Исследование волос человека атомно-абсорбционным методом

Атомно-абсорбционная спектрофотометрия по сравнению с эмиссионными методами анализа имеет преимущество в том, что позволяет определять какой-либо элемент в присутствии большого числа других элементов. Ей присуща также высокая чувствительность, а аппаратура сравнительно проста для обслуживания. Имеется довольно много работ об использовании атомно-абсорбционной спектрофотометрия применительно к анализу биологических объектов. Однако анализу волос данным методом посвящено немного работ. В.В. Бибикова, М.В. Кисин, Т.Ф. Одиночкина (1969), Т.Ф. Одиночкина (1971) в целях индивидуальной дифференциации волос определяли в них при помощи атомно-абсорбционной спектроскопии Mn, Al, Ni, Zn, Cu, Pb и Ag, Harrison и соавт. (1969) и Backer (1969)— Fe, Zn и Cu, Hasegowa Norihiko и соавт. (1971) — Pb. Мы использовали атомно-абсорбционную спектроскопию для количественного определения 12 примесей металлов в волосах человека.

Исходные образцы волос, реактивы, оборудование. У мужчин, женщин и детей в возрасте от 2 до 92 лет, постоянно проживающих в г. Орджоникидзе, отобрали во время обычной парикмахерской стрижки 100 образцов (по 1—3 г) неокрашенных волос различных оттенков русого цвета (длину волос и принадлежность к той или иной области головы не учитывали). Для очистки волос использовали не загрязненные минеральными веществами органические растворители. Каждую навеску волос в течение 3 мин промывали ацетоном, а затем 7 мин равной смесью спирта ректификата с эфиром. На I г волос брали 20 г жидкости для каждой промывки, во время которой волосы перемешивали стеклянной мешалкой при скорости 60 об/мин. Использовали следующие реактивы: азотную кислоту и перекись водорода марки ОСЧ (содержание примеси металлов не выше 10^-5—10^-6 %), тридистиллят, полученный в кварцевой посуде, ацетон х. ч., этиловый спирт ректификат, медицинский эфир х. ч., соляную кислоту х. ч., ацетилен ч. Волосы предварительно подвергали мокрому сожжению в смеси азотной кислоты и перекиси водорода в кварцевой или платиновой посуде.

Работу проводили на атомно-абсорбционном фотометре (английской фирмы «Hilger and Watts» марки Н 1170). Спектры проб и эталонов возбуждали в ацетилено-воздушном пламени (богатом или бедном по содержанию ацетилена). Длина щели горелки 120 мм. Расход воздуха в горелке составлял 12 л/мин при давлении 1,75 кг/см², расход ацетилена — 1,1—1,3 л/мин при давлении ацетилена в системе 0,37 кг/см² (при расходе ацетилена 1,1 л/мин пламя горелки считается нормальным, а 1,3 л/мин — богатым).

Эталоны. Эталонные растворы готовили на тридистилляте. Исходные растворы составляли из хлоридов и сульфатов определяемых элементов. Концентрация в пересчете на металл каждого из элементов в этих растворах составляла от 3×10^-3 до 6×10^-2 г/мл. Из полученных растворов готовили эталоны путем разбавления их водой в 100 или 1000 раз. Стандартный раствор Cr получали из титрованного раствора бихромата калия путем разбавления его водой. Точное содержание щелочных металлов в эталонных растворах определяли весовым методом; Ca, Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni и Zn анализировали комплексоиомет-рически с индикаторами. После контрольных анализов устанавливали истинное содержание элементов в стандартных растворах. Оценку чувствительности обнаружения элементов при использовании ацетилено-воздушного пламени осуществляли по методу Robinson (1961). Пределом чувствительности обнаружения считали такую концентрацию элемента в растворе, при которой величина абсорбционного сигнала равна ²/з уровня шума.

Мокрое сожжение волос. 1 г (3 г) волос заливали 25 мл (50 мл) концентрированной HNO3 и нагревали в течение 4 мин, не доводя до кипения, затем добавляли 2—3 мл (5 мл) 30% Н2О2 и оставляли без подогрева до прекращения бурной реакции. Затем пробу ставили на электрическую плитку и раствор выпаривали до влажных солей. Полученные соли растворяли в определенном объеме воды и атомно-абсорбционным методом определяли в растворе примеси.

При выпаривании пробы до влажных солей возможно выпадение в осадок кремниевой кислоты. Если по ходу анализа нужно было от нее освободиться, то к остатку после выпаривания добавляли 5 мл концентрированной НСl, выпаривание с НСl досуха проводили 3 раза, осадок кремниевой кислоты на фильтре промывали холодной водой. Фильтрат и промывные воды соединяли и в растворе определяли примеси. Разложение каждого образца волос проводили дважды.

Оптимальные условия проведения анализа. Оптимальные концентрации каждого элемента в эталонах, аналитические линии элементов, сила тока в цепи высокочастотной лампы, чувствительность определении каждого элемента, щель прибора и характеристика пламени приведены в табл. 1. Растворы на фотометре снимали следующим образом. Вначале в пламя горелки подавали тридистиллят и с помощью самописца снимали фон. Затем в пламя горелки подавали стандартный раствор, а после него — воду. Далее проводили съемку раствора образца, после которого снимали воду. Сравнивали высоту отброса пера самописца в паре образец — вода с парой стандартный раствор — вода и определяли концентрацию элемента в образце. Было установлено, что в пределах 0—3 / 60 мкг/мл зависимость величины отброса пера самописца прямо пропорциональна концентрации элемента в растворе. Для каждого образца или эталона показания на приборе измеряли 2 раза.

Таблица 1

Условия проведения эксперимента

Относительную ошибку определения находили из 5 параллельных анализов одного образца волос, для Na, Mg, Са и К она оказалась равной ±2%, для остальных элементов — ±3—10%.

Результаты анализов и их обсуждение. Как видно из табл. 2, концентрации исследованных 12 элементов в волосах человека отличаются между собой на 2—3 порядка. Больше всего в волосах содержится Са, Mg, Na, К и Zn. Отношение Ca/Mg равно ~3:1 как в мужских, так и в женских волосах; Na/K равно ~2:1 в мужских и ~3:1 в женских волосах.

Мужские и женские волосы всех возрастных групп резко отличаются друг от друга по концентрации Са, Mg и Na: среднеарифметические показатели содержания Са и Mg в мужских волосах примерно в 2—4 раза меньше, чем в женских, Na — в 1,5—2 раза. Количественное содержание Mg в мужских волосах колеблется от 0,01 до 0,05 вес.%, в женских — от 0,03 до 0,22 вес.%. Концентрация Са в мужских волосах 0,04—0,14 вес.%, в женских — 0,10—0,51 вес.%, Na в мужских волосах 0,02—0,13 вес.%, в женских — 0,04—0,25 вес.%.

Как видно из приведенных данных, интервалы концентраций Са, Mg и Na в мужских и женских волосах частично перекрываются, например, для Са в интервале от 0,10 до 0,14 вес.%, в который попали 13 (9 мужских и 4 женских) из 100 исследованных нами образцов волос. В 46 образцах концентрация Са была ниже 0,10 вес.%, и к этой группе относятся только волосы мужчин, а в 41 образце — выше 0,14 вес.%, и в этой группе волосы принадлежали только женщинам. Такие же данные были получены при определении количественного содержания в волосах Na и Mg. К интервалам концентраций, характер ных только для мужских или женских волос, относится 87—95% всех случаев.

Таким образом, применительно к исследованию волос разработана методика атомно-абсорбционного анализа. Определены абсолютные концентрации примесей 12 металлов в волосах человека. Показано, что содержание Са, Mg и Na значительно отличается в волосах мужчин и женщин.

Таблица 2

Результаты анализа волос на примеси металлов

Примечание. Mn, Li, Ni, Cr, Co находятся в волосах в количествах 1—2 вес.%*10^-3.

Концентрации К, Zn, Cu и Fe в мужских и женских волосах при использовании предложенного метода заметно не различаются. Чувствительность метода недостаточна для определения Mn, Li, Ni, Cr и Со.