原子吸收光谱法测定头发中锌的含量

原子吸收光谱法测定头发中锌的含量
091130016 陈芝江化学化工学院
引言
锌是人体必须微量元素之一，目前认为锌对机体的重要性仅次于铁，是机体中200多种酶的组成部分，参与了广泛的生化作用，参与了人体内无数种蛋白质、核酸的合成，对促进生长发育和组织修复，增强免疫力及提高智商等都有重要作用。

正常人体内锌含量为1.4~2.5g，分布于人体各组织器官中，其中头发中锌的含量为125~250ug/g，其含量反映出人体中锌的营养状况。

儿童缺锌会表现出厌食、异食、皮肤粗糙、反复呼吸道感染、生长发育落后、反复性口腔溃疡、长期或反复腹泻、认知能力不良、精神发育迟缓等症状。

【1】
摘要
在实验条件的限制和实验方案可行性制约下，本次实验采用原子吸收光谱法测定头发中锌的含量。

该方法操作简单，实验结果准确。

关键词锌离子原子吸收光谱定量分析
文献中锌离子的检测方法有很多种，例如：
（1）、将分光光度法和流动注射技术联用, 建立了一种可用于在线快速检测环境水样中痕量Zn(Ⅱ)的新方法。

通过实验优化了锌-PAN-吐温80-四硼酸钠显色体系及分析流路。

在优化条件下, 锌离子在5～400μg·L-1范围内具有良好的线性(相关系数r = 0.9998), 检出限为1.3μg·L-1 , 相对标准偏差(RSD)为1.24 %(20μg·L -1 Zn2+, n =15), 采样频率为24个样/ h。

应用于环境水样中Zn(Ⅱ)的测定, 回收率在93.5 %～104.0 %之间。

【2】
1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)是橙红色结晶性粉末，为三齿配位体结构，可与锌离子反应生成ML2型稳定的螯合物，在550～570 nm 之间有较大的吸光度，能够准确地监测出锌离子浓度。

【3】该方法具有仪器简便、方法简单、测量快速、灵敏度较高、准确度较好、线性范围较宽等特点, 适用于环境水样中锌离子的检测。

但是仪器设备不可得，不能在现有实验条件下操作。

（2）、在pH为4.0~5.5的乙酸盐缓冲介质中，锌离子与双硫腙形成红色螯合物，用四氯化碳萃取后进行分光光度测定，测定最大吸收波长为535nm。

存在少量铅、铜等金属离子时，对锌的测定有干扰，可用硫代硫酸钠作掩蔽剂和控制pH值而予以消除。

【4】本方法适用于测定锌浓度在5~50ug/L的水样，当使用光程长20mm 比色皿，试份体积为100mL时，检出限为5ug/L。

本方法用四氯化碳萃取，在最大吸光波长535nm测量时，其摩尔吸光度约为9.3×104L/mol·cm。

但是检测下限高于溶液中锌离子浓度两个数量级，实际操作效果可能较差，实验误差较大。

（3）、离子选择电极(Ion Selective Electrode, ISE)，是以具有选择透过性的薄膜(即敏感膜)作为敏感元件的一种电势型化学传感器，可将非电量的浓度、活度信息转换成易于测量的电势信号加以测量。

目前应用最普遍的ISE是对H+敏感的pH电极。

当将指定离子的ISE插入含有这种离子的溶液中时，ISE的敏感膜与溶液的接触面上便产生了与溶液中离子活度或浓度的对数成线性关系的界面电势，理想情况下这种关系符合Nernst方程。

采用Zn-ISE（为PVC膜锌离子选择电极，由俄罗斯圣彼德堡大学化学系制备，其主要技术参数如下：使用温度：5-50℃；电阻抗（20℃）<10MOhm；）检测。

锌离子测量范围为1.0×10-1～1.0×10 -5mol/L；测量时用硝酸把PH值范围调至5-8。

采用Zn-ISE电极对这四种缓冲溶液进行测量，测得的结果如图1. 所示，由下图可以得知当锌离子浓度在大于10-8 mol/L的时候，标准曲线线性良好。

因此说明在此浓度下，锌离子选择电极依然工作良好。

缓冲溶液将测量下限扩展到了10-8 mol/L。

【5】但是该方法仪器设备不可得，无法应用于本次实验的检测。

图1.
参考文献
【1】朱景明儿童发锌含量与相关因素的探讨中国实用医药杂志2007. 3(2). 9: 53
【2】张传云，马福军. 原子吸收分光光度法测定冷饮中锌[J].中国卫生检验杂志.
2002 ,12(5) :201 - 203
【3】程广禄, 上野景平, 今村寿明. 有机分析试剂手册[M].215 北京: 地质出版社, 1985.
5, 142 - 149
【4】GB7472-87
【5】胡卫军，王平锌离子选择电极在微量元素检测中的标定中国科技论文在线（）
实验方案
本次实验采用的是原子吸收光谱法，根据原子吸收光谱法的原理，在使用锐线光源条件下，基态原子蒸气对共振线的吸收符合朗伯-比尔定律：
00lg KLN I
I A == 在试样原子化时，火焰原子温度低于3000 K 时，对大多数元素来说，原子蒸气中基态原子的数目实际上接近原子总数。

在固定的实验条件下，待测元素的原子总数与该元素在试样中的浓度成正比。

因此，上式可以表示为
c K A '=
这就是原子吸收定量分析的依据。

具体测定时，要根据被测金属元素浓度的线性范围配置试样溶液。

对于本实验，线性范围是：0 ~ 3 μg/mL 。

根据头发中锌含量的文献值大约为150 μg/g ~ 250 μg/g ，所以若是取0.1 g 发样，将其稀释至50 mL 容量瓶中得到的试样的锌浓度大约为1 μg/mL 左右，刚好处于线性范围的中间，保证了测定的准确性。

需要的仪器：火焰原子吸收分光光度计；乙炔钢瓶；空气压缩机；锌空心阴极灯；电热板；100 mL 容量瓶9个；50 mL 容量瓶1个；消解杯1个；25 mL 烧杯3个；10 mL 胖肚移液管1支；10 mL 刻度移液管1支；1 mL 刻度移液管1支；洗液瓶1个；胶头滴管1根；洗耳球1个。

需要的试剂：锌储备液（称取光谱纯锌1.000 g ，溶于20 mL 6 mol/mL 硝酸，移入1000 mL 容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀，含Zn 2+ 1.000 mg/mL ）；浓HNO 3（AR ）；30% H 2O 2；去离子水。

实验步骤：用不锈钢剪刀从后颈部减取头发试样，将其剪成1 cm 发段，用洗发香波洗涤，再用自来水清洗多次，将其移入布氏漏斗中，用10mL 去离子水淋洗，于110 ℃下烘干。

准确称取发样0.1g （精确至0.1 mg ），置于消解杯中。

先加入4 mL 浓HNO 3，稍冷后缓慢滴加2 mL 30% H 2O 2。

待溶液反应稳定后置于电热板上加热消解，加热温度控制在中档，消解至溶液澄净透明。

若消解后呈深棕色，应再加少许H 2O 2，继续加热使之变浅，最后细心蒸至溶液剩余1~2 mL 。

加少量去离子水稀释，转移至50 mL 容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀，待测定。

实验条件参见表1。

表1. 锌的原子吸收分析中仪器的最佳工作条件参考
标准曲线的绘制：在8个100 mL 容量瓶中加入10.0 μg/mL Zn 2+标准溶液0 mL ，2 mL ，4 mL ，6 mL ，8 mL ，10 mL ，15 ml ，20 ml ，加入浓HNO 3 2滴，用去离子水稀释至刻度，摇匀。

系列锌标准溶液浓度为0，0.2000 μg/mL ，0.4000 μg/mL ，0.6000 μg/mL ，0.8000 μg/mL ，1.000 μg/mL ，1.500 μg/mL ，2.000 μg/mL 。

结果处理：
由实验操作可得到表2. 的实验数据：
2+
由表2. 绘制出Zn2+离子的A-c曲线如图2. 所示。

由图2. 可得图中直线的方程为A=0.117c + 0.0093
线性相关系数r2=0.996
本次实验样品称重：m=0.1156g
配成溶液吸光度：A=0.143
则由直线方程计算出溶液浓度：c =（A-0.0093）/0.117=1.14μg/mL ∴头发中Zn的含量：ω=cv/m=493μg/g
实验讨论
本次实验测定头发中Zn含量为493μg/g，高于文献值，造成这种情况可能有多种原因：
1.饮食结构的习惯可能影响头发中Zn的含量，比如现在的人普遍每天都饮用牛奶，而牛
奶中就含有丰富的Zn，过多的Zn摄入量可能通过头发的生长排出身体；
2.实验样品采集于科研工作者，主要从事脑力劳动，可能头发中的Zn含量会高于正常人，
即脑力劳动强度的大小可以通过头发中Zn含量反映出来；
3.本次实验样品处理经过了110℃的高温烘干，可能会造成头发中部分有机物分解，即烘
干前后样品质量产生较大差异，使得非挥发性的Zn含量升高；
4.在实验过程中，乙炔空气比设置为为1:4，虽然做标准浓度样品时火焰一直为淡蓝色，
但是在做未知浓度样品时，火焰颜色变为黄色，这可能是头发中含有Na造成的，但是也不能排除是由于头发样品中还残留部分未消解的有机物造成火焰燃烧的不完全，若火焰燃烧不完全产生炭黑，则炭黑就会对光源产生吸收，从而使待测样品测定吸光度偏大，造成头发中Zn含量测定偏大，从文献报道来看，测得头发中Zn含量在正常值内的，其火焰乙炔空气比大多小于本次实验使用值，即为贫燃火焰。