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元素形态分析——一个环境与食品安全检测的新领

品牌专栏中国仪表网2006年08月14日 10:26人气:526

元素形态分析领域方兴未艾,其中涉及的方法学,标准和仪器也是专业人士关注的话题。清华大学分析中心主任张新荣教授目前在接受本网采访时,对元素形态分析领域知识进行了科学的讲解,同时也对其课题之一—建立环境与生命体中重要毒性元素的形态分析方法,并研究毒性元素在环境与生命体中的积累、转移和代谢规律,对研究元素形态分析标准方法与标准物质做出了系统的介绍。我们相信,在越来越多专家的推动下,政府将在中国元素分析领域的标准化和应用化方面给出更得力的措施。

  Instrument: 据我们了解,您近期从事的科研项目――建立环境与生命体中重要毒性元素的形态分析方法十分重要,可以介绍一下这个项目的研究背景吗?
  张教授:元素分析研究已经做了很多年,大家发现仅做元素总量对某些元素意义不大,例如甲基汞比无机汞毒性大很多;砷化学形式可分为无机砷和有机砷,无机砷如三价砷和五价砷毒性很大,但其甲基化后则毒性大大降低。硒被认为是营养型微量元素,但是硒的各种形态中,也有有毒的和无毒的,或者说是对人体有害或是有益的。过去我们说补微量元素,但到底是补哪种形态? 无机硒,还是有机硒,和氨基酸结合的硒, 还是和蛋白质结合的硒,这个问题是很重要的。元素的存在形式,也就是它的形态,在很多情况下起着至关重要的作用。现在人们已经建立起了这种意识:应该进行人体微量元素分析,但如果分析总量,意义不大,重要的是进行元素形态的分析,不同形态的元素对生物体的作用是很不一样的。
  以砷的形态分析为例,砷是环境中重要的污染物,中国有好几个省份地下水砷污染非常严重,几千万人口面临砷中毒。一些海洋生物有很强的能力,可以将有毒砷转化为无毒砷。例如海带含有大量砷,但存在形式是无毒的砷糖。科学家们感兴趣的是哪些物质有这种转化能力,哪些酶,那些生命过程在主导这些转化。已知几种甲基化酶有可能把有毒的砷甲基化成低毒或无毒的砷,完成减毒或去毒的过程。因此研究这些酶对于寻找去毒和解毒的物质十分重要,是减轻砷中毒危害研究的一个重要方面。

  Instrument: 据我们所知,您与普析通用仪器公司合作开发的原子吸收和高效液相联用仪获得了BCEIA的金奖,可以从方法学,标准和仪器这三方面具体介绍一下你这个课题具体内容和进展情况么?
  张教授:我在国外攻读博士学位时期就开始从事元素形态分析方面的研究,涉及两方面的研究内容:一是建立形态分析的方法,二是研究砷在人体内的代谢过程。在国外时,关于砷方面发表了10多篇论文。承担科技部这个项目时,方法学问题已经基本解决了,主要内容是标准化,和在环境与食品安全检测等各个领域的应用问题。
  我国在元素形态分析领域有三个方面要做:第一,尽快建立重要有害元素的形态分析的国家标准;第二,推荐针对不同样品的标准操作程序(SOP), 并通过与国际相关实验室比对,取得比较可靠一致的数据;第三,研究标准参考物质。此外,研制用于形态分析的仪器设备,是开展这一工作的前提和条件。所以我们几个单位合作开展的科技部重大标准专项也是从这几个方面做了研究。我们在研究阶段主要选了四种重要的有害元素:As, Hg, Pb, Se,由国家标准物质中心、中科院生态环境中心、南开大学和我们对其进行研究。目前这一工作已经基本完成,取得了一些成果,包括申请了10个专利、研制了2个标准参考物质、与普析通用和吉天仪器分别合作研发设计了两台砷元素分析仪,与普析通用合作研发的仪器还获得了金奖。下一步我们希望能扩展到其它元素。
  我们和普析通用仪器公司合作开发的AS-90砷元素形态分析仪,是我国第一台具有自主知识产权的基于高效液相色谱-氢化物原子吸收联用技术的专用砷元素形态分析仪。我们和吉天仪器公司合作开发了高效液相色谱和原子荧光联用仪器。当然效果最好是高效液相色谱和ICP-MS联用。但是考虑到价格问题,普通的检测机构和生产食品及海产品的公司采用高效液相与原子吸收联用仪或者高效液相与原子荧光联用仪就能达到元素形态分析的效果。仪器的关键技术是接口。液相色谱分离后原子吸收检测,需要变成氢化物,因此必须有在线消解的过程。接口管路如果太长,色谱峰会展宽,多个形态的砷分不开。我们研究的接口采用40cm管道进行紫外消解,具有较强的技术优势,申请了两个专利。目前已在北京普析通用仪器公司和北京吉天仪器公司生产。

  Instrument: 您可以谈谈元素形态分析的实际应用案例吗?
  张:元素形态分析在世界经济和生活领域中有很多具体应用。
  去年,大陆的鱼罐头运到香港后,发现砷超标,一时引起各界关注。我曾经在中国海域采了五个点,检测上百种海产品包括鱼虾,海带,紫菜等的砷含量。检测出来发现,其实中国海产品,有毒的砷含量很低,绝大部分以无毒的形态存在。如鱼主要是以砷甜菜碱,海带和紫菜主要是以砷糖形态存在,这两种砷无毒。某些产品砷超标,但也可能以无毒的形态存在。我在国外时,曾对当地玻璃厂和冶炼厂工人砷中毒的情况做过检测,主要是区分工作中暴露所引起的砷中毒,还是由于吃鱼引起的砷含量增高。可以通过砷形态分析技术给出科学的答案。元素形态包括价态,无机态,有机态,和蛋白质的结合状态等,是个广谱的定义。摄入体内的砷会和蛋白质结合,被载带到肝脏,被甲基化酶转化为一甲基砷,一甲基砷进一步变成二甲基砷,二甲基砷就不能进一步和蛋白质结合了,然后从肝脏进入肾脏,通过尿液排出。吃鱼引起的砷含量增高主要表现为三甲基砷,代谢最多为二甲基砷,不能代谢成三甲基砷。通过二甲基砷和三甲基砷的区别,就可以给出可信的结论。

  Instrument: 您认为我国在这个领域有那些需要注意和加强的地方呢?
  张教授:欧盟和美国现在做元素分析,不仅做总量,在形态方面也给予相当的重视。而中国在这方面还没有给予足够的重视,这一点让我们在很多方面都比较吃亏。
  中国以前不是很重视标准,往往是到被人家卡住了,才制订新标准。明智的方法是自己先提出新技术和新标准。不能只是别人卡我们,我们也可以卡别人。国家应该尽早建立微量元素的相关形态标准,以减少由其他国家制定标准,限制国产相关产品出口,而造成巨大经济损失的事件。

  Instrument: 这个课题有了完满的结果,那么您今后的研究兴趣又将集中在哪些方面呢?
  张:不久前,我联合另两家单位又拿到国家自然科学基金委的“元素与生物物质的相互作用”的课题。对砷与人体的相互作用,包括砷和基因的相互作用,影响蛋白质表达的机制继续给予关注。
  此外,我除继续从事分析化学方法学的基础研究外。下一步,我还会对分析仪器的研究与设计投入更多的精力,尽自己所能为我国分析仪器的发展做出自己的贡献。

  非常感谢张教授的精彩介绍!希望更多的专家和仪器厂商能够群策群力为中国元素形态分析领域的标准化做出更多贡献。
  
  张新荣教授简介
  清华大学教授,博士生导师,清华大学分析中心主任,化学系副主任。兼《光谱学与光谱分析》杂志副主编,《分析化学》、《分析仪器》、《岩矿分析》、《化学通报》、《中国地方病杂志》等国内刊物的编委,以及国际刊物《LUMINESCENCE》杂志中国区编辑。北京市化学会副秘书长,长期从事环境与生物分析方法、仪器和应用研究,共发表论文百余篇。是第7、8、9、10届 “International Symposium on Luminescence Spectrometry”科学委员会委员,第11届该会议在北京召开时担任主席。
 
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