一、实验目的

1、了解头发中微量元素锌的大致含量与生物意义。

2、回顾理解不同的产物预处理方法及金属离子的检测手段。

3、火焰原子吸收法测量人发中锌元素的含量。

二、实验原理

    锌被人称为智慧元素，是人体内重要的微量元素，对脑的发育和功能的成熟起重要作用。正常人每天吸收的锌量约为10-15毫克，人体内缺乏锌元素常会引起某些疾病，如生长发育迟缓，免疫功能下降，神经功能障碍，并影响基因表达。但过多地摄入锌会引起恶心、呕吐、腹泻，甚至昏迷状态，这已引起国内外医学界的高度重视。

    锌在人头发中的富集是相当明显的，锌的平均量占Cr、Mn、Co、Ni等19项元素平均量总和的35.61%，元素Zn在头发中富集比常量元素 Fe、Mg等高几倍到十几倍，相对含量较高，也较稳定。正常的成年人的头发中锌含量在140-250μg/g之间。

    头发样品在分析前需要先进行消解，使得头发中的待测元素与共存组分分离，溶解在溶液中形成透明，均一的液体介质，从而可以采取不同的检测方法进行锌含量的测定。目前，普遍采用的人发消解方法有干法灰化法、湿法消解法及压力溶样器等消化方法。

    原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS)，即原子吸收光谱法，是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量为基础的分析方法，是一种测量特定气态原子对光辐射的吸收的方法。

    在光源发射线的半宽度小于吸收线的半宽度（即锐线光源）的条件下，基态原子蒸气对共振线的吸收，符合朗伯－比耳定律：

    上式表示吸光度与蒸气中基态原子数呈线性关系。在确定的实验条件下，试样中待测元素浓度C0与蒸气中原子总数（近似认为是基态原子数N0）成正比。

因此，吸光度与试样中待测元素浓度呈线性关系：

可以采用标准曲线法配置一系列标准溶液，绘制标准曲线，然后测量待测液吸光度，由标准曲线获得其浓度，进而推算固体样品中元素的含量。

三、仪器与试剂

原子吸收光谱仪1台；锌空心阴极灯1只；马弗炉1台；分析天平（精确至0.1mg）1台；移液（10-1000μL）1支；瓷坩埚1只；10mL量筒1只；100mL容量瓶7只；50mL烧杯1只；头若干；一次性吸管若干；

HNO3(6mol/L);锌1mg/mL标准液；去离子水；

四、实验步骤

1、头发样品的预处理

    在分析天平上，称量已经洗净剪碎并干燥后的头发样品0.15g左右（精确至0.1mg），放入干燥的瓷坩埚中，放置在马弗炉里。将炉温升至100度炭化30分钟后，升至600度灰化2h。（实验过程中应佩戴棉手套，避免烫伤。）

取出瓷坩埚，放置在石棉网上冷却至接近室温，向坩埚中加入2-3mL 6mol/LHNO3，使灰分溶解并转移到100mL容量瓶中，用二次水洗涤并将洗涤后的液体一并转移到容量瓶中，定容至刻度线。

2、标准溶液的配置

    将1mg/mL锌标准溶液稀释100倍，移取稀释后的标液4、8、12、16、20mL分别加入5个100mL容量瓶中，分别加入2-3mL 6mol/LHNO3，定容。定容后得系列标准溶液，标准溶液浓度为0.4μg/mL、0.8μg/mL、1.2μg/mL、1.6μg/mL、2.0μg/mL。

3、仪器的调节

    打开仪器及计算机中对应的操作系统，调节仪器的灯电流，狭缝宽度，调节气体阀门，选择合适的空气、乙炔气体流速与气压值。选择分析线波长为213.8nm。

4、标准曲线的绘制

    测定标准曲线前，应先将取样管置于二次水中，待基线水平后自动调零。测定开始后，将取样管依次伸入需要测定的溶液中，按照由稀溶液到浓溶液的顺序，依次测定标准溶液，记录数据，绘制标准曲线。（测定不同浓度的溶液时，待所测的原子吸收强度保持稳定后，点击测定，通过计算机计算一定时间内的平均值得到原子吸收的数值。）

5、未知样的测定与样品中锌元素含量的计算

    将取样管伸入样品溶液中，测定原子吸收强度，记录。

根据标准曲线与样品中锌含量与溶液中锌浓度的换算关系计算得到样品中的锌元素含量。

五、实验数据记录与处理

1、标准曲线的绘制

表1 系列标准溶液的原子吸收数据表

图1 锌元素原子吸收标准曲线图

锌离子标准曲线表达式：______A=0.39c+0.07104______。

2、未知试样中锌的浓度

头发样品质量为：__0.1128g__，实验测得的未知溶液的吸光度为：__0.33__。则所测样品溶液的吸光度代入标准曲线可得溶液的浓度c（μg/mL）= __0.8037__。

可由下式计算得出人发样品中锌的含量：

____712.5____（μg/g）。

六、讨论

    对比文献中及正常人头发中的锌含量，分析实验中可能存在的问题，提出改进方案。    相对于正常的文献值的140-250μg/g，所测得的头发含量远高于正常水平，大约在正常水平的3-5倍。结合其他样品点的测定结果，测定本身不存在问题，可以判断所测的头发样品中Zn的含量远高于正常文献值的Zn含量。

对于大多数文献中显示，其多选择头发样品为发根处1-3cm的头发样品，而我们所采用的头发样品则属于离发根处较远的头发，所以在头发在空气中长期暴露，与空气中的粉尘等接触，而这一部分在清洗过程中难以与头发样品分离，在整个清洗过程中都与头发共同存在，可能会导致测定出的结果偏高。同时，在发梢中的Zn含量确实会出现略高于发根部分Zn含量的情况，有文献数据显示，发根部分为177±46.2的情况下，发根位置的锌含量达到了258.8±148.9，可见在取样位置不同时，Zn含量会有一定程度的差异。

    实验过程中，若在灰化过程结束时发现灰化过程进行不彻底，应当立即将坩埚重新放入马弗炉靠里的部分，在600度下继续灰化半小时左右。

    标准溶液配制过程中，将标准溶液分两步稀释，每次稀释10倍，可以尽可能的减少标准溶液配制过程中可能产生的误差。本次标准溶液的线性相关常数R2=0.992，考虑到测定过程中可能存在的仪器误差，容量瓶的精度，定容误差等因素，本次配制的标准溶液具有相当的可信度，可以用来判断样品中的Zn含量。并且，在考虑到测定结果可能偏大的情况下，适当调整标准曲线的线性范围，保证样品的原子吸收强度落在标准曲线的线性范围内，保证测定结果的准确性。

    原子吸收法测定Zn元素的含量已经相当成熟，在测定过程中除了需要注意在稀溶液中加入少量酸防止水解影响溶液中的实际浓度外，其他的实验部分问题较少。除此之外，选择ICP-AES、分光光度法也可以测定Zn元素的含量，但相较而言，原子吸收法更为简便快捷，成本低，且可以满足单一元素测定的需求。下载本文