臨床醫療檢驗上，由病人體內重金屬殘留濃度可進一步評估各種疾病、新陳代謝失調、環境曝露或營養失衡狀態。重金屬進入人體後會影響身體的正常運行，造成器官的損害與系統的失能。本篇文章將介紹如何進行生物性樣品中（包含頭髮與血液）重金屬檢測與前處理方式。
以石墨爐原子吸光儀與GC-ECD測定頭髮中總汞及甲基汞
汞會以多種不同的價態進入到人體，如空氣中吸入、飲用水污染（Hg2+無機汞）和魚肉的攝取（主要為CH3Hg+甲基汞）。正常人的頭髮中總汞含量約在 0.4~6.0 ppm 之間，一旦汞含量超過 50ppm以上便可能出現中毒現象，此研究共採集了 6 組具代表性不同工作領域人員的頭髮檢體。
總汞量分析
將 25mg 頭髮 0.4mL HNO3放入 7mL 鐵弗龍消化瓶(Mini Vessel)中，並於 CEM MARS-5 微波消化爐中控溫 90℃持續加熱 10min 以全消化，完成之消化液經加入 NaOH調整 pH 值至 5.0~6.0 之間，並加入錯合劑（DMPS）與Hg2+形成穩定錯化物後，再以石墨爐原子吸光儀定量分析之。
甲基汞分析
將25mg 頭髮樣品加入 1mL HCl (2.0mole dm-3)，並以超音波萃取 1 小時。所得之萃取液以 GC-ECD 分析甲基汞成份，至於殘留的頭髮固體則配合微波消化法分析無機汞。
以ICP-MS進行血液與頭髮中重金屬分析前處理
ICP-MS 具有可分析各種元素、濃度範圍廣、靈敏度佳等優點，因此 ICP-MS 相當適合作為生物性樣品中重金屬元素分析用途的儀器。然而，以 ICP-MS 分析元素通常需要將固態或液態樣品完全分解並均勻地溶於水溶液中以避免樣品有機成份及粒狀物可能造成在分析上的干擾，微波酸消化便是將樣品分解及溶入水溶液中的一個過程。完成的消化液通常具酸性的，此有助於大部份元素的安定化狀態，且待測元素在此化學狀態下已可進入 ICP-MS 原子化及游離化分析。
目前已有多種不同消化方式的頭髮分析報告，包含傳統電熱板加熱消化（Open-beaker hotplate digestion）、密閉式微波酸消化（Microwave closedvessel digestion）及常壓式低溫微波酸消化（Atmospheric pressure-low-temperature microwave digestion，APLTMD）等，其中值得特別注意的是常壓式低溫微波酸消化，因其分析結果比較往往優於其他消化方法。
不同重金屬分析前處理方法之比較
- 傳統電熱板加熱消化
- (1) 使用混酸（HNO3+ HClO4或 HNO3 + H2SO4），操作上較不安全。
- (2) 使用 HClO4 及 H2SO4，對於 ICP-MS 部分元素分析上易造成干擾。
- (3) 加熱時間冗長，對於 As、Hg 等揮發性元素易損失，回收率偏低。
- (4) 玻璃燒杯易受一般元素污染，操作前須經嚴格酸洗去背景因素。
- (5) 設備費用較低
- 密閉式微波酸消化亦是一種極有效的消化方式，只需使用單一酸（HNO3），對於 As、Hg 等揮發性元素得以完全保留。並具有下列特點：
- (1) 須藉高溫及高壓（150℃ / 130psi 或以上）以達到完全消化目的。
- (2) 單一批次消化最多僅容納 12~14 組樣品。
- (3) 當重覆使用消化瓶時，內瓶必須酸洗以除去背景因素。
- (4) 鐵氟龍消化瓶的價格略高。
- 常壓式低溫微波酸消化，該系統相當適合作為臨床醫療檢驗樣品的消化方式，其優點為下：
- (1) 操作簡單、快速完成，由收件至報告列出僅需 1~2 天。
- (2) 單一批次消化最多可容納 36或 52 支樣品。
- (3) 使用酸少、干擾少，分析數據穩定、可靠度高。
- (4) As、Hg 等揮發性元素得以保留。
- (5) 使用可丟棄式離心管型之樣品瓶，有效降低背景污染因素。
常壓式低溫微波酸消化操作步驟
血液樣品前處理
- 精稱 0.5 克血液放入每一支 DV-50 樣品瓶底部，加入 4mL HNO3(65%，Ultra pure grade)，蓋上瓶蓋。
- 將各組樣品瓶分散擺放在承載轉盤上，溫度監控瓶內要放一支玻璃套管，將光纖溫度探針尾端小心插入玻璃套管至底部，探針上端接至爐腔上方中間，探針中間部份需固定在轉軸上。
- 設定消化加熱程式如下表1，於主機上按“Start”，開始加熱消化。
- 消化結束待樣品冷卻至室溫，以去離子水定量至 50mL 以備分析。
表1. 微波消化血液樣品之參數
| Standardcontrol ( 36vessels ) | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Stage | Power | % | time | Psi | T | TAP | ||||||
| 1 | 600W | 60 | 30:00 | 0 | 115℃ | 20:00 | ||||||
TAP：time at parameter，即到達設定加熱參數（溫度），維持的時間。
頭髮樣品前處理
- 精稱 0.2g 頭髮放入每一支 DV-50 樣品瓶底部，加入 3mL HNO3(65%，Ultra pure grade)，蓋上瓶蓋。
- 將各組樣品瓶分散擺放在承載轉盤上，溫度監控瓶內要放一支玻璃套管，將光纖溫度探針尾端小心插入玻璃套管至底部，探針上端接至爐腔上方中間，探針中間部份需固定在轉軸上。
- 設定消化加熱程式如下表2，於主機上按“Start”，開始加熱消化。
- 消化結束待樣品冷卻，以去離子水直接定量至 50mL 以備分析。
表2. 微波消化頭髮樣品之參數
| Standardcontrol ( 36vessels ) | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Stage | Power | % | time | Psi | T | TAP | ||||||
| 1 | 600W | 60 | 20:00 | 70℃ | 10:00 | |||||||
| 2 | 600W | 60 | 20:00 | 115℃ | 20:00 | |||||||
進行常壓式低溫微波酸消化之設備
美國 CEM 供應之常壓式低溫微波酸消化樣品瓶組其編號名稱為 430420 高產量反應瓶組，內容含：
- 52 孔之承載轉盤 1 個
- DV-50 型離心式可丟棄之樣品瓶附孔洞之瓶蓋共 100 組
- 光纖溫度探針護管
- 操作說明書。
含瓶蓋之 DV-50 型樣品瓶組及 52 孔之承載轉盤如圖示：
適合操作常壓式低溫微波酸消化（APLTMD）的微波消化設備：
- CEM MDS-2000/ 或 MDS-2100 型 微波消化爐
- (1) 連續式微波功率輸出最高為 630Watts/ 或 950Watts，可選擇 1~100﹪調整。
- (2) 本機具安全防衛系統，爐腔內具有抗化學侵蝕功能。
- (3) 需配備有 fiberoptic 光纖溫度回饋控制系統
- CEM MARS-5 型 微波加速反應系統
- (1) 連續式微波功率輸出最高為 1600Watts，可選擇 1~100﹪調整。
- (2) 本機具安全防衛系統，爐腔內具有抗化學侵蝕功能。
- (3) 需配備有 EST-300plus/或 RTP-300plus 光纖溫度回饋控制系統
此項附件/組件亦可適用於其他醫療檢測、工業衛生和地質之樣品，如尿液、油漆片、尿布、土壤、地質礦物等重金屬分析之前處理。
微波酸消化法為進行生物性樣品分析前處理之有效方法
透過檢驗頭髮與血液中的重金屬含量，可評估人體內重金屬的累積含量，現在利用微波酸消化法可有效率地進行生物性樣品的分析前處理，接著完成重金屬檢測，協助診斷及評估人體的疾病。
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
- Determination of Total Mercury and Methylmercury in Human Hair by
GFAAS Using 2,3-Dimercaptopropane-1-sulfonate as a Complexing Agent ), Wen-Yi CHEN, Yu-Chun WANG, and Mao-Sung KUO, ANALYTICAL SCIENCES 4, 2002, VOL.18 - Preparation of Hair For Measurement of Elements by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS) – Richard Puchyr, Dean Bass, Rob Gajewski, Mishelle Calvin, William Marquardt, Karen Urek, Mary Ellen Druyan, and David Quig. Biological Trace Element Research, Vol. 62, 1998.
