生物材料检验各重点

第一章、绪论
第一节概述
一基本概念
生物材料(biological material）是生物体的体液（血液）、排泄物（尿液、呼出气）、毛发和试验动物脏器组织的总称。

生物材料检验(analysis of biological material）是研究生物材料中化学物质或其代谢产物或由化学物质引起机体产生的生物学效应指标变化的分析测定方法。

生物接触限值（biological exposure limit, BEL)是为保护作业人员健康，对生物材料（尿、血、呼出气)中污染物或其代谢产物所规定的最高容许浓度,或某些生物效应指标改变所容许的范围.其值相当于健康工人吸入或接触最高容许浓度的毒物时，生物材料中被测物的含量水平.
生物标志物可为三类：1.接触性生物标志物2.效应性生物标志物3.敏感性生物标志物.
二生物材料检验方法的一般要求
1、选择或者建立生物材料检验方法时，必须考虑样品和待测成分的理化性质，特别要注意待测成分在样品中的含量水平和共存成分对测定的影响。

2、对分析方法的选择性和灵敏度和准确度有较高的要求。

3、自动化程度、分析操作难易程度、试剂易得性、分析周期和成本等因素也是应该考虑的因素.
三、毒物代谢一般机制和排泄途径
（一)毒物进入人体的途径
环境中的各种化学物质主要通过呼吸道、皮肤黏膜和胃肠道进入人体,而作业环境中化学物质主要通过前两种途径进入人体.
血/气分配系数:空气中有毒气体或蒸汽中的浓度可与血液中的浓度达到平衡,平衡时在血液中浓度与肺泡气浓度之比，对每种气体或蒸汽是一个常数即血/气分配系数.意义：血/气分配系数越大表示该气体或蒸汽越易进入血液,而且达到饱和的时间越长。

呼出气有混合呼出气和终末呼出气两种。

影响呼吸道对毒物吸收的因素
1、血/气分配系数
2、呼吸深度与速读
3、血液循环速度
4、气温、气湿，有无其他溶剂共存等都将影响呼吸道对毒物的吸收量。

表皮屏障不完整可加速毒物经皮肤吸收。

一般外源性化合物在胃肠道中的吸收主要是通过简单的扩撒作用，胃肠道中外源性化合物的吸收过程的影响因素主要有胃肠蠕动频率和外源性化合物的溶解度和分散度。

（二）毒物在人体内的分布
测定血液样品时应视毒物在血中的分布情况而确定是否选择血清。

血浆或全血。

（三)毒物在人体内的生物转化
外源性化合物在体内经过一系列化学变化并形成其衍生物以及分解产物的过程称为生物转化或代谢转化,所形成的衍生物即代谢物。

肾脏、肺、肠等器官也具有一定的代谢转化能力。

（四)毒物的排泄途径
1.进入人体的毒物在肝脏等器官代谢或生物转化后，主要经肾脏滤过后随尿液排泄，有部分经胆汁进入肠道,随粪便排泄，也有少量可随乳汁、汗液、精液、月经、指甲和毛发等排出。

四、检验指标的选择及分类
（一）检验指标选择的基本要求
1、特异性好
2、具有良好的剂量—效应关系
3、稳定性好
4、有准确可靠的检测方法
(二）生物材料检验指标的分类
1、化学物质原形
2、化学物质代谢产物
3、生物效应指标
五、检验结果的评价
生物接触指数（BEI）:表示从暴露在某化学物质时间加权平均浓度下的健康工人中所收集的生物材料生物学指标的的水平.
第二节样品的收集与保存
一、样品种类及其特点
1.生物样品的选择原则
(1)选用的生物材料中被测物的浓度与环境接触水平或与健康效应有剂量相关关系；
（2)样品和待测成分(指标)足够稳定以便于运输和保存；
(3）采集生物样品对人体无损害，能为受检者所接受.
目前用得最多的生物材料是尿液,其次是血液和呼出气。

（一）尿液
尿液是最常用的生物材料检验样品，因为采集方便，无损伤，容易被受检者接受，能次啊级较大量的样品。

尿样可分为全日尿、晨尿、定时尿和随机尿等，我们需用尿比重法或尿肌酐法校正被测物质的浓度。

这里班前指进入工作岗位前1h，班中指的是开始工作后2h至下班前1h,班末指的是下班前1h之内,班后指的是下班后1h之内.
（二）血液
血液，特别是静脉血，是最常用的生物材料之一.血液样品可分成全血、血清和血浆。

加抗凝剂后分离出的上层淡黄色透明液体为血浆，不加抗凝剂分离出的上层淡黄色清夜为血清。

（三）毛发
毛发的代谢缓慢,各种微量元素常在毛发中。

采集发样的主要优点是采样时候受检者无疼痛、无创伤，样品易于储存和运输,不需要特殊容器，样品稳定性好。

头发表面易受空气污染物的影响,采样后需用洗涤的方法出去表面沉积物，洗涤过程和残留的洗涤剂均有可能对测定结果带来影响。

（四）呼出气
1.呼出气主要成分是二氧化碳、水蒸气和微量易挥发性有机组分。

2。

呼出气的优点是样品收集方便,可以连续采样，样品中的干扰物质比较少，容易为受试者所接受，缺点是被测物含量较低，需要浓缩采样或者需要灵敏度更高的分析方法。

3。

用于生物监测的其他的生物样品有指甲,牙齿，分泌物等.
二、样品的收集运输保存和取样
（一)一般要求
1.采样时间
生物半减期：是指进入生物体内的化学物质的量通过各种途径消除一半所需要的时间。

2.采样环境
3.采样容器：采样前用酸溶液浸泡过夜，洗净晾干。

4.样品运输和保存
5.采样记录
（二）样品采集和保存
1.尿样:通常将尿样收集于洁净的500ml硬质玻璃瓶或聚乙烯瓶中，24小时尿样则收集于容积较大的瓶中。

采样后需尽快测定尿比重或肌酐含量，以便对测定结果进行校正.
2。

尿样测定结果的两种校正方法：
校正方法有比重校正法和肌酐校正法两种。

（1)比重校正法：将尿中被测物浓度校正为标准比重(我国规定尿样的标准比重为1.020)下的浓度，校正公式为：C校=C×(1。

020—1。

000）／(d—1。

000）=C×K
式中C校--经校正后尿中待测成分的浓度(mg/L)；C—-测得的尿中待测成分的浓（mg/L）；1。

020--为我国采用的尿的标准比重;d--实际测得的尿样比重；K——校正尿比1.020的系数。

(2)肌酐校正法：
在一般情况下饮食、饮水量和利尿剂对肌酐的排出率没有太大影响，健康人一天排尿所排出的肌酐量变化很小，一般在1。

8g左右。

因此，可用经尿液排出1g肌酐所相应的待测成分的量来表示尿中待测物的浓度，或经尿液排出1.8g肌酐所相应的待测成分的量来代表全天尿中待测成分的含量。

校正公式为：
尿中待测成分浓度(mg∕g肌酐)=实测浓度（mg/L)／肌酐浓度(g/L)
尿中待测成分浓度（mg∕d）=实测浓度（mg/L）／肌酐浓度(g/L) ×1.8g/d
2.血样
通常采集静脉血或者末梢血为样品。

取末梢血时候不得用力挤压采血部位,尽量让其自然流出，并弃去第一滴血，避免因组织液渗出将血样稀释。

2.发样
通常用不锈钢剪刀采集距离头皮约2.5cm的发段1—2g。

3.呼出气
采集呼出气可用塑料袋和玻璃管等。

4.其它样品
（三）取样分析原则
1.血液、尿及其他体液必须充分混合后再取样分析
2.骨和脏器样品应剔除脂肪和结缔组织等异体物质后，彻底粉碎、充分混匀后才可称取分析样品。

3.贮存于低温冷冻的样品
4.烘干粉碎、磨细或剪碎的发、骨及其他脏器组织的干样,称样前必须干燥至恒重.
5.称取样品的量应保证样品的代表性，其中待测物质的浓度或量必须满足分析方法的定量下限。

第三节生物材料样品的预处理
一、无机元素分析的样品预处理
1.基本要求
1、避免待测元素损失及污染
2、尽可能减少化学试剂的用量
3、操作简便省时
4、待测组分回收率达到分析要求
5、操作过程安全性高。

（一）稀释法
（二）酸提取法
（三）矿物化法
破坏生物样品中有机物的方法有湿消化法和干灰化法
1、湿消化法
用强氧化性酸和其他氧化剂，结合加热，使样品中所有有机物破坏,待测成分变成易溶的盐类。

常用的氧化性酸有硝酸、硫酸和高氯酸,氧化剂有高锰酸钾和过氧化氢等。

（1）硝酸—高氯酸法：氧化能力强，反应速度快，消化温度低,挥发损失小.由于硝酸和高氯酸的沸点均较低，过量的酸液容易挥发除去.
(2)硝酸-高氯酸—盐酸法：本法用于示波极谱法测定尿中铅镉等元素的测定。

加入盐酸的目的是与锡生成氯化物蒸发除去，消除锡对极谱测定的干扰。

（3）硝酸—高氯酸-硫酸法：是应用最广泛的一种有机物破坏方法，适用于除挥发性元素外的金属毒物测定时，各种生物样品的处理.加入硫酸后，可适当地提高消化温度，充分发挥硝酸和高氯酸的氧化作用,防止烧干。

（4) 硫酸-高锰酸钾法:利用高锰酸钾—硫酸在低温下氧化尿中有机物，再用盐酸羟胺或过氧化氢将过量的高锰酸钾褪色，此法专用于分析尿汞时样品的消化.
2、干灰化法
干灰化法操作简便，加入试剂少，空白值低，特别适用于大批样品的处理。

但干灰化法使用的温度高，待测成分易挥发损失，同时待测成分被坩埚材料吸留,难于溶出，使回收率降低。

为了帮助灰化，降低待测成分的挥发和吸留损失，可加入适当的助灰化剂,如硝酸、硫酸、硝酸镁和氧化镁、氢氧化钾等。

（四)加压分解法
（五)微波消解法
（六）酶分解法
二、有机物分析样品的预处理
（一）预空法
（二）水蒸气蒸馏法
适用于分离纯化挥发性化合物
（三）溶剂萃取法
是利用待测组分与样品的干扰杂志在互不相溶的两种溶剂中的分配系数不同而达到分离。

（四）固相萃取法
（五）固相微萃取法
（六）其他提取方法
第四节生物材料检验质量控制
生物材料检验的特点是样品基体复杂,大多数被测物质都是衡量组分。

质量控制实际上就是对实验误差进行控制。

一生物材料检验质量控制一般方法
实验室质量控制包括实验室内部质量控制和实验室间质量控制
（一）实验室内质量控制的基本条件
1.实验室管理
2.检验人员培训
3.实验室环境
4.仪器设备及容器
5.化学试剂和实验用水
（二）测试过程中的质量控制
1.分析方法选择
优先选择国家标准分析方法，若无国家标准方法，应选择灵敏度高、选择性好、准确度高、精密度好和相对快速的分析方法。

2.样品的采集和处理
3.分析误差与评价
由空白实验的批内标准偏差计算分析方法的检出限；比较各溶液的批内变异和批间变异；比较样品、加标样品与标准溶液测定结果的标准偏差;计算样品的加标回收率.
（三）绘制质量控制图
1.目的在于对日常分析系统进行经常性核对，以便及时发现问题，分析原因，采取措施.
2.最简单和常用的质控图是均值质控图。

3。

质控图有多种类型，包括均值控制图、空白实验值控制图、回收率控制图、均值-极差控制图等。

（四）实验室间质量控制
最常用的方法有标准物质检验法和双样图法。

二、标准物质及其在生物材料检验中的应用
（一）标准物质
我国生产的标准物质分为两个等级，即一级标准物质和二级标准物质
标准物质具有如下特征:
1、定值的准确度具有国内最高水平，每一种出证的特性量值都附有给定置信水平的不确定度；具有国家统一编号的标准物质证书；均匀性保证在定值的精度以内，且稳定性在一年以上,具有规定的合格的包装形式。

2、二级标准物质:其特性量值通过与以及标准物质直接比对或用其他准确可靠的分析方法测试而获得，准确度和均匀性能满足一般测量的需要,稳定性在半年以上，或能满足实际测量需要，报国家计量局直接备案
3、实验室还经常使用质量控制样品,其作用是在一定范围内用于分析过程的质量控制，保证分析结果的精密度及准确度.
（二）标准物质的作用及选用原则
1.标准物质的作用：用于评价分析方法和测定结果的准确度；用于校准物校准各种测试仪器；作为检验工作的标准和用于分析质量保证工作。

2.标准物质选用原则和注意事项
（1）基本组成：组分越接近越好
（2）浓度水平：要选择浓度水平合适的标准物质
(3）要注意标准物质证书中规定的有效期限
(4)必须子啊分析系统达到稳定后再使用标准物质，否则分析系统不稳定和噪声高、灵敏度低或存在明显的系统误差，即使使用标准物质也无意义。

第五节生物材料样品正常参考值的制定
一、人体生物样品正常参考值及其意义
人体生物样品正常参考值值正常人的各种生理数据，组织或排泄物中各种成分的含量等. 正常参考值的意义：
1.对某地区居民的血尿或头发等生物材料中有毒有害物质如微量元素的测定,可为该地区的生活环境污染状况提供依据；
2.测定职业工人的尿血或头发中的有害物质的含量，为职业中毒诊断和疗效观察提供重要的参考依据，同时还可用于工作环境污染状况的评价；
3.测定正常参考值可用于评价生活环境质量与人体健康效应，为疾病的诊断地方病的防治和诊断以及青少年生长发育状况提供依据；
4.测定正常参考值为制定或修改卫生标准提供重要的科学依据。

二、制定正常参考值的一般步骤及有关注意事项
（一）指定正常参考值的一般步骤及其有关注意事项
包括：1、选择足够数量的正常人作为研究对象2、根据所测定项目的要求采集适宜的生物材料样品3用已经建立并经验证的方法对采集的样品进行准确测定4.用统计学的方法处理测定结果并计算正常参考值、
（二）制定正常参考值有关注意事项
1、监测对象的选择
2、判定分组
3、样本含量
4、分析测定
5、确定单双侧
6、选择适当的百分比范围
7、选择计算正常参考值范围的方法
第二章金属元素的测定
凡含量为人体总重量的0。

01％以上者为宏量元素，含量〈0。

01%者称为微量元素。

很据元素在体内的作用又可分为必需元素、治疗用元素和有毒元素。

（也有人分为必需元素、可能必需元素和非必需元素）
必需元素应满足以下条件:
①这种元素存在于一切健康机体的所有组织中
②在组织中的浓度相当恒定
③缺乏钙元素时,能在不同组织中相似的结构和生理功能性异常
④补充该元素能够防止此类异常变化
⑤补充该元素可以使失常的功能及结构恢复正常
目前公认的必需微量元素有14种:铁、铜、锌、锰、铬、钴、镍、硒、钼、钒、锡、氟、碘、锶
治疗用元素有：金、铝、铋、镓、锂、铂、锗等
有毒元素有:铅、铬、砷、汞、银、铍、锑、碲和铊
第一节铜铁锌
一、理化特性
铜（Cu）：为带红色光亮光泽，有较好的延展性金属，电热的良好导体。

在干燥的空气中较稳定。

主要氧化态有+1和+2价。

铁（Fe)：银白色金属，比较活泼，在空气中易腐蚀，常见价态为+2、+3价。

锌(Zn）：有光泽的蓝白色金属,延展性好，可制成多种合金，主要价态为+2。

二、代谢和生物监测指标
一般成年人体内含铁3~5g，其中肝脾含量最高。

铁主要经胆汁、粪便、尿排出，也可经皮肤、汗液、毛发排出。

铁过量和中毒现象很罕见,误服大量的铁制剂可能会造成铁中毒。

在肝脏中蓄积，从而损害肝脏、脑下垂体、肾脏及甲状腺的机能。

中毒症状为呕吐、腹泻、腹痛、黑便、胃肠炎、胃肠道出血、急性肠坏死等.
锌的生物学作用：①可作为多种酶的功能成分和激活剂
②促进机体生长发育
③促进维生素A的正常代谢和生理功能
④参与免疫功能过程
体内锌主要经粪便、尿、汗、乳汁、毛发等排出。

锌摄入过多可引起急性中毒。

多由空气或水污染、误服等造成。

中毒的主要症状有腹痛、呕吐、腹泻、里急后重、厌食等,由呼吸道进入则表现为低热、感冒样症状、食欲不振等。

三、样品采集及保存
铜铁锌测定的样品主要是血液（以血清最常见）和头发，偶尔采用骨、组织和体液等。

血样短期保存在4℃冰箱中.长期保存在—20℃冰箱中.
四、血清中铜铁锌的测定
火焰原子吸收法是最方便，最广泛的方法。

6.原理经处理后的血清样品溶液喷入空气—乙炔焰中，被测元素转变成基态原子蒸汽，基态原子蒸汽吸收由该元素空心阴极灯辐射出的特殊谱线产生分析信号,与标准比较定量.
7.样品处理取血清样品用1%硝酸或6％正丁醇溶液稀释5～10倍，混匀备用。

8.注意事项由于铁的谱线较多，应选用比较窄的光谱通带以防止谱线干扰.
第二节钙和镁
一、理化特性
钙(Ca）银白色，在空气中与氧缓慢作用，与冷水作用缓慢.钙是碱土金属中最活泼的元素。

氧化态为+2。

镁（Mg）银白色，能和大多数非金属和酸反应。

氧化态为+2。

二、代谢和生物监测指标
钙不但是骨骼和牙齿的主要组成成分，还具有参与细胞分裂、增殖、收缩、运动、凝集、分泌、兴奋活动等重要生理功能.
钙的主要作用：①维持细胞的通透性
②维持正常的神经兴奋的传递和肌肉的收缩舒张
③帮助血液凝固并调控血液酸碱平衡
④参与或激活多种酶的活性
⑤刺激精子的成熟
⑥除去结肠膜上癌灶性物质
人体钙主要通过尿、汗、乳汁和粪便排出.
三、血中钙和镁的测定
2、样品处理取血清样品并用1%的硝酸稀释20倍,混匀备用。

骨样可在800℃下干灰化0。

5h，将样品转移至适宜容器中，加2ml浓硝酸溶解，待完全溶解后用纯水定容,稀释100～200倍,备用。

第五节铅
一、理化性质
铅（Pb）灰蓝色或银灰色的软金属，四乙基铅曾作为汽油防爆剂，是大气铅污染的主要来源之一。

二、代谢和生物监测指标
铅及其化合物可通过呼吸道、消化道吸收，少数化合物可通过皮肤吸收.
吸收的铅很快进入血液并分布到各个软组织，以肝、肾、肺的浓度最高,以后又重新分布，主要进入矿化组织，如骨骼和牙齿。

血铅浓度常代表近期的环境暴露水平，进入血液的铅约96%存在于红细胞.
铅主要通过粪、尿排出另外也可通过乳汁、唾液、汗液排出.
血铅和尿铅为铅接触和铅负荷的主要生物监测指标。

血铅浓度常被用于衡量铅的暴露水平.尿铅浓度是测定体内铅负荷的最好指标。

三、样品采集及保存
1、尿样收集一次尿样，测量比重，如不能立即分析,按1％的比例加入硝酸,在4℃冰箱内可保存2周。

2、血样采末梢血常取于手指或耳垂，在皮肤上迅速针刺一定深度,让血自然流出，不宜用力挤压，以免组织液稀释血液影响结果.
四、尿铅和血铅的测定
1、二硫腙比色法是测定尿铅和血铅的经典分析方法，只需一台可见光分光光度计便可.但是接触氰化钾和三氯甲烷等有害物质。

2、萃取—火焰原子吸收光谱法
3、石墨炉原子吸收光谱法只需将尿样和血样稀释后便可直接测定.
（一）石墨炉原子吸收光谱法
注意事项：（1）基体改进剂的作用：由于尿样组分复杂不恒定，故常在尿样中加入集体改进剂（4％磷酸二氢铵—6%抗坏血酸）,能有效地克服基体干扰。

（2）背景吸收的减免:装有塞曼效应或自吸效应背景校正的仪器均能正确地扣除背景。

第六节镉
一、理化特性
镉（Cd）略带淡蓝的银白色金属,质软并富有延展性。

在空气中稳定。

二、代谢和生物监测指标
镉是一种有毒元素，在人体内蓄积性很强，主要蓄积在肾脏和肝脏，约占总蓄积量的50%. 最早影响肾功能和肝功能，主要表现为低分子蛋白尿和肺水肿症状。

慢性镉中毒还可引起骨质疏松或骨质软化.
WHO推荐，无职业接触者血镉正常值一般在5ug/L以下,职业接触工人血镉生物限值为5。

1ug/L。

尿镉主要反映体内镉的负荷量。

三、样品采集及保存
2.血液
8、末梢血
9、静脉血
（二）尿液
尿液一般收集晨尿和全日尿，在无污染环境中进行。

四、血和尿中镉的测定
（一）火焰原子吸收分光光度法
（二）石墨炉原子吸收分光光度法
（三）微分电位溶出法
第三章非金属化合物及其代谢产物的测定
接触途径：冶炼、化工、农药、、合成橡胶、非金属矿开采、电子工业
第一节一氧化碳
一、理化性质
CO为无色、无臭、无刺激性的有毒气体.燃烧时成蓝色火焰，高温下与硫反应生成羰基硫，
与过渡金属反应生成金属羰基化合物.
二、代谢和生物监测指标
1、人体接触一氧化碳有职业接触和非职业接触两种。

职业接触:冶金工业中炼焦、炼铁、铸造、热处理，化学工业中合成氨、生产光气、丙酮、甲醇;煤矿瓦斯爆炸；非职业接触：民用煤炉、汽车尾气、吸烟。

2、中毒机制：CO进入机体后，与血液中血红蛋白生成碳氧血红蛋白，影响血氧血红蛋白的解离，阻碍氧的释放。

3、CO与血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力高200～300倍,而碳氧血红蛋白比血氧血红蛋白的解离速度慢3600倍。

血液中形成的碳氧血红蛋白和血氧血红蛋白的比例在很大程度上取决于CO和O2的分压。

4、检测指标:1）碳氧血红蛋白。

轻度中毒浓度10％，中度中毒30％，重度中毒50％。

2）呼出气中CO含量。

三、样品采集及保存
1、呼出气采样应在接触CO 3h后临近工作班末进行,收集终末呼出气。

如无便携式直读仪器，可保存于采样管和采气袋中，立即密封。

2、血液在接触CO 3h 后工作班末或接触最高浓度时采样，采集静脉血或末梢血。

4℃冰箱保存，一般可保存一周。

四、血中碳氧血红蛋白的测定
(一）分光光度计法
1.原理:
1)血液中含四种血红蛋白成分：还原血红蛋白、氧合血红蛋白、碳氧血红蛋
白、微量高铁血红蛋白
2)利用还原剂将氧合血红蛋白和高铁血红蛋白还原成血红蛋白
3)待测血样在420nm、432nm下有最大吸收峰
2.样品采集与保存：采集末梢血于4℃冰箱中保存
3.测定方法
（1）摩尔吸光系数的测定：用同一浓度的血样制的Hb夜和HbCO液，测定其在430nm和420nm两个波长下的吸光度值,代替摩尔吸光系数.
（2）血样测定
4．注意事项：
(1）所用氮气和氧气应为高纯度的，若不纯，则含微量的CO,干扰测定结果。

（2）连二亚硫酸钠遇睡易分解，在空气中易被氧化失效，应以小瓶分装使用，避免接触空气和水分。

（3)必须使用新鲜血液。

（4)测试液尽量避免接触空气,及时测定，否则会造成结果偏低。

第二节二硫化碳
一、理化特性
二硫化碳在常温下为无色透明、略带芳香味的液体，工业呈微黄色,并有烂萝卜气味。

是挥发性、易燃性、爆炸性、腐蚀性都很强的物质.二硫化碳体内代谢产物TTCA，其是二硫化碳与谷胱甘肽结合所生成的特异性产物.
二、代谢和生物监测指标
1、二硫化碳是一种气体麻醉剂，损害神经和血管，对皮肤有刺激作用，皮肤接触有灼。