品中大部分有機物先與硝酸反應(yīng)，隨著硝酸的揮 發(fā)減少，樣品中的大部分有機組分也被除去，剩下難以氧化的有機物質(zhì)被氧化 性強的高氯酸破壞。而硫酸由于沸點高，可保持反應(yīng)器中的溶液不被蒸干從而 有效防止爆炸。3 ) 硝酸高氯酸消化法：這種混合酸適用于消化含有難氧化有機 物的樣品。硝酸和高氯酸的氧化能力都比較強，強強聯(lián)合，加上高氯酸沸點較 高，再難以被氧化的物質(zhì)也被有效地破壞。但是為了防止爆炸，應(yīng)先加入硝酸 將羥基化合物氧化并冷卻后，再加混合酸進行消化。本法適用于鈣含量高的樣 品和破壞蛋白質(zhì)、碳水化合物之類的物質(zhì)。在實際的工作接觸中，?？筛鶕?jù)不 同樣品的不同情形選擇其他行之有效的消化方法。想要加速氧化過程，節(jié)省時 間，可以加入少量氧化劑，如過氧化氫( h 2 0 2 ) 、高錳酸鉀( k m n 0 4 ) 或氯酸鉀 ( k c l 0 4 ) 等，有時還會用到消化催化劑，對樣品的預(yù)處理有很大的幫助。 經(jīng)過研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，濕消化法具有時間短揮發(fā)損失少的優(yōu)點，但是所使用 試劑較多，在消化過程中易產(chǎn)生酸霧等強刺激性和腐蝕性的氣體，影響人體健 康，需在通風櫥中進行。 干灰化法又稱灰化，是將樣品至于坩堝中，蒸發(fā)至干并炭化，然后在馬弗 爐中高溫灼燒使其灰化，直至樣品中的有機物全部分解成為白色殘渣為止。其 優(yōu)點是所用試劑少，空白值低，樣品分解徹底并且操作簡便、儀器設(shè)備簡單， 一次可以處理大量的樣品；缺點是高溫灼燒比較費時并且長時問的高溫加熱容 易導(dǎo)致一些被測物質(zhì)揮發(fā)，如砷、汞、銻、鎘等金屬元素不適宜此法。 7 第一章引言 1 2 3 石墨爐常見干擾及消除 石墨爐原子吸收光譜法的靈敏度較高，比火焰原子吸收的絕對靈敏度高三 個數(shù)量級，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境、食品、地質(zhì)、生物等領(lǐng)域中痕量元素的分析【l 。 石墨爐原子吸收測定生物樣品中痕量元素的主要干擾來源有： 1 ) 化學干擾：化學干擾的實質(zhì)是待測元素與某共存物質(zhì)形成了化合物。如 果生成的化合物沸點較低，極易揮發(fā)以致在灰化階段就被蒸發(fā)，則會引起待測 元素的損失；如果此化合物很難揮發(fā)，以致在原子化階段也難蒸發(fā)，則待測元 素原子化不完全。引起化學干擾的來源除共存元素外，還有石墨管本身，某些 元素如m o 、v 、t i 等極易在高溫下與石墨管形成碳化物造成原子化十分困難。 2 ) 物理干擾：指樣品在轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)和原子化過程中由于試樣的物理性質(zhì)的 變化而引起吸收強度變化的效應(yīng)【12 1 。當使用的溶劑不同時，其粘度、表面張力 等物理性質(zhì)也不同；進樣液滴的大小、進樣管直徑的粗細不同等差異都可造成 揮發(fā)速度的差異，從而引起吸收強度的變化。一般生物樣品的測定都存在物理 干擾，特別是鹽量高的樣品極易發(fā)生這種干擾。 3 ) 背景吸收干擾：背景吸收干擾是光譜干擾的特殊形式，它是來自原子化 器的光的干擾，既包括氣態(tài)分子對光的吸收，又有固體微粒對光的折射與散射 【l3 1 。背景吸收干擾主要指尿樣中高濃度基體在原子化階段揮發(fā)出大量的氣態(tài)分 子、鹽微粒、“煙霧”等形式存在于石墨管中，則會產(chǎn)生分子吸收、光散射引起 的假信號。研究證明，這種假吸收信號遠遠大于待測元素的原子吸收信號【1 4 15 1 ， 所以背景吸收干擾是主要的干擾。由于背景吸收是非特征吸收，所以常導(dǎo)致結(jié) 果偏高，在原子吸收光譜分析中，由于分子和微粒的散射引起的背景吸收干擾 是不可忽視的，尤其是基體濃度高或基體成分復(fù)雜的生物樣品。背景吸收主要 有分子吸收和光散射兩種類型。 分子吸收干擾是指樣品在原子化過程中生成氧化物、氯化物、氫氧化物等 氣體分子吸收光源輻射能引起的干擾。它是由分子的振動光譜、電子光譜和轉(zhuǎn) 動光譜組成的帶狀光譜。分子吸收產(chǎn)生的主要原因是原子化器中氣態(tài)分子在未 被熱解離過程造成的吸收，形成分子吸收需要具備兩個條件：一是形成分子吸 收的分子需有較低的解離能，再者是原子化階段必須形成足夠的氣相分子。如 常見的堿十金屬、堿金屬的分子吸收，在紫外光范圍內(nèi)隨波長的減小，分子吸 收增大【l 引。從樣品在石墨管表面蒸發(fā)過程來看，基態(tài)原子及產(chǎn)生背景吸收的物 質(zhì)在石墨管內(nèi)的空問呈不均勻分布。開始蒸發(fā)時，管壁附近的濃度較高，隨著 r 第一章引言 蒸汽的上升，管中心的濃度逐漸增加而管下部的濃度減少；隨著蒸汽進一步向 進樣孔擴散，管上部的濃度增加，中心濃度減少。另外，石墨管在很短的時間 內(nèi)即被加熱至原子化溫度，樣品由固相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗟倪^程是復(fù)雜的，樣品蒸發(fā)、 擴散、膨脹也是不斷變化的復(fù)雜過程，因此石墨管原子吸收的背景吸收信號應(yīng) 與測量原子吸收信號有相同的體積。 光散射干擾是原子化過程中產(chǎn)生的固體微?；驓怏w分子顆粒對光源輻射產(chǎn) 生散射，從而構(gòu)成的一種假吸收。其主要來源是當基體濃度大時，由于熱量不 足不能使基體物質(zhì)蒸發(fā)完全，一部分以固體微粒狀態(tài)存在形成干擾。此外，基 體在石墨爐中先蒸發(fā)為氣態(tài)分子，其中未熱解離的分子產(chǎn)生分子吸收，當共存 物擴散至石墨管較冷的兩端時，發(fā)生冷凝再結(jié)合，所形成的分子顆粒對輻射光 產(chǎn)生光散射，所以它的產(chǎn)生常滯后于分子吸收引起正誤差；還有原子化階段產(chǎn) 生的煙霧，都是光散射背景吸收的來源。且有人認為石墨爐院子吸收中光散射 通常要比分子吸收小的多。 從上面干擾因素不難看出，石墨爐原子吸收分析中的主要干擾來源于基體， 因此，從某種程度上來說，去除基體就是控制干擾的最好辦法。使標樣與樣品 的主要成分含量一致或采用標準加入法校準，可消除物理和化學干擾，在某種 程度上也可以扣除背景吸收干擾。控制干擾的方法基本可以概括為：在原子化 前盡量去除基體，在原子化中盡量克服剩余基體的影響，具體措施為： 1 ) 選擇最佳的干燥條件在原子化前利用干燥、灰化階段，去除共存和低沸 點有機物，盡量使待測元素以單一組態(tài)進入原子化階段，即在不損失待測元素 的前提下盡量提高灰化溫度。由于使用了較高的灰化溫度，為了不致使樣品因 溫度突然升高而濺射損失，就必須使用斜坡升溫的方式使溫度逐漸緩慢的上升。 這是有效排除基體的最基本的方法。用該法消除基體影響成功與否取決于待測 物和基體的沸點、揮發(fā)性、蒸發(fā)溫度，若待測元素原子化溫度較高，提高狄化 溫度可產(chǎn)生明顯效果。同時還可以在灰化階段導(dǎo)入一種化學活性氣體，例如在 灰化階段短時間內(nèi)通入空氣，有助于使有機物更易氧化成揮發(fā)形式而破壞基體。 2 ) 采用斜坡升溫原子化，最大功率加熱原子化這種方式使待測元素在笨體 蒸發(fā)之前優(yōu)先蒸發(fā)原子化，避免了基體干擾。原子化階段和灰化階段采用不同 的加熱方式，如采用平臺快速升溫可減少背景干擾。田力【1 7 】在測定氯化物介質(zhì) 中s b 時，用l v o v 平臺升溫，使爐條件接近u v o