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非金属化合物及其代谢产物的测定

Determination of nonmetal compounds and their

metabolites

第三章

2

第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

本章介绍内容

尿硫氰酸盐硫氰酸盐氰化物

血碘，尿碘碘

尿氟，血氟，发氟氟

血硒，尿硒硒工作周末尿砷，发砷砷

均为班末

尿中 2-硫代噻唑烷 -4-羧酸终末呼出气中二硫化碳

2-硫代噻唑烷 -4-羧酸 TTCA

二硫化碳

均为班末血中碳氧血红蛋白

终末呼出气中 CO 碳氧血红蛋白一氧化碳

备注生物监测指标代谢产物项目

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

一氧化碳Carbon monoxide

第一节

4

第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

一、理化特性

一氧化碳（ CO）是煤、木材、石油等含碳物质燃烧不

完全的产物，为无色、无臭、无刺激性的有毒气体。

在空气中爆炸浓度 12%～ 74%。

水中溶解度很低，易溶于氨水。

空气中较稳定。高温下和硫反应生成羰基硫 (COS)，

与过渡金属反应生成金属羰基化合物，对银盐、钯盐、

钼酸盐、五氧化二碘等显示还原性。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

二、代谢和生物监测指标 职业接触

非职业接触：

CO含量：火药爆炸后气体： 30~60%； 汽车废气： 0.6～ 10％； 香烟烟雾：～ 4%。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

碳氧血红蛋白CO与血红蛋白的亲和力比O2高

250倍，与血红蛋白生成碳氧血红

蛋白（ carboxyhaemoglobin）。氧合血红

蛋白的解离度比碳氧血红蛋大 3000

倍。

正常人体内碳氧血红蛋白浓度大

约为 0.5％，而吸烟者碳氧血红蛋

白最高可达 15％～ 20％。中毒死亡可达 90%

询问吸烟史

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

CO 中毒

呼吸系统毒性，头痛、头晕、意识模糊、

昏迷，并发脑水肿，呼吸衰竭休克致死！

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

HbCO 含量 中毒症状

评价接触水平时注意吸烟史、用药史、贫血等

生物监测指标：血 HbCO,呼出气中 CO浓度

BEI ： HbCO 为 Hb 的 3.5% ； CO 23.4ppm （均为班末）；BEL ： HbCO为 Hb的 5%（班末）。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

CO的体内代谢

吸收后的 CO绝大部分以原形由肺部排出，排

出速度取决于从血红蛋白释放的快慢、肺通气

量、吸入氧气的浓度和 HbCO的浓度等。

CO 半 排 出 期 128 ～ 409min ， 平 均 约

300min。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

三、样品采集及保存

呼出气

接触 CO后 3h临近班末进行，收集终末呼出

气。按常规采集，收集在采样管或复合膜采气袋中，密封，带回实验室尽快测定。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

血液

HbCO 的生物半减期约为 5h，应在接触

CO3h后的班末或接触最高浓度时采集静脉血或

末稍血。血样置于加肝素的密闭容器中， 4℃ 保

存可一周。用氟化钠作防腐剂。受检者在采样当

天不能吸烟。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

一氧化碳的生物监测

呼出气中一氧化碳浓度：采用气相色谱法。但

要求衍生，操作复杂。

血液碳氧血红蛋白：采用分光光度法

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

四、血中碳氧血红蛋白的测定WS/T 42-1996 （一）分光光度法

1. 原理：血液中含还原血红蛋白（ Hb），氧合血

红蛋白（ HbO2），碳氧血红蛋白（ HbCO）及微量高铁

血红蛋白（MetHb）。用还原剂连二亚硫酸钠将HbO2和

HbMet 还原为 Hb，血样中只有 HbCO 和 Hb。 HbCO

和 Hb的最大吸收波长分别为 420nm和 430nm，测定血样在两波长下的 A，用公式计算求得HbCO百分浓度

本法最低检测浓度为 2%HbCO（ 0.02 吸光度对应浓度， 10µl血样），测定范围 2%～ 70％HbCO。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

2 ．样品测定

冷藏血样室温放置，混匀。迅速取

10l，加入内盛 15ml Tris溶液的具塞试管

中 (或直接取血 10l)，加入 60mg连二亚硫

酸钠，轻轻混匀放置 10min ，测其在

420nm和 430nm处的吸光度值。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

结果计算

式中：X ——血中碳氧血红蛋白的浓度，%；A420——血样 420 nm的吸光度值；

A430——血样 430nm的吸光度值；

K1——HbCO420 nm吸光常数；

K2——HbCO430nm的吸光常数；

K3——Hb420 nm吸光常数；

K4——Hb430 nm吸光常数。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

吸光度的加合性原则

A420=K1.CHbCO+K3.CHb

A432=K2.CHbCO+K4.CHb

K2A420=K1K2CHbCO+K2K3CHb (1)K1A432=K1K2CHbCO+K1K4CHb (2)

(1)-(2):K2A420-K1A432=K2K3CHb-K1K4CHb

CHb=K2A420-K1A432/K2K3-K1K4

CHbCO=K4A420-K3A432/K1K4-K2K3

CHbCO%=CHbCO/CHbCO+CHb

怎么来的呢？

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

3.摩尔吸光系数的测定

取不吸烟健康人血液（肝素抗凝），水稀释 5 倍，取0.3ml用稀释液（ Tris）稀释至 90ml。

通氧气 30min（流速 30ml/min）。

从中取 4 份，每份 15ml 于试管中；其中 2 份通氮

10min除氧，得 HbO2液。另 2份通纯 CO10min，得

HbCO 液。立即将 HbO2、 HbCO 制备液分别转入盛

Na2S2O4试管中，放 10min后测 430nm和 420nm的

吸光度值作为计算用摩尔吸光系数。

一氧化碳

氧气

氮气

水稀释 5倍

抗凝健康人血

用 Tris稀释至90ml

通氧 30min(30ml/min)

通氮 10min通 CO10min各取 15ml

立即将 HbO2 、 HbCO 制备液分别转入盛 Na2S2O4 试管中，放 10min 后测430nm和 420nm的吸光度值作为计算用摩尔吸光系数。

摩尔吸收系数测定示意图摩尔吸收系数测定示意图

取 0.30ml

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

Tris缓冲液

Tris即三羟甲基氨基甲烷〔 tris

(hydroxymethyl) aminomethane〕。

分子式： C4H11NO3 ，分子量： 121.14 ， 为白

色结晶体，溶于甲醇、乙酸等有机溶剂。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

Tris-HCl的优点： 对生物化学过程干扰很小，不与钙、镁离子及重金属离子发生沉淀。电泳电流小。

缺点：① pH值受溶液浓度影响较大，稀释十倍， pH值的化大于 0.1；②温度效应大，温度变化对pH值的影响大，即： △ pKa／℃＝－ 0.031 ， 4℃时缓冲液的 pH＝ 8.4，则 37℃ 时的 pH＝ 7.4，一定要在使用温度下配制 ③易吸收空气中的 CO2 ，配制的缓冲液要盖严密封。 ④此缓冲液对某些 pH电极发生一定的干扰作用，所以要使用与 Tris溶液具有兼容性的电极。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

磷酸盐缓冲液优点：容易配成各种浓度和 pH的缓冲液，受温度影响小，抗稀释。

缺点：与钙、镁离子及重金属离子发生沉淀；会抑制某些生化过程，如酶的活性。电泳电流大。

有机酸缓冲液（甲酸、乙酸、柠檬酸等）：天然的代谢产物。对生化过程产生干扰；易与 Ca2+结合。

硼酸缓冲液：碱性范围常用缓冲液；易与代谢物络合，尤其与糖类羟基生成复合物影响。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

应用高纯氮和氧，否则微量一氧化碳干扰测定。

连二亚硫酸钠遇水易分解，在空气中易被氧化，应以

小瓶分装使用，避免接触空气和水分。可用 I2 标定。

测定吸光系数必须采用新鲜血液，一次测定值在仪器

波长稳定的情况下可以使用一段时间。

测试液应尽量避免接触空气，及时测定，否则会造成

结果偏低。

注意啦！

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

（二）氢氧化钠法

1 ．原理 正常人血样在碱性条件下立即转变成草绿色（

碱性正铁血红素的形成），而存在碳氧血红蛋白会使颜

色转变时间增长，颜色转变所需时间与碳氧血红蛋白浓

度之间存在相关性，从变色时间大致估计出碳氧血红蛋

白的浓度。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

2 滴氢氧化钠

转变时间测定

阴性查表得HbCO

2．测定方法

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

变色时间与碳氧血红蛋白浓度

75502510 浓度（％）

80503015变色时间（ s）

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

其他的鉴定实验 1 ．煮沸法 取血 2~3ml水浴加热，发生凝固。一氧化碳血呈砖红色凝固体，正常血呈褐色或黑褐色凝块。

简便快速，含量 40％才可测出。 2 ．硫化铵法 取水 10ml，血 5 滴，硫化铵 5 滴混合，加少量10％醋酸使微呈酸性，一氧化碳血呈玫瑰色，正常血为绿褐色。

此法灵敏，含量在 10％即可检出。 取正常血同时做对照试验，以作对比。

现场，快速！

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

五、终末呼出气中一氧化碳浓度测定（一） CO测定仪法

可用便携式 CO 测定仪 (CO 传感器）

CO红外测定仪，利用 CO对 4.67µm、 4.72µm波长的红外

辐射具有选择性吸收的原理定量。

CO电化学测定仪， CO分子在扩散式电极上氧化，电化学方法检

测定量。（可与报警器配套使用 ）

催化型可燃气体传感器

扩散型 CO测定仪的原理是 CO经扩散后遇到专用指示胶产生由

粉红色至棕色的颜色变化而定量。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

CO 电极反应

工作极上 CO + H2O → CO2 + 2H+2e

对极上 O2 + 4H+4e→2H2O

总反应 2CO + O2 → 2CO2

在工作电极上所释放的电子产生的电流与 CO

浓度成正比

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

气相色谱法

原理 在铁氰化钾存在下，加热使血样中 CO

释放出来，在色谱柱上与其他气体分离，然后

用热导池检测器测定，或转化为甲烷（ H2 ）后

，用火焰离子化检测器测定。用血量各为 2ml

和 1ml。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

第二节

二硫化碳Carbon disulfide

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

一、重要理化特性 二硫化碳能自燃。常温为无色透明。难溶于水，能

溶于强碱和有机溶剂。易挥发、易燃、易爆、具腐

蚀性，蒸气比空气重 2.63倍。

二硫化碳体内代谢产物 2-硫代噻唑烷 -4-羧酸（ 2-

thio-thiazolidine-4-carboxylic acid ， TTCA ）， 是

二硫化碳与谷胱甘肽结合所生成的特异性代谢产

物。CH COOHCH2

S HN

C

S

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

二、毒性、代谢

CS2

80%

原形呼出

血液

肝肾 尿代谢物

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

二硫化碳在体内代谢途径CO2 + ( )SO4 CO2 ( )S 4O CS2 ºô³öÆø

¶þÑõ»¯Ì¼

C

O

SH SG C

O

SH SG CS

S

H NH R

CH COOHCH2

S NH

C

O

CH COOHCH2

S HN

C

C NH2NH2

S

Áòëå

2-Ñõ´ú-àçßòÍé -4-ôÈËá 2-Áò´ú-àçßòÍé -4-ôÈËᣨTTCA£©

HC N

C

O

C SH

S

2-ÛÏ»ù-2-àçßòßøͪ--5

2

S

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

三、 CS2的生物监测指标

班末尿中 TTCA可作为接触 CS2的生物指标。

周末、班末尿中 TTCA的浓度高于工作周第一

班末的尿样。

呼出气中二硫化碳浓度也可作为生物监测指标 BEI: TTCA 5mg/g肌酐（班末）；

BEL: TTCA 2.2mg/g肌酐（班末）。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

样品采集

1. 尿样 尿样采集时间为工作班末或周末。采集

后尽快测定，置于－ 8℃冰箱中可保存 1周。

2. 呼出气 常规采样。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

四、 CS2及其代谢产物的测定方法

呼气中 CS2用气相色谱法测定（WS/T41-1996）。

碘－叠氮化钠褪色法：尿中 CS2的代谢产物催化碘

还原成碘离子，根据碘褪色所需时间及尿样中肌酐含

量计算。灵敏度低、特异性差。

HPLC法：定量测定尿中 TTCA。

TTCA 很少商品出售，需自己合成。非职业接触者尿中不含 TTCA。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

五、 TTCA的高效液相色谱法

1. 原理

尿样经盐酸酸化后，用乙醚萃取 TTCA，

浓缩后进样 HPLC，经反相 C18柱分离，紫外

检测器 273nm测定。以保留时间定性，峰高

定量。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

3. 样品处理及测定1ml经离心后的尿样

漩涡混匀 2min

3000rpm离心 10min

乙醚 5ml

0.1ml 2mol/L HCl

乙醚层 40℃水浴氮气挥干

0.20ml甲醇溶解后HPLC 分析

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

4. 仪器操作条件

色谱柱：反相 C18柱；

柱温：室温；

流动相：甲醇－水－冰乙酸＝ 14.5＋ 84.5

＋ 1

流速： 1.5ml/min；

紫外检测波长： 273nm。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

尿样 TTCA液相色谱图

本法最低检测浓度 20µg/L

（尿样 1ml）

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

5. 注意事项 TTCA的制备方法

1.12g碳酸钾 /6ml 水 ＋ 0.96g L－胱氨酸，温热至全

溶，冷至室温后，加 CS2 1.2ml，强烈搅拌 24h。反应完全后，

调 pH1.0 ，以 100ml乙醚分 3次提取，然后用 3ml10％HCl

洗涤。用无水硫酸镁干燥乙醚层，再真空干燥，得粗品 TTCA。用

1:1HCl加热溶解，再用少许活性炭脱色，趁热过滤，滤液冷却

后，析出无色针状结晶 TTCA（mp180℃），烘干即可。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

六、呼气中 CS2的GC法测定

1. 原理

将终末呼出气收集在双阀气管中，直接进样，或将样品富集在高分子多孔微球吸附剂上，热解吸后进样，经

OV-17色谱柱分离， FID检测器检测，以保留时间定

性，峰高或峰面积定量。

OV － 17: 苯基 (50%) 甲基硅酮 phenyl methyl

silicone(50%)

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

2. 样品采集、保存和处理

受试者正常呼吸 1min 后，将双阀采气管两端活塞打

开，采样管一端含入口中，向管内深吐气，吐气完毕关

上两端活塞。室温存放， 24h内分析。

当浓度太低时，需将样品富集，方法是：将采气管一端

接 TenaxGC 管，另一端接 100ml 注射器，用 6 倍

于采气管体积的空气或氮气以 200ml/min速度冲洗，

将管内样品富集在 Tenax GC管中测定。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

3. 仪器操作条件色谱柱： 1m×3mm 不锈钢柱，填充 OV-

17 （丙酮溶剂）， Chromosorb W AW DMCS（ 80~100目）= 5+100。

柱温： 70℃ ；气化室温度： 120℃ ；检测室温度

200℃ ；载气： N236ml/min ；助燃气： air

220ml/min；燃气：H2 175ml/min。

检测器： FID； 140℃解吸 3min。 Chromosorb W AW DMCS 即经酸洗（ AW ）并经二甲基二氯硅烷（DMCS）处理过的多孔性高分子微球W（ chromosorb W）。

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

4. 样品测定

直接进样：用注射器从采气管中抽取呼气样

1.00ml直接进样；重复 3次，以标准曲线法定

量。

浓缩进样：将已富集样品的 Tenax GC管的进气

端作为出气端，联接在色谱柱进样口。控制热解

吸时间为 3min进行测定。标准曲线法定量

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

CS2 GC图谱

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第三章非金属化合物及其代谢产物的测定

5. 注意事项

采集不同阶段的呼气结果不同，为保证结果准确，采集

肺泡气，即收集呼出气最后的 200ml左右。

富集样品测定时，冲洗用气量不少于采气管容积的 6

倍；冲洗用气的温度不高于室温；热解吸时间不少于

3min，以保证样品完全转移和完成样品的瞬间释放。