細說頭髮重金屬檢測-檢測方法與應用

2019-10-23

細說頭髮重金屬檢測-檢測方法與應用

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「用於臨床醫療檢驗血液、頭髮中重金屬之濃度分析」。

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

  1. 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
  2. 以60˚C烘乾頭髮樣本三小時
  3. 以67% HNO3:30% H2O2 = 4:1混合成10mL消化液
  4. 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 W20分鐘1.0 MPa10分鐘
  5. 微波消化過後的樣品以去離子水定量至25 mL
  6. 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/kg979±6131407±8521030 (862)967 (1096)
Mg, mg/kg44.8±32.089.6±44.592.8±44.361.8 (52.7)
P, mg/kg152 (79)179 (45)134 (56)393 (190)
Cu, mg/kg10 (3)10 (2)11.6±2.511 (5)
Fe, mg/kg12 (17)8 (9)12 (4)26 (62)
Zn, mg/kg166 (33)163 (54)152 (23)205 (48)
Al, mg/kg6 (4)5 (13)6.6 (3.4)8.2 (72)
Mn, mg/kg1.2 (0.7)1.9 (1.5)3.4 (4.2)1.3 (1.3)
Cr, mg/kg0.8 (0.8)0.4 (0.3)0.5 (0.2)1 (1)
Ni, mg/kg0.6 (1.5)0.2 (0.3)0.5 (0.5)0.6 (1.6)
Pb, mg/kg1.0 (1.0)0.9 (1.2)0.9 (1.2)1.0 (1.3)
Cd, mg/kg0.05 (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