重金屬的累積會對人體產生危害，頭髮重金屬檢測為評估累積於體內重金屬含量的方式之一，本篇文章將分享如何進行毛髮樣本中重金屬含量的檢測，包含檢測的前處理方式與檢測結果之應用。
重金屬對人體的危害
重金屬一般係指密度大於5g/cm3之金屬元素，其化學性質較為穩定，且對生物有明顯的毒性，其中砷雖然不是金屬，但因其對生物具有毒性，因此也將砷列於重金屬中。
根據食品藥物管理署於 2018 年 5 月 8 日發布之「食品中污染物質及毒素衛生標準」，被列為食品中重金屬規範的項目有下列重金屬元素：砷（Arsenic）、鉛（Lead）、鎘（Cadmium）、汞（Mercury）、錫（Tin）、銅（Copper）、銻（Antimony）。
重金屬經由水、空氣、食物、接觸等方式進入人體之後， 會與蛋白質及酶（Enzyme）產生作用，或累積於器官內，進而影響身體的機能。這些重金屬對人體常見的危害包含：對肝腎、神經系統、骨頭造成傷害、貧血、噁心嘔吐與提高致癌的風險等。
頭髮重金屬檢測
臨床醫療檢驗上，得知人體重金屬殘留濃度可進一步評估各種疾病；亦可藉由人體內的重金屬含量濃度來評估環境暴露的情形，包含勞工職業暴露、人員暴露於環境污染物的狀況等。人體重金屬檢測方式可分為尿液檢測、血液檢測與頭髮檢測，因頭髮的取得屬於非侵入性且更為便利，頭髮重金屬檢測已成為常見的評估體內重金屬殘留程度方式。
頭髮的生長需要靠血液運送營養，因此攝入的重金屬元素也會累積於頭髮之中，相較於檢驗尿液、血液中的重金屬含量只能得知短時間內體中的重金屬累積，頭髮的生長是長時間累積而來。以頭髮做為檢體進行重金屬檢測，能得知某段期間（約3至6個月）體內累積的重金屬含量。
如何進行重金屬檢測的樣品前處理
進行尿液、血液、頭髮中的重金屬檢驗前，樣品需先經過消化前處理。此類樣品常見的消化方式有下列三種：
- 電熱板加熱消化（Open-beaker hotplate digestion）：設備費用最低，揮發性元素易散失、加熱時間長。
- 密閉式微波消化（Closed vessel microwave digestion）：設備費用為三者之中最高，藉由高溫與高壓達到完全消化、對於揮發性元素得以完全保留，效率高於電熱板消化方式，亦廣泛應用於各式不同類型樣品的金屬元素分析前處理。
- 常壓式低溫微波酸消化（Atmospheric pressure-low-temperature microwave digestion，APLTMD）：設備費居於上述兩者之間，能完全保留揮發性元素、單一批次最多可容納52個樣品，效率為三者最高，可快速完成檢驗，適合檢體量大的單位使用。
對於以上三種消化方式的更詳細比較，以及利用常壓式低溫微波酸消化進行血液、頭髮樣品前處理的更詳細實驗細節，可參考前文「體內有重金屬殘留嗎？ — 談生物性樣品重金屬檢驗前處理」。
頭髮重金屬檢測應用於暴露狀況的評估－以勞工作業環境暴露為例
頭髮的重金屬檢測除了用以評估個人的健康狀況之外，也能藉由了解勞工頭髮中的重金屬含量，進而得知作業環境中的金屬暴露量。以下分享的一篇研究，說明了如何測量組裝工人、熱處理設備操作員、鋼鐵製造工人、焊工頭髮中的重金屬含量，並比較不同職業之間金屬暴露含量的差別。
頭髮中重金屬檢測步驟
- 取0.2 g之頭髮樣本，依序以表面活性劑、去離子水、丙酮、去離子水洗滌
- 以60˚C烘乾頭髮樣本三小時
- 以67% HNO3：30% H2O2 = 4:1混合成10mL消化液
- 使用CEM的MARS微波消化器進行微波消化，條件如下表1：
功率 升壓時間 目標壓力 持續時間 1600 W 20分鐘 1.0 MPa 10分鐘 - 微波消化過後的樣品以去離子水定量至25 mL
- 以原子發射光譜儀（Atomic Emission Spectroscopy，AES）量測樣品中重金屬濃度
不同職業的工人具有不同的重金暴露情況
頭髮樣品經由微波消化前處理之後，以AES測得重金屬含量，結果如下表2：
表2 不同職業工人頭髮中的重金屬含量，所有濃度均以平均值±標準差（SD）或四分位間距（IQR）表示
| 金屬元素 | 組裝工人 | 熱處理設備操作員 | 鋼鐵製造工人 | 焊工 |
|---|---|---|---|---|
| Ca, mg/kg | 979±613 | 1407±852 | 1030 (862) | 967 (1096) |
| Mg, mg/kg | 44.8±32.0 | 89.6±44.5 | 92.8±44.3 | 61.8 (52.7) |
| P, mg/kg | 152 (79) | 179 (45) | 134 (56) | 393 (190) |
| Cu, mg/kg | 10 (3) | 10 (2) | 11.6±2.5 | 11 (5) |
| Fe, mg/kg | 12 (17) | 8 (9) | 12 (4) | 26 (62) |
| Zn, mg/kg | 166 (33) | 163 (54) | 152 (23) | 205 (48) |
| Al, mg/kg | 6 (4) | 5 (13) | 6.6 (3.4) | 8.2 (72) |
| Mn, mg/kg | 1.2 (0.7) | 1.9 (1.5) | 3.4 (4.2) | 1.3 (1.3) |
| Cr, mg/kg | 0.8 (0.8) | 0.4 (0.3) | 0.5 (0.2) | 1 (1) |
| Ni, mg/kg | 0.6 (1.5) | 0.2 (0.3) | 0.5 (0.5) | 0.6 (1.6) |
| Pb, mg/kg | 1.0 (1.0) | 0.9 (1.2) | 0.9 (1.2) | 1.0 (1.3) |
| Cd, mg/kg | 0.05 (0.15) | 0.05 (0.1) | 0.06 (0.07) | 0.03 (0.07) |
這些不同職業工人頭髮中的重金屬含量經過統計分析之後可得知：焊工可能會暴露於更高濃度的鐵(Fb)、鋅(Zn)、鉻(Cr)中，而鋼鐵製造工人則是暴露於較高濃度的錳(Mn)中。
快速頭髮重金屬檢測能有效評估疾病與暴露狀況
經由檢測頭髮中的重金屬含量，可用於評估累積於體內重金屬的含量，利用CEM的微波消化器可有效率地進行檢體的分析前處理，快速完成重金屬檢測並完整保留待測元素，除了能協助診斷及評估各種疾病之外、亦能應用於環境的暴露評估。
欲了解更多的儀器資訊與實驗細節，歡迎來電洽詢 02-2728-2767或 來信與我們聯繫
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參考文獻
- Occupational exposure to metals and other elements in the tractor production PLoS One. 2018 Dec 14;13(12):e0208932.
- 國家環境毒物研究中心-環境毒物知多少
- 頭髮重金屬檢測 檢驗環境污染及食安
