重金屬元素對(duì)人體的危害及檢測(cè)方法

人體內(nèi)重金屬元素的危害及檢測(cè)方法一、 選定課題的簡(jiǎn)要說(shuō)明：近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化快速發(fā)展，大氣、水土的污染形勢(shì)日益嚴(yán)峻，人體中金屬含量超標(biāo)已經(jīng)越來(lái)越多的在各地發(fā)生，其對(duì)人體造成的危害不容無(wú)視，如鉛毒癥、水俁病等。這些中毒癥狀往往會(huì)給人體帶來(lái)嚴(yán)重的永久性損傷，進(jìn)而導(dǎo)致殘疾甚至死亡。因而，只有了解重金屬以及其攝入過(guò)多的癥狀，才能有效防范重金屬中毒。由于危害人體健康的重金屬含量極低，常規(guī)檢查不易查出，一旦查出時(shí)往往已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的并發(fā)癥，研制靈敏度更高、準(zhǔn)確度更好、速度更快的檢測(cè)方法便是現(xiàn)階段追求的目標(biāo)，本文將例舉集中常用的測(cè)定重金屬元素的檢測(cè)方法。二、 信息檢索說(shuō)明：1檢索關(guān)鍵詞：重金屬、人體、危害2檢索工具和數(shù)據(jù)庫(kù)：2.1中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)2.2萬(wàn)方數(shù)據(jù)系統(tǒng)三、 綜述：以上檢索共查找到了相關(guān)文獻(xiàn)85篇，另外又對(duì)比參考了各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)推薦的相似文獻(xiàn)，其中重點(diǎn)參考了中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)中的20余篇文章。在經(jīng)過(guò)對(duì)其的學(xué)習(xí)和理解并通過(guò)自己的總結(jié)及相應(yīng)參考后，現(xiàn)將該課題內(nèi)容和自己的啟示心得綜述如下。摘要對(duì)什么是重金屬目前尚無(wú)嚴(yán)格的定義，化學(xué)上跟據(jù)金屬的密度把金屬分成重金屬和輕金屬，常把密度大于cm3的金屬稱為重金屬。如：金、銀、銅、鉛、鋅、鎳、鉆、銘、汞、鎘等大約45種。從環(huán)境污染方面所說(shuō)的重金屬是指：汞、鎘、鉛、銘以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬。對(duì)人體毒害最大的有5種：鉛、汞、銘、砷、鎘。這些重金屬在水中不能被分解，人飲用后毒性放大，與水中的其他毒素結(jié)合生成毒性更大的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物。通常認(rèn)可的重金屬分析方法有：微譜分析（MS）、紫外可分光光度法（UV）、原子吸收法（AAS）、原子熒光法（AFS）、電感耦合等離子體法（ICP）、X熒光光譜（XRF）、電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）。目錄1重金屬中毒的危害1鉛中毒2汞中毒1.3鉻中毒4砷中毒5鎘中毒6鉈中毒2重金屬元素的檢測(cè)方法1原子吸收光譜法2紫外-可見(jiàn)光分光光度法3原子熒光法4陽(yáng)極溶出伏安法5X射線熒光光譜法2.6電感耦合等離子質(zhì)譜法2.7高效液相色譜法2.8酶抑制法2.9免疫分析法2.10生物傳感器正文1重金屬中毒的危害1鉛中毒鉛的污染來(lái)源有很多，最大的來(lái)源則為汽油的抗爆震添加劑四乙基鉛。根據(jù)研究，含鉛汽油中的四乙基鉛的毒性比無(wú)機(jī)鉛大100倍且揮發(fā)性更強(qiáng)。汽油燃燒時(shí)70%的鉛隨尾氣排入大氣，其中50%的鉛降落在汽車中衛(wèi)數(shù)百米范圍內(nèi)，另50%則以鉛微粒漂浮在空中，極易被人體吸入。［13］同時(shí)，食品包裝或者飲食、飲水用具中含有的鉛亦會(huì)導(dǎo)致慢性中毒；誤食過(guò)量含鉛藥物如羊癇風(fēng)丸，鉛丹，黑錫丹，密陀僧等可致急性中毒；燃燒電池筒等所產(chǎn)生的含有鉛化物的煙塵均可導(dǎo)致，鉛業(yè)工人的工作服長(zhǎng)期帶回家中污染塵埃，可使他們的孩子經(jīng)常吸入含有鉛毒的塵埃而發(fā)生有癥狀的鉛中毒。［14］鉛入人體后，被吸收到血液循環(huán)中，主要以二乙基磷酸鉛，鉛的甘油磷酸鹽，蛋白復(fù)合物和鉛離子等形態(tài)而循環(huán)，最初分布于全身，隨后約有95%以三乙基磷酸鉛的形式貯積在骨組織中，少量存留于肝，腎，脾，肺，心，腦，肌肉，骨髓及血液，血液中的鉛約有95%左右分布在紅細(xì)胞內(nèi)。血液和軟組織中的鉛濃度過(guò)高時(shí)，可產(chǎn)生毒性作用，鉛儲(chǔ)存于骨骼時(shí)不發(fā)生中毒癥狀；由于感染，創(chuàng)傷，勞累，飲用含酒類的飲料或服酸性藥物等而破壞體內(nèi)酸堿平衡時(shí)，骨內(nèi)不溶解的三鹽基磷酸鉛轉(zhuǎn)化為可溶的二鹽基磷酸鉛移至血液；由于血液中鉛濃度大量增加，可發(fā)生鉛中毒癥狀。鉛毒主要抑制細(xì)胞內(nèi)含巰基的酶而使人體的生化和生理功能發(fā)生障礙，引起小動(dòng)脈痙攣，損傷毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞，影響能量代謝，導(dǎo)致卟啉代謝紊亂，阻礙高鐵血紅蛋白的合成，改變紅細(xì)胞及其膜的正常性能，阻抑肌肉內(nèi)磷酸肌酸的再合成等，從而出現(xiàn)一系列病理變化，其中以神經(jīng)系統(tǒng)，腎臟，造血系統(tǒng)和血管等方面的改變更為顯著。同時(shí)，若幼兒早期就開始接觸含鉛環(huán)境，則會(huì)影響智力發(fā)育。[15]1.2汞中毒汞為銀白色液態(tài)金屬，在常溫下易蒸發(fā)。在生產(chǎn)和使用過(guò)程中，主要以蒸氣形式經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體。汞蒸氣較易透過(guò)肺泡壁含脂質(zhì)的細(xì)胞膜，與血液中的脂質(zhì)結(jié)合，很快分布到全身各組織。汞在紅細(xì)胞和其它組織中被氧化成Hg2+，易與蛋白質(zhì)中的巰基結(jié)合，使與巰基有關(guān)的細(xì)胞色素氧化酶、丙酮酸激酶、琥珀酸脫氫酶等失去活性，并攻擊膜結(jié)構(gòu)蛋白中主要基團(tuán)和膜結(jié)構(gòu)最表層多種受體結(jié)構(gòu)的重要成分琉墓基團(tuán)，造成功能和結(jié)構(gòu)損傷，從而阻礙了細(xì)胞生物活性和正常代謝。Hg2+可導(dǎo)致細(xì)胞外液Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，引起鈣超載，激活細(xì)胞內(nèi)的磷脂酶A，分解細(xì)胞內(nèi)磷脂，生成花生四烯酸與氧自由基等損傷細(xì)胞功能。汞與體內(nèi)蛋白結(jié)合，可由半抗原成為抗原，引起變態(tài)反應(yīng)，發(fā)生腎病綜含征；高濃度汞可直接致腎小球免疫損傷。汞可減少卯巢激索分泌，致月經(jīng)親亂和異常妊娠。汞還與氨基、羧基、磷酰基結(jié)合而影響功能基團(tuán)的活性。由于這些酶和功能基團(tuán)的活性受影響，阻礙了細(xì)胞生物活性和正常代謝，最終導(dǎo)致細(xì)胞變性和壞死。⑷慢性汞中毒的癥狀常有頭昏、頭痛、失眠、多夢(mèng)，隨后有情緒激動(dòng)或抑郁、焦慮和膽怯以及植物神經(jīng)功能紊亂的表現(xiàn)如臉紅、多汗、皮膚劃痕征等。肌肉震顫先見(jiàn)于手指、眼瞼和舌，以后累及手臂、下肢和頭部，甚至全身；在被人注意和激動(dòng)時(shí)更為明顯?？谇话Y狀主要表現(xiàn)為粘膜充血、潰瘍、齒齦腫脹和出血，牙齒松動(dòng)和脫落?？谇恍l(wèi)生欠佳者齒齦可見(jiàn)藍(lán)黑色的硫化汞細(xì)小顆粒排列成行的汞線，是汞吸收的一種標(biāo)記。腎臟方面，初為亞臨床的腎小管功能損害，出現(xiàn)低分子蛋白尿等，亦可出現(xiàn)腎炎和腎病綜合征。腎臟損害在脫離汞接觸后可望恢復(fù)。慢性中毒患者尚可有體重減輕、性功能減退，婦女月經(jīng)失調(diào)或流產(chǎn)以及有甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)、周圍神經(jīng)病變。眼晶體前房的棕色光反射，認(rèn)為是汞沉著引起的“汞晶狀體炎”，在中毒癥狀消失或脫離汞接觸后，這種棕色光反射仍可持久存在。[5]汞常見(jiàn)有機(jī)化合物有烷基汞（甲基汞、乙基汞、苯基汞等）相對(duì)于無(wú)機(jī)汞化合物有機(jī)汞的脂溶性強(qiáng)得多較容易進(jìn)入生物組織，無(wú)機(jī)汞可以轉(zhuǎn)化為有機(jī)汞（尤其是甲基汞）.有機(jī)汞的化合物毒性遠(yuǎn)超無(wú)機(jī)汞，且在生物體內(nèi)有很高的富集作用。微生物能將浮在水面的汞轉(zhuǎn)換成甲基汞，而該物質(zhì)易被大部分水生生物吸收。甲基汞以其造神經(jīng)受損出名，而魚類是主要從水中吸收甲基汞的生物。甲基汞儲(chǔ)積在魚中，進(jìn)而入侵到整個(gè)食物鏈內(nèi)。進(jìn)食這些魚的動(dòng)物，歷經(jīng)長(zhǎng)期吸收汞所導(dǎo)致的中毒現(xiàn)象，包括了生殖能力退化，消化系統(tǒng)損壞，DNA異變，和腎功能損傷。[18]1.3鉻中毒銘的毒性主要在于六價(jià)銘。六價(jià)銘化合物對(duì)皮膚有刺激和致敏作用，皮膚出現(xiàn)紅斑、水腫、水疤、潰瘍，皮膚斑貼試驗(yàn)陽(yáng)性。銘瘡是一種小型較深的潰瘍，發(fā)生在面部、手部、下肢等部位。銘潰瘍多發(fā)生于電鍍、銘化學(xué)工業(yè)、硝皮工業(yè)等。皮膚創(chuàng)傷主要是潰瘍，又稱“銘瘍”，多發(fā)生在手指上手背上易擦傷部位，潰瘍邊緣隆起而堅(jiān)硬，中間凹陷，其上覆蓋黃褐色結(jié)痂，外觀呈“雞眼狀”，可深達(dá)內(nèi)膜。治愈后留有邊界清楚的圓形疤痕。還有手腕、前臂及頸部等暴露部位發(fā)生皮炎，表現(xiàn)為片塊狀紅斑、丘疹。銘酸鹽及銘酸的煙霧和粉塵對(duì)呼吸道有明顯損害，可引起鼻中隔穿孔、鼻黏膜潰瘍、咽炎、肺炎，患者咳嗽、頭痛、氣短、胸悶、發(fā)熱、面色青紫、兩肺廣泛哮鳴音、濕性啰音，及時(shí)治療，癥狀可持續(xù)2周。國(guó)外報(bào)道，銘可引起肺癌。銘對(duì)鼻黏膜的損害表現(xiàn)為黏膜腫脹，通風(fēng)不暢，鼻中隔一側(cè)或雙側(cè)有點(diǎn)狀糜爛面。病情加重時(shí)，鼻腔干燥，嗅覺(jué)減退，鼻出血等現(xiàn)象。長(zhǎng)期接觸銘酸鹽，可出現(xiàn)胃痛、胃炎、胃腸道潰瘍，伴有周身酸痛、乏力等，味覺(jué)和嗅覺(jué)可減退，甚至消失。[19]1.4神中毒砷及其化合物的急性毒性與其水溶性有關(guān)。砷元素不溶于水，雄黃（AsS）及雌黃（AsS）44 23在水中溶解度很小，其急性毒性都很低。但神的氧化物和一些鹽類絕大部分屬于高毒物質(zhì)。三價(jià)神化物因可接受一個(gè)親核的成分，較易增加結(jié)合的原子數(shù)，故毒性較五價(jià)神為大。[10]神化合物可使神經(jīng)系統(tǒng)、心、肝、腎等多臟器受損，其毒作用機(jī)制可能與以下環(huán)節(jié)有關(guān)：①抑制含巰基酶的活性神化合物能與體內(nèi)許多參與細(xì)胞代謝的重要的含巰基的酶結(jié)合，如細(xì)胞色素氧化酶、單胺氧化酶、葡萄糖氧化酶、膽堿氧化酶、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、丙酮酸氧化酶、a-谷氨酸氧化酶、丙酮酸脫氫酶以及富馬酮酸脫氫酶等，使酶失去活性，干擾細(xì)胞的氧化還原反應(yīng)和能量代謝，故可導(dǎo)致多臟器系統(tǒng)的損害。②促使氧化磷酸化解偶聯(lián)砷酸鹽在結(jié)構(gòu)上與磷酸鹽類似，有可能形成不穩(wěn)定的神酸酯來(lái)代替三磷酸腺苷形成中的磷酸酯，使氧化磷酸化過(guò)程解偶聯(lián)，影響組織的能量生成與供應(yīng)。③對(duì)血管壁的直接損傷神可直接損傷臟器毛細(xì)血管壁或作用于血管舒縮中樞，使毛細(xì)血管擴(kuò)張，血管通透性改變，血管平滑肌麻痹。④誘導(dǎo)促進(jìn)生長(zhǎng)的細(xì)胞因子體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，亞砷酸鈉可在皮膚角化細(xì)胞中誘導(dǎo)促進(jìn)生長(zhǎng)的細(xì)胞因子，這可能與砷所致皮膚癌的機(jī)制有關(guān)。［11］⑤干擾DNA合成與修復(fù)砷可與脫氧核糖核酸聚合酶結(jié)合，影響DNA的合成與修復(fù);還可直接與巰基反應(yīng)導(dǎo)致DNA鏈、DNA-DNA交聯(lián)或DNA-蛋白交聯(lián)的斷裂；五價(jià)砷通過(guò)取代磷插入DNA結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不穩(wěn)定鍵，亦可造成DNA復(fù)制或轉(zhuǎn)錄的錯(cuò)誤。砷的致癌作用雖未獲得足夠的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證據(jù)，但根據(jù)人群資料已確定砷為對(duì)人的致癌物。［12］1.5鎘中毒鎘的煙霧和灰塵可經(jīng)呼吸道吸入，吸收緩慢，約11%滯留于肺組織。鎘化合物在胃腸道吸收5%?7%，其余由糞便排出。吸收的鎘主要通過(guò)腎臟由尿排出，乳汁亦有排出。鎘可通過(guò)胎盤，影響胎兒。體內(nèi)吸收的鎘，排出很慢，10年僅50%。⑹鎘進(jìn)入血液后迅速與金屬巰蛋白（metallothionein，MT）結(jié)合形成鎘金屬巰蛋白（MTCd），約70%在紅細(xì)胞中，30%在血漿中。根據(jù)血凝膠色譜圖分析有三個(gè)含鎘峰，分別為MT-Cd約占65%，高分子蛋白結(jié)合鎘（HMWP-Cd）占30%，非蛋白質(zhì)的小分子鎘結(jié)合物（LMW-Cd）占5%；在紅細(xì)胞中的鎘除上述三種外，尚有與血紅蛋白結(jié)合鎘（Hb-Cd）約占5%。其中HMWP-Cd具有主要毒作用。全身組織中的鎘主要通過(guò)血液循環(huán)，由血漿中鎘釋放到組織中，主要在肝、腎。肝內(nèi)鎘含量隨著時(shí)間延長(zhǎng)遞減，而腎臟鎘含量卻逐漸增加，約占全身鎘總量1/3。鎘對(duì)組織的毒作用是通過(guò)鎘和鈣競(jìng)爭(zhēng)與鈣調(diào)素（calmolulin，CaM）結(jié)合，干擾CaM及其所調(diào)控的生理、生化體系，使Ca2+-ATP酶和磷酸二酯酶活性抑制、細(xì)胞質(zhì)中微管解聚而影響細(xì)胞骨架、刺激動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞導(dǎo)致血壓升高。［7］鎘還刺激兒茶酚胺合成酶活性使多巴胺水平增高、抑制Na+-K+-ATP酶、含鋅的酶、氨基酸脫羧酶、組氨酸酶、淀粉酶、過(guò)氧化酶等活性，特別是亮氨?；彪拿甘芤种疲沟鞍踪|(zhì)分解。鎘還造成肝細(xì)胞損害，引起肝功能異常；阻礙腸道對(duì)鐵的吸收，誘發(fā)低色素貧血。鎘抑制a1-抗胰蛋白酶（a.rypsin）引起鎘誘發(fā)肺氣腫（Cd-inducedemphysema）。鎘對(duì)血管有原發(fā)損害，引起組織缺氧和損害。⑼1.6鉈中毒鉈（thallium，Tl）為銀白色柔軟金屬。原子量。密度cm3。熔點(diǎn)。C。沸點(diǎn)1457°C。室溫下易氧化，易溶于水、硝酸和硫酸。其水溶液無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭。鉈化合價(jià)有一價(jià)和三價(jià)，后者不穩(wěn)定，遇堿或水變?yōu)橐粌r(jià)化合物，且1價(jià)態(tài)的毒性遠(yuǎn)大于3價(jià)態(tài)。它能與有機(jī)物結(jié)合生成有機(jī)鉈化合物，也易與其他金屬結(jié)合形成合金。常見(jiàn)鉈化合物有醋酸鉈、硫酸鉈、漠化鉈和碘化鉈。鉈蒸氣及煙塵可經(jīng)呼吸道吸收，可溶性鉈鹽易經(jīng)胃腸道和皮膚吸收。鉈化合物對(duì)人的急性毒性劑量為6?40mg/kg，成人最小致死量為12mg/kg。血中的鉈不與血清蛋白結(jié)合，而以離子狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。象鉀一樣，被吸收的鉈大部分蓄積在細(xì)胞內(nèi)。因此血鉈含量不能準(zhǔn)確反映它在體內(nèi)負(fù)荷量和攝入量。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，鉈經(jīng)胃腸道吸收后隨血液迅速分布于全身，由于鉈對(duì)組織器官的親和力不同及組織細(xì)胞對(duì)鉈富集能力上的差異，組織器官中鉈濃度具有顯著差異。鉈在動(dòng)物和人體組織分布相似，以腎臟中含量最高，其次是肌肉、骨骼、肝、心、腸、胃、脾、睪丸和神經(jīng)組織，皮膚和毛發(fā)中含一定量的鉈，而脂肪組織中含量極微。鉈主要通過(guò)腎和腸道排出，少量可從乳汁、汗腺、淚液、毛發(fā)和唾液排出。在動(dòng)物的整個(gè)妊娠期，鉈均可透過(guò)胎盤屏障進(jìn)入胚胎和胎仔體內(nèi)而影響胎兒的正常生長(zhǎng)發(fā)育。碳酸鉈在體內(nèi)對(duì)體細(xì)胞和生殖細(xì)胞有致突變活性，誘發(fā)細(xì)胞染色體畸變。目前鉈中毒的發(fā)病機(jī)理尚未完全清楚，幾種可信度較高的說(shuō)法為：①鉈的理化性質(zhì)與鉀相似，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)不易排出。它與鉀離子有關(guān)受體部位結(jié)合，競(jìng)爭(zhēng)性抑制鉀的生理生化作用，尤其影響體內(nèi)與鉀離子有關(guān)的酶系。由于鉈離子能干擾細(xì)胞內(nèi)鉀富集的泵機(jī)制，當(dāng)鉈濃度明顯增高時(shí)，可激活膜上的Na+，K+-ATP酶而影響細(xì)胞的正常功能。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，鉈對(duì)神經(jīng)組織和肌肉中的Na+，K+-ATP酶、微粒體磷酸酶的親和力比鉀大10倍。這種較大的親和力，可引起毒作用。②鉈與酶分子或蛋白巰基結(jié)合，抑制許多酶的活性，尤其是與線粒體膜的巰基結(jié)合，抑制氧化磷?；^(guò)程、干擾含硫氨基酸代謝，抑制細(xì)胞有絲分裂。鉈與半胱氨酸上的巰基結(jié)合，影響半胱氨酸加入角蛋白的合成，導(dǎo)致毛發(fā)、指甲生長(zhǎng)障礙、脫發(fā)等。③鉈在體內(nèi)與核黃素牢固結(jié)合，干擾其代謝，使黃素蛋白合成減少和黃素二腺苷代謝紊亂，導(dǎo)致丙酮酸代謝和其他有關(guān)的能量代謝發(fā)生障礙。所以鉈中毒出現(xiàn)的一些神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)與核黃素缺乏癥十分相似。④鉈可通過(guò)血腦屏障在腦內(nèi)蓄積從而產(chǎn)生明顯的神經(jīng)毒作用，使腦組織中琥珀酸脫氫酶和鳥嘌吟脫氫酶活性明顯減弱。鉈使腦組織脂質(zhì)過(guò)氧化速率增加，導(dǎo)致兒茶酚胺代謝紊亂。⑤對(duì)甲狀腺具有明顯的細(xì)胞毒作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示硫酸鉈可致雞胚甲狀腺功能明顯低下，甲狀腺組織內(nèi)T3、T4含量明顯減少，從而影響骨骼系統(tǒng)的生長(zhǎng)發(fā)育與腦的發(fā)育成熟。此外，鉈與多核糖體結(jié)合、干擾蛋白質(zhì)合成，拮抗Ca2+對(duì)肌肉的激活效應(yīng)。[16][25]2重金屬元素的檢測(cè)方法1原子吸收光譜法原子吸收光譜法是20世紀(jì)50年代創(chuàng)立的一種新型儀器分析方法，它與主要用于無(wú)機(jī)元素定性分析的原子發(fā)射光譜法相輔相成，已成為對(duì)無(wú)機(jī)化合物進(jìn)行元素定量分析的主要手段。原子吸收分析過(guò)程如下：1、將樣品制成溶液（空白）；2、制備一系列已知濃度的分析元素的校正溶液（標(biāo)樣）；3、依次測(cè)出空白及標(biāo)樣的相應(yīng)值；4、依據(jù)上述相應(yīng)值繪出校正曲線；5、測(cè)出未知樣品的相應(yīng)值；6、依據(jù)校正曲線及未知樣品的相應(yīng)值得出樣品的濃度值?，F(xiàn)在由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展和多種新型元器件的出現(xiàn)， 使原子吸收光譜儀的精密度、準(zhǔn)確度和自動(dòng)化程度大大提高。用微處理機(jī)控制的原子吸收光譜儀，簡(jiǎn)化了操作程序，節(jié)約了分析時(shí)間?，F(xiàn)在已研制出氣相色譜一原子吸收光譜（ GC-AAS）的聯(lián)用儀器，進(jìn)一步拓展了原子吸收光譜法的應(yīng)用領(lǐng)域。 [23]2.2紫外-可見(jiàn)光分光光度法重金屬與顯色劑一通常為有機(jī)化合物，可于重金屬發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成有色分子團(tuán)，溶液顏色深淺與濃度成正比。在特定波長(zhǎng)下，比色檢測(cè)。分光光度分析有兩種，一種是利用物質(zhì)本身對(duì)紫外及可見(jiàn)光的吸收進(jìn)行測(cè)定； 另一種是生成有色化合物，即“顯色”，然后測(cè)定。雖然不少無(wú)機(jī)離子在紫外和可見(jiàn)光區(qū)有吸收，但因一般強(qiáng)度較弱，所以直接用于定量分析的較少。加入顯色劑使待測(cè)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為在紫外和可見(jiàn)光區(qū)有吸收的化合物來(lái)進(jìn)行光度測(cè)定， 這是目前應(yīng)用最廣泛的測(cè)試手段。顯色劑分為無(wú)機(jī)顯色劑和有機(jī)顯色劑，而以有機(jī)顯色劑使用較多。大多當(dāng)數(shù)有機(jī)顯色劑本身為有色化合物，與金屬離子反應(yīng)生成的化合物一般是穩(wěn)定的螯合物。顯色反應(yīng)的選擇性和靈敏度都較高。有些有色螯合物易溶于有機(jī)溶劑，可進(jìn)行萃取浸提后比色檢測(cè)。近年來(lái)形成多元配合物的顯色體系受到關(guān)注。多元配合物的指三個(gè)或三個(gè)以上組分形成的配合物。利用多元配合物的形成可提高分光光度測(cè)定的靈敏度，改善分析特性。顯色劑在前處理萃取和檢測(cè)比色方面的選擇和使用是近年來(lái)分光光度法的重要研究課題。2.3原子熒光法原子熒光光譜法是通過(guò)測(cè)量待測(cè)元素的原子蒸氣在特定頻率輻射能激以下所產(chǎn)生的熒光發(fā)射強(qiáng)度，以此來(lái)測(cè)定待測(cè)元素含量的方法。原子熒光光譜法雖是一種發(fā)射光譜法，但它和原子吸收光譜法密切相關(guān)，兼有原子發(fā)射和原子吸收兩種分析方法的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩種方法的不足。原子熒光光譜具有發(fā)射譜線簡(jiǎn)單，靈敏度高于原子吸收光譜法，線性范圍較寬干擾少的特點(diǎn)，能夠進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定。原子熒光光譜儀可用于分析汞、砷、銻、秘、硒、碲、鉛、錫、錯(cuò)、鎘鋅等11種元素?，F(xiàn)已廣泛用環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)藥、地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、飲用水等領(lǐng)域。在國(guó)標(biāo)中，食品中砷、汞等元素的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)中已將原子熒光光譜法定為第一法。

氣態(tài)自由原子吸收特征波長(zhǎng)輻射后，原子的外層電子從基態(tài)或低能態(tài)會(huì)躍遷到高能態(tài)，同時(shí)發(fā)射出與原激發(fā)波長(zhǎng)相同或不同的能量輻射，即原子熒光。原子熒光的發(fā)射強(qiáng)度If與原子化器中單位體積中該元素的基態(tài)原子數(shù)N成正比。當(dāng)原子化效率和熒光量子效率固定時(shí)，原子熒光強(qiáng)度與試樣濃度成正比。現(xiàn)已研制出可對(duì)多元素同時(shí)測(cè)定的原子熒光光譜儀，它以多個(gè)高強(qiáng)度空心陰極燈為光源，以具有很高溫度的電感耦合等離子體（ICP）作為原子化器，可使多種元素同時(shí)實(shí)現(xiàn)原子化。多元素分析系統(tǒng)以ICP原子化器為中心，在周圍安裝多個(gè)檢測(cè)單元，與空心陰極燈一一成直角對(duì)應(yīng)，產(chǎn)生的熒光用光電倍增管檢測(cè)。光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)放大后，由計(jì)算機(jī)處理就獲得各元素分析結(jié)果。[21][22]2.4陽(yáng)極溶出伏安法電化學(xué)法是近年來(lái)發(fā)展較快的一種方法，它以經(jīng)典極譜法為依托，在此基礎(chǔ)上又衍生出示波極譜、陽(yáng)極溶出伏安法等方法。電化學(xué)法的檢測(cè)限較低，測(cè)試靈敏度較高，值得推廣應(yīng)用。如國(guó)標(biāo)中鉛的測(cè)定方法中的第五法和格的測(cè)定方法的第二法均為示波極譜法。陽(yáng)極溶出伏安法是將恒電位電解富集與伏安法測(cè)定相結(jié)合的一種電化學(xué)分析方法。這種方法一次可連續(xù)測(cè)定多種金屬離子，而且靈敏度很高，能測(cè)定 10-7-10-9mol/L的金屬離子。此法所用儀器比較簡(jiǎn)單，操作方便，是一種很好的痕量分析手段。我國(guó)已經(jīng)頒布了適用于化學(xué)試劑中金屬雜質(zhì)測(cè)定的陽(yáng)極溶出伏安法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。陽(yáng)極溶出伏安法測(cè)定分兩個(gè)步驟。第一步為“電析”，即在一個(gè)恒電位下，將被測(cè)離子電解沉積，富集在工作電極上與電極上汞生成汞齊。對(duì)給定的金屬離子來(lái)說(shuō)，如果攪拌速度恒定，預(yù)電解時(shí)間固定，則m=Kc，即電積的金屬量與被測(cè)金屬離了的濃度成正比。第二步為“溶出”，即在富集結(jié)束后，一般靜止 30s或60s后，在工作電極上施加一個(gè)反向電壓，由負(fù)向正掃描，將汞齊中金屬重新氧化為離子回歸溶液中，產(chǎn)生氧化電流，記錄電壓-電流曲線，即伏安曲線。曲線呈峰形，峰值電流與溶液中被測(cè)離了的濃度成正比，可作為定量分析的依據(jù)，峰值電位可作為定性分析的依據(jù)。示波極譜法又稱“單掃描極譜分析法”。一種極譜分析新力一法。它是一種快速加入電解電壓的極譜法。常在滴汞電極每一汞滴成長(zhǎng)后期，在電解池的兩極上，迅速加入一鋸齒形脈沖電壓，在幾秒鐘內(nèi)得出一次極譜圖，為了快速記錄極譜圖，通常用示波管的熒光屏作顯示工具，因此稱為示波極譜法。2.5X射線熒光光譜法

X射線熒光光譜法是利用樣品對(duì)x射線的吸收隨樣品中的成分及其多少變化而變化來(lái)定性或定量測(cè)定樣品中成分的一種方法。它具有分析迅速、樣品前處理簡(jiǎn)單、可分析元素范圍廣、譜線簡(jiǎn)單，光譜干擾少，試樣形態(tài)多樣性及測(cè)定時(shí)的非破壞性等特點(diǎn)。它不僅用于常量元素的定性和定量分析， 而且也可進(jìn)行微量元素的測(cè)定，其檢出限多數(shù)可達(dá)10-6。與分離、富集等手段相結(jié)合，可達(dá)10-8。測(cè)量的元素范圍包括周期表中從F-U的所有元素。多道分析儀，在幾分鐘之內(nèi)可同時(shí)測(cè)定 20多種元素的含量。x射線熒光法不僅可以分析塊狀樣品，還可對(duì)多層鍍膜的各層鍍膜分別進(jìn)行成分和膜厚的分析。當(dāng)試樣受到X射線，高能粒子束，紫外光等照射時(shí)，由于高能粒子或光子與試樣原子碰撞，將原子內(nèi)層電子逐出形成空穴，使原子處于激發(fā)態(tài)，這種激發(fā)態(tài)離子壽命很短，當(dāng)外層電子向內(nèi)層空穴躍遷時(shí)，多余的能量即以X射線的形式放出，并在教外層產(chǎn)生新的空穴和產(chǎn)生新的X射線發(fā)射，這樣便產(chǎn)生一系列的特征X射線。特征X射線是各種元素固有的，它與元素的原子系數(shù)有關(guān)。所以只要測(cè)出了特征 X射線的波長(zhǎng)入，就可以求出產(chǎn)生該波長(zhǎng)的元素。即可做定性分析。在樣品組成均勻，表面光滑平整，元素間無(wú)相互激發(fā)的條件下，當(dāng)用X射線（一次X射線）做激發(fā)原照射試樣，使試樣中元素產(chǎn)生特征X射線（熒光X射線）時(shí)，若元素和實(shí)驗(yàn)條件一樣，熒光X射線強(qiáng)度與分析元素含量之間存在線性關(guān)系。根據(jù)譜線的強(qiáng)度可以進(jìn)行定量分析。2.6電感耦合等離子質(zhì)譜法ICP-MS的檢出限給人極深刻的印象，其溶液的檢出限大部份為ppt級(jí)，實(shí)際的檢出限不可能優(yōu)于你實(shí)驗(yàn)室的清潔條件。必須指出， ICP-MS的ppt級(jí)檢出限是針對(duì)溶液中溶解物質(zhì)很少的單純?nèi)芤憾缘?，若涉及固體中濃度的檢出限，由于 ICP-MS的耐鹽量較差，ICP-MS檢出限的優(yōu)點(diǎn)會(huì)變差多達(dá)50倍，一些普通的輕元素（如S、Ca、Fe、K、Se）在ICP-MS中有嚴(yán)重的干擾，也將惡化其檢出限。ICP-MS由作為離子源ICP焰炬，接口裝置和作為檢測(cè)器的質(zhì)譜儀三部分組成。ICP-MS所用電離源是感應(yīng)耦合等離子體（ICP），其主體是一個(gè)由三層石英套管組成的炬管，炬管上端繞有負(fù)載線圈，三層管從里到外分別通載氣，輔助氣和冷卻氣，負(fù)載線圈由高頻電源耦合供電，產(chǎn)生垂直于線圈平面的磁場(chǎng)。如果通過(guò)高頻裝置使氬氣電離，則氬離子和電子在電磁場(chǎng)作用下又會(huì)與其它氬原子碰撞產(chǎn)生更多的離子和電子， 形成渦流。強(qiáng)大的電流產(chǎn)生高溫，瞬間使氬氣形成溫度可達(dá) 10000k的等離子焰炬。被分析樣品通常以水溶液的氣溶膠形式引入氬氣流中，然后進(jìn)入由射頻能量激發(fā)的處于大氣壓下的氬等離子體中心區(qū)，等離子體的高溫使樣品去溶劑化，汽化解離和電離。部分等離子體經(jīng)過(guò)不同的壓力區(qū)進(jìn)入真空系統(tǒng)，在真空系統(tǒng)內(nèi)，正離子被拉出并按照其質(zhì)荷比分離。在負(fù)載線圈上面約10mm處，焰炬溫度大約為8000K，在這么高的溫度下，電離能低于7eV的元素完全電離，電離能低于的元素電離度大于 20%。由于大部分重要的元素電離能都低于，因此都有很高的靈敏度，少數(shù)電離能較高的元素，如 C，O,Cl，Br等也能檢測(cè)，只是靈敏度較低。[23]2.7高效液相色譜法高效液相色譜法：痕量金屬離子與有機(jī)試劑形成穩(wěn)定的有色絡(luò)合物，然后用HPLC分離，紫外一可見(jiàn)檢測(cè)器檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測(cè)定。卟啉類試劑具有靈敏度高，能和多種金屬元素生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，目前已廣泛用作HPLC測(cè)定金屬離子的衍生試劑。但絡(luò)合試劑的選擇有限，給HPCL的廣泛應(yīng)用帶來(lái)了局限性。2.8酶抑制法隨著人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求不斷提高，需要建立現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)重金屬的方法，因此環(huán)境污染物的快速檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)相比，雖然對(duì)環(huán)境污染物的檢測(cè)只能定性，靈敏度和準(zhǔn)確性隨著人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求不斷提高，需要建立現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)重金屬的方法，因此環(huán)境污染物的快速檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。靈敏度和準(zhǔn)確性也低于傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，但是快速檢測(cè)技術(shù)具有方便、也低于傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，但是快速檢測(cè)技術(shù)具有方便、快速、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，非常適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。測(cè)定重金屬的基本原理就是重金屬離子與形成酶活性中心的巰基或甲巰基結(jié)合后，改變了酶活性中心的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，引起酶活力下降，從而使底物一酶系統(tǒng)中的顯色劑顏色、電導(dǎo)率和吸光度等發(fā)生變化，這些變化可直接通過(guò)肉眼或借助于電信號(hào)、光信號(hào)等加以區(qū)別。與傳統(tǒng)的重金屬分析方法相比，酶抑制法具有快速、簡(jiǎn)便、對(duì)所分析的樣品需要量少等優(yōu)點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。目前用于痕量重金屬測(cè)定的常用酶有脲酶、過(guò)氧化物酶、黃嘌吟氧化酶、葡萄糖氧化酶、丁肽膽堿。2.9免疫分析法免疫分析具有高度特異性和靈敏度，在環(huán)境分析領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。用免疫分析法對(duì)重金屬離子進(jìn)行分析，首先必須進(jìn)行兩方面的工作：第一是選用合適的絡(luò)合物或其它化合物與金屬離子結(jié)合，使其獲得一定空間結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生反應(yīng)原性；第二是將結(jié)合了金屬離子的化合物連接到載體蛋白上，產(chǎn)生免疫原性，其中與金屬離子結(jié)合的化合物的選擇是能否制備出特異性抗體的關(guān)鍵。金屬絡(luò)合物也可以被用來(lái)作免疫動(dòng)物制備金屬的特異性抗體，因此只需要少數(shù)幾種絡(luò)和劑就可完成多數(shù)重金屬離子單克隆抗體的制備和樣品的免疫分析。但是，金屬離子單克隆抗體的制備非常困難，而較容易制備的多克隆抗體又難以滿足對(duì)金屬離子的特異性要求，這在很大程度上限制了汞等重金屬離子的免疫分析方法的研究與發(fā)展。2.10生物傳感器近20年來(lái)，人們不斷開發(fā)多種生物傳感器用于測(cè)定水溶液中的毒性化合物，因此研制酶?jìng)鞲衅鱽?lái)檢測(cè)環(huán)境重金屬成為生物傳感器研究熱點(diǎn)。首先是酶?jìng)鞲衅?。如Tadeusz等將脲酶包埋在pH敏感銥氧化電極表面的PVC膜上，通過(guò)將反應(yīng)系統(tǒng)電勢(shì)下降的初始速率(與酶初始反應(yīng)速率成正比)轉(zhuǎn)化為抑制率來(lái)檢測(cè)汞和其它重金屬離子。不同形態(tài)的汞離子如Hg(N03)2、Hg2Cl2、PhHgCl、Hg2(N03)2等抑制效應(yīng)Hg不同，其中無(wú)機(jī)汞的檢測(cè)范圍可達(dá)0.05一umol/L。ShinichiKomaba等w］也開發(fā)了一種月尿酶?jìng)鞲衅?，所不同的是在酶固定化方法上采用了電聚合惰性聚毗?PPy)與尿酶相結(jié)合的技術(shù)，用這一傳感器可使Ag+的檢測(cè)限達(dá)到X-X-4mol/L。如用EDTA作為其它重金屬離子的掩蓋劑，則可進(jìn)一步提高其檢測(cè)靈敏度。其次是特異性蛋白生物傳感器。金屬離子與固定在電極材料上的特異性蛋白結(jié)合后，蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，通過(guò)靈敏的電容信號(hào)傳感器可以定量檢測(cè)這種變化。這就是特異性蛋白生物傳感器的基本工作原理。如汞離子可與特異性的汞離子結(jié)合調(diào)控蛋白MerR。此外，汞、銅、鎘、鋅、鉛等重金屬離子可與金屬硫因子SmtA結(jié)合。BontideanI等利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)在大腸桿菌中過(guò)量表達(dá)了MerR和GST—SmtA蛋白。純化后的蛋白固定在以自組織形式化學(xué)修飾了硫醇的金電極表面，作為工作電極。通過(guò)一個(gè)流動(dòng)分析系統(tǒng)，對(duì)樣品中的金屬離子進(jìn)行了檢測(cè)。以MerR為生物識(shí)別材料的電極對(duì)汞離子具有很高的選擇性，而以GST—SmtA為生物識(shí)別材料的電極則對(duì)多種金屬離子具有相似的響應(yīng)。這2種方法對(duì)金屬離子的檢測(cè)限均可達(dá)umol/L水平，檢測(cè)上限為10-10mol/L,低于傳統(tǒng)儀器分析方法和一般酶分析方法。雖然這種方法具有極高的檢測(cè)靈敏度，但是由于檢測(cè)必須在純凈的溶液中進(jìn)行，所以目前還難以用于實(shí)際樣品的檢測(cè)2.11熒光探針?lè)_丹明類化合物是以氧雜蒽為母體的堿性染料，由于特殊的結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的熒光特性，使羅丹明類熒光染料成為化學(xué)和生物分析領(lǐng)域中研究較為廣泛的課題。與其它常用的熒光染料相比，羅丹明類熒光染料具有光穩(wěn)定性好、對(duì)pH不敏感、較寬的波長(zhǎng)范圍和較高的熒光量子產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境化學(xué)、等方面，是分析化學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域中最常用的熒光染料。由于羅丹明分子的特殊結(jié)構(gòu)，其羧基可與伯胺反應(yīng)生成獨(dú)特的五元環(huán)內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)。閉環(huán)結(jié)構(gòu)的羅丹明內(nèi)酰胺的摩爾吸光系數(shù)和熒光量子產(chǎn)率非常低，幾乎沒(méi)有熒光。當(dāng)識(shí)別集團(tuán)R在羰基的作用下與重金屬離子發(fā)生作用時(shí)，可導(dǎo)致探針的內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)破壞，形成開環(huán)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。該種探針的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)適當(dāng)?shù)臉蚵?lián)劑將羅丹明類熒光母體與高選擇性的含有N,O,S等雜原子的識(shí)別基團(tuán)R連接，從而達(dá)到對(duì)重金屬離子更高的靈敏性和更好的選擇性。3結(jié)論及展望隨著社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展，工農(nóng)業(yè)廢棄物和城市生活垃圾的劇增，以及農(nóng)藥和化肥的大量使用，人類賴以生存的土壤。水體等環(huán)境遭受到了嚴(yán)重的重金屬污染，并呈加速趨勢(shì)。當(dāng)重金屬含量超過(guò)了一定的限度，會(huì)造成生態(tài)環(huán)境的惡化和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降，最終嚴(yán)重影響人類的健康。因此，重金屬檢測(cè)越來(lái)越受到人們的重視，研究人員需要不斷克服重重困難，利用現(xiàn)代的高科技樹成果來(lái)尋找靈敏度更高、特異性更強(qiáng)且能