一提起“铅中毒”,很多人脑海中就会浮现出《时代》杂志的封面照:在衰败的旧市区里,四周充满遗弃的破碎杂物,婴儿在充满漆屑的环境中吮吸。过去认为10 μg/dL已是血铅的正常浓度水平,但5年来的大量研究已经发现:即使血铅的浓度和10 μg/dL—样低时,在美国的所有地区和经济发达国家正在成长的儿童也会受到敏感和广泛的生理、神经以及智力下降的伤害。
1980年前所建的美国居民房中,约70%的房屋仍有铅漆。虽然铅漆、污染的土壤和铅尘仍被认为是童年期吸收的主要来源,但饮水是另一种来源。据估计幼儿中来源于饮水的铅吸收占总吸入的10~20%。据环境保护署的估算:美国6岁以下儿童中,1976年到1980年期间,有10.7%的儿童其血铅浓度大于25 μg/dL,91%大于10 μg/dL;而到1990年,仅1%大于25 μg/dL。但仍有15%大于10 μg/dL。
基于以上以及另外的一些研究,疾病控制和防护中心(简称CDC)在1991年调整了小儿血铅正常浓度的上限,从1985年所订的25 μg/dL降到10 μg/dL,并建议所布6岁以下的儿童应以这一新标准进行筛分检测。同时,CDC又推荐了一种直接的检测血铅的方法,这一方法优于通过测试铅在红细胞上的生理学效应来计算铅浓度的间接方法。也只有直接法方能精确地检测到10 μg/dL以下。在卫生部(简称HHS)消除儿童“铅中毒”的20年计划中,CDC的这些建议被列在首要步骤之中。
这一新的标准同时给制造业和州卫生厅提出了一个技术的挑战。可用来直接检测血铅浓度的技术虽然可以精确且灵敏地检测更低的浓度,但却不能便携地用于由HHS负责的大批量筛分检测,尤其是当考虑到大部分州卫生厅的预算时,检测费用也不便宜。
1985年至1991年期间,最广泛使用的是两种间接功能检测方法:自由的红细胞原卟啉检测方法(简称EP)和较后出现的锌原卟啉检测方法(简称ZPP)。这两种方法用来预示铅中毒的生理学效应。铅至少介入了导致铁和血红蛋白功能团结合的血红素合成中的一步,因此留下了自由的原卟啉去蝥合泡液中的锌。自由的原卟啉的荧光是深红色的,而结合有铁的血红素不发荧光。在EP方法中,用乙酸和乙酸乙酯为萃取剂从血液中萃取原卟啉IX,然后放入盐酸中反萃取,再用一个常规的荧光计来检测其浓度。
在ZPP方法中,使用一种便携式的血液荧光计可测量出自由或锌原卟啉的荧光和功能血红素的光吸收比值。根据这个比值,通过电子转换计算可推出原卟啉浓度。EP和ZPP方法给出了长期铅吸入的间接暗示。虽然适于预测高浓度的铅,但浓度低于20或25 μg/dL时,则不灵敏,因为血铅浓度较低时,血红素的合成变化小。
CDC1991年度计划的一部分是物色公司来改进铅的测试技术,使其既能精确地检测100 μg/dL以下的浓度,费用又足够低,以至可用于大批量公众健康筛分检测项目。英国贝德福郡的ESA公司是CDC去年接触的公司之一。这一公司在其已使用了20年的ASV方法的基础上;发展了一种更灵敏感的ASV方法以适应对仪器改造的新的需要。
在ASV方法中,铅试样首先用一种去络合剂稀释成能作电解的样品,然后在一定的时间和固定电位下还原,使铅沉积在阴极表面。工作电极常常是镀有一层汞膜的饱和石墨电极。一旦铅被沉积,通过阳极扫描使铅在阳极发生氧化作用而溶解或溶出,样品中铅的含量可通过积分峰电流值算出。因Cu的还原电位在Pb附近,所以ASV有背景,但这两种金属可通过控制分析条件扫描来达到分开。
Paschal认为,改进的ASV方法方便适用,可以用于学校、社团以及其它组织的大量筛分检测,因此可能被选用作为大量筛分的方法。ESA公司已完全变更了原先电流模式的电路。用这种便利的ASV铅分析仪,检测接近到10 μg/dL的浓度。
Paschal认为另一个电分析方法看起来也很有前景,这就是电位溶出分析(PSA)。它和ASV的工作方式一样,另外通过把起始电位变得更正可以除去汞齐。PSA使电位保持恒定,汞离子发生化学氧化作用从而使沉积在汞齐覆盖电极上的铅溶出。这种技术是基于哥本哈根电位计的原型。Paschal估计用PSA检测的费用每次将是$2到$3,和ZPP方法的费用相当。
Paschal认为AAS方法因其设备沉重不便携带,和ASV以及ZPP相比很难被用于测定。同时又需氩气或乙炔气,所以在血铅的大量筛分检测中能被接纳为检测工具的可能性较小。许多中心试验室不愿接受AAS技术是因为所用设备投资就是其它方法的几倍。但是,因AAS检测使用的试剂量少,操作费用较低,冲淡了最初投资的影响。同时AAS在低含量血铅检测中既灵敏又精确。
血铅的直接检测方法可能是CDC所定分度线的最新需要。但纽约州实验研究卫生中心的Patrich J. Parsons认为直接法并不真正是一种新方法。最早的方法是手动的分光光度法和比色法,其用二苯基硫卡巴腙对铅萃取和配位,样品用量为几毫升。AAS方法用于血铅检测在60年代得到发展,其把铅螯合和萃取到甲基异丁酮(MIBK)中,再通过进样进入空气-乙炔焰,精确度一般很低,然而在40 μg/dL浓度时,标准偏差为±9或10。
控入杯原子吸收光谱(DCAAS),方法,因为它的突破性的微量进样技术和高精确度,取代了MIBK-萃取AAS方法,在70年代早期成为一个实用的血铅筛分检测方法。Parsons实验室多年的努力已使这一方法成功地用于血铅检测。DCAAS方法是把10 ul的样品放在一个小的镍坩埚内,再加入过氧化氢氧化和干燥它,然后操作人员把样品转入一个环中,把它人互插到AA光谱的空气-乙炔焰中进行蒸发,蒸气用一个镍或陶瓷质吸收管收集,用一束光照射吸收管,检测仪显示出分析峰。
虽然DCAAS能检测低于10 μg/dL的血铅浓度,但这个方法用于大批量检测有几点缺陷。首先,要得到好的精确度,一个样品需检测三次;其次,铅虽然用火焰技术能从血液中蒸发,但在水中却不行,所以液体标准不能使用,因此用已知铅含量的血液样品作为标准,NIST从含量剂量高的母牛中提取血作为标准参考物质;再次,正如Parsons所强调的那样,因样品的插入是人工的,操作过程要求时时注意实验技巧;最后,因这一方法不能实现自动化,所以不能实现商品化。
当便宜、便携、无污染的功能检测方法EP/ZPP被介绍为预测铅中毒的方法时,大多数生产DCAAS仪所需材料的商品公司停止了镍和陶瓷这些必需的操作附件的生产。Parsons说他的实验室不得不从一个公司买镍的切片,再送到另一个公司去塑成合适的形状。石墨炉原子吸收光谱(GFAAS)方法,使用了适用的石墨管平台,因此更实用,也能实现自动化,其样品是注射进炉内,而不是人工插入火焰中,所以在很低浓度时能获得更好的精确度。
自1985年,大多数的联邦分度线采用EP/ZPP进行血铅的筛分检测,放弃了直接检测法。但是自去年CDC又降低了血铅正常浓度的最低界限时,血铅的直接检测法又被恢复使用。虽然控入杯方法的精确度达不到有效的大批量筛分检测的要求,但由Parsons和Walter Slavin(曾是Perkin Elmer的主要原子光谱学家,现为Bonaire Technolgies,Ridge-field,CT的顾问)研究的结果比较表明一种改进的GFAAS方法比DCAAS和传统的GFAAS法有更好的精确度。正如Parsons所说 :“我们现在又重新捡回20年前我们开始使用的血铅直接检测法,这真够讽刺的。”
Parsons实验室采用传统的GFAAS设备,在其上加上一个自动进样器,这样就减少了每个样品的分析时间,同时可自动地处理更高的工作量。传统的GFAAS方法是在AA光谱仪上附加横向塞曼校正仪和纵向加热石墨炉实现的。Parsons宣称他的实验室最近发展了一种快速灵敏的检测方法,这个方法使用了纵向塞曼背景校正仪和一个横向加热石墨管/台,这就更接近稳定温度平台炉内(STPF)的原子化条件,这种横向加热在管内各处产生一个单一温度,几乎是一个等温系统,因此只需更低的原子化温度,缩短每个样品的分析时间,同时提高了精确度。采用Parsons所说的这些改进措施,包括冷却和自动进样仪的循环清洗的时间在内,一个简单的血铅样品的检测只需90 s,传统的GFAAS法却需2~3 min。
Parsons认为石墨炉内的STPF状态消除了DCAAS和传统的GFAAS方法影响测定的许多化学干扰和基体干扰,所以不必配制基体匹配标样。首先把准备好的试样稀释:EDTA抗凝血的指尖样品或静脉血样品用化学改进剂稀释成10倍,这些改进剂为:NH4H2PO4、TritonX-100、HNO3。然后在自动进样杯中直接上下吸移使细胞混匀,再把12 ul量的等分试样注入炉内。样品在中等温度下干燥(175和260℃),在900℃下灰化,在1900℃下原子化。这一系统重复注射每天可处理90~100个样品,计算机控制系统每经11个样品自动进行一次二级水平的质量控制检查。这种方法的精确度在血铅浓度为10 μg/dL时一般低于5%,当血铅浓度高于20 μg/dL时,则低于1%。
Parsons认为,这种方法的操作能力仅受石墨管使用寿命的限制,石墨管持续使用一天的所耗价值和样品、标准、空白以及控制仪所耗价值相当。但是,要获得更好的检测结果依靠从儿童身上获得清洁的指尖样品和综合性质量控制系统,包括外部熟练检测程序的使用。
指尖样品是用于儿童筛分检测的最方便的取样方法。一般地,指尖取样有这样一些值得注意的地方:挤压手指会导致稀释错误,因为缝隙间的流质混进了血液:对血铅的检测来说,指尖上取样也存在被皮肤表面上铅所污染的问题,虽然小心地擦洗会除掉皮肤上大部分铅,但为了更严格地防止污染,纽约州卫生厅在针刺取样前采用一种硅酮喷剂封闭余下的污染,这种硅酮喷剂也有助于血珠的形成,给取样带来方便。
[Analytical Chemistry,1993年3月]