引用本文
黄健, 王爱华, 任昕昕, 魏春明, 崔冠峰, 董颖, 栾玉静, 杜鸿雁, 常靖, 王芳琳. 电感耦合等离子体质谱在吸入性汞中毒死亡案件中的应用[J]. 刑事技术, 2020, 45(1): 93-96。
HUANG Jian, WANG Aihua, REN Xinxin, WEI Chunming, CUI Guanfeng, DONG Ying, LUAN Yujing, DU Hongyan, CHANG Jing, WANG Fanglin. Application of ICP-MS into Testing the Death Case from Poisoning of Mercury Vapor[J]. Forensic Science and Technology, 2020, 45(1): 93-96.  
Permissions
Copyright©2020, 《刑事技术》编辑部
《刑事技术》编辑部
电感耦合等离子体质谱在吸入性汞中毒死亡案件中的应用
黄健, 王爱华, 任昕昕, 魏春明, 崔冠峰, 董颖, 栾玉静, 杜鸿雁, 常靖, 王芳琳*
公安部物证鉴定中心,北京市现场物证检验工程技术中心,北京100038
* 通讯作者简介：王芳琳,女,北京人,学士,研究员,研究方向为毒物分析。E-mail :cindywfl@aliyun.com

第一作者简介：黄健,男,山东德州人,硕士,助理研究员,研究方向为毒物分析。E-mail:hj@cifs.gov.cn

收稿日期:2018-11-12 网络出版日期:2020-02-15
基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（2016JB020）
摘要

目的 建立吸入性汞中毒死亡案件生物检材中汞元素的电离耦合等离子质谱检验方法。方法 采用硝酸-过氧化氢体系对生物检材进行微波消解后,利用电感耦合等离子体质谱法进行汞元素含量分析。结果 两起汞中毒死亡案件检材中汞元素含量均远远高于当地健康人群,这一结果为确定死亡原因提供了依据。结论 微波消解法适用于案件中常见生物检材的前处理,消解后经电离耦合等离子质谱检验,汞元素含量检测结果准确可靠,所建立的方法适用于中毒案件中多种生物检材汞元素含量分析。

关键词: 法医毒物分析; 电感耦合等离子体质谱; 汞元素; 生物检材; 微波消解
中图分类号:DF795.1 文献标志码:B 文章编号:1008-3650(2020)01-0093-04
Application of ICP-MS into Testing the Death Case from Poisoning of Mercury Vapor
HUANG Jian, WANG Aihua, REN Xinxin, WEI Chunming, CUI Guanfeng, DONG Ying, LUAN Yujing, DU Hongyan, CHANG Jing, WANG Fanglin*
Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security &Beijing Engineering Research Center of Crime Scene Evidence Examination, Beijing 100038, China
Abstract

Objective To establish an ICP-MS (inductively coupled plasma-mass spectrometry) method for determining the mercury in biological samples from the death cases of mercury-vapor poisoning.Methods The samples were digested under microwave through the formula of nitric acid and hydrogen peroxide, with the digested solution being analyzed of its mercury content by ICP-MS.Results Compared with the local healthy individuals, the victims were of much higher contents of mercury in their blood, leaving a strong clue for determining the cause of death.Conclusions Microwave digestion is suitable for preparation of various biological samples. The following analysis by ICP-MS after microwave digestion is accurate and reliable, too. Thus, the integration of microwave digestion and ICP-MS is capable for various biological samples of poisoning cases to be analyzed of the mercury (if any) content.

Keyword: forensic toxicology; ICP-MS; mercury; biological samples; microwave digestion

近年来随着工业的不断发展, 环境中重金属污染通过大气、水、土壤以及农产品富集等途径进入人体[1], 对居民及重金属相关从业人员身体健康造成一定的损害[2], 另一方面由重金属元素造成的安全生产责任事故、职业损伤、非法行医致伤致死等时有发生[3], 因此生物体内重金属元素检测分析一直是相关医疗、环境等行业的研究热点。在法医毒化领域, 涉及重金属的投毒、中毒类刑事案件也不在少数, 此时对受害人体内的重金属元素进行定量定性分析在案情解析及后续定罪量刑中发挥着至关重要的作用, 因此生物体内重金属元素检测分析一直是法医毒物检验的一项重要内容。

电感耦合等离子质谱（ICP-MS）是进行痕量元素分析的重要手段, 具有灵敏度高、抗干扰能力强、线性范围广、可同时检测多种元素的优点, 因此在法医毒物检测上有很大优势[4]。在对样品进行电感耦合等离子体质谱元素分析时, 需要对样品进行前处理以去除其中有机物。在法医毒物检测中, 生物检材种类多种多样, 前处理方法也各不相同, 其中微波消解法具有速度快、消解完全、避免挥发损失的优点, 是进行生物检材前处理, 特别是汞等具有挥发性的元素的首选方法[5]。本文采用微波消解-电感耦合等离子体质谱法对重金属中毒案件中血、尿、肝、肾、脑、肺等多种常见生物检材进行汞元素含量检验。

1 案件与实验方法
1.1 简要案情

案件1：2017年11月2日, 在一海边看护房内发现吕某疑似中毒, 经送往医院救治无效于11月5日死亡。吕某家属在其住处床下等多处发现大量水银, 怀疑被人投毒。当地警方提取死者心血、尿液、肝脏、肾脏等检材至我中心进行汞元素定量检验。

案件2：2016年2月2日, 一女孩在接受赤脚医生偏方“ 熏蒸法” 治疗鼻炎一周后死亡, 经尸检发现咽喉部、肝脏、肺部肿大, 怀疑为汞中毒。警方提取死者心血、肺组织、肝脏、肾脏、脑组织等检材至我中心进行汞元素定量检验。

1.2 检验方法

1.2.1 样品前处理

称取各组织样品0.5 g或血液、尿液样品0.5 mL, 加入65%硝酸溶液6 mL, 31%过氧化氢2 mL, 微波消解。消解参数见表1。

表1 微波消解参数 Table 1 Setup for microwave digestion

消解液用去离子水定容至50 mL PFA容量瓶中, 待测。

1.2.2 标准品制备及标准曲线

汞元素标准品原液为浓度1 000 μ g/mL的汞元素10%硝酸溶液, 采用2%稀硝酸（由优级纯65%硝酸稀释）逐级稀释至10、5、1、0.5、0.1、0.05 ng/mL标准工作液（因汞具有挥发性, 为保证结果准确, 每次检测重新配制标准工作液）, 由低浓度至高浓度依次检测制作标准曲线（见图1）。

图1 汞元素标准曲线图 R2=0.998Fig.1 Standard curve of mercury (Hg)

1.2.3 仪器条件

实验采用美国热电 iCap Q 电感耦合等离子体质谱仪, 仪器分析条件见表2。

表2 ICP-MS分析条件 Table 1 Conditions for ICP-MS analysis
2 结果
2.1 检验结果

案件1检验结果见表3。

表3 案件1检验结果表（n=3） Table 3 Results of case 1 (n=3)

案件2检验结果见表4。

表4 案件2检验结果表 （n=3） Table 4 Results of case 2 (n=3)
2.2 结果分析

根据美国环境保护署（USEPA, 1996） 推荐的血液总汞安全限值为5.8× 10-3 μ g/mL[6], 联合国工业发展组织（UNIDO, 2003） 推荐正常人群的尿汞含量应低于5.0× 10-3 μ g/mL[7]。两起案件心血内汞含量分别为7.05、0.26 μ g/mL, 两案发地健康人群血液中汞含量为别为9.5× 10-3、6.2× 10-3 μ g/mL, 死者心血中汞含量分别是当地健康人群约700倍和40倍, 该检验结果也高于USEPA、UNIDO推荐的血液、尿液汞含量值数十倍。死者各脏器中也均检出较高含量汞元素, 此检验结果为法医确定死亡原因提供了重要的数据支撑。

案例2中空白血1、空白血2中汞元素含量差异较大, 两份血样为公安机关采集的当地健康人血液样品, 说明在同一地区不同个体中, 汞元素含量仍有较大差异。

3 讨论
3.1 微波消解方法

通过消解液颜色及考察消解液抑制效应确定生物样品是否完全消解, 并据此选择合适的消解条件。称取0.5 g猪肝于微波消解罐中, 加入6 mL 浓硝酸 , 2 mL 过氧化氢, 分别将最终消解温度设定为150、180、200、230℃, 分别保持5、10、15、20 min。消解液定容至50 mL。消解液颜色见图2。由图2可知, 消解温度过低或者时间不足, 消解液颜色为淡黄色, 说明消解不充分。当在200 ℃, 保持15 min或者230 ℃保持5 min或更长时间时, 消解液为无色澄清液体。

图2 不同消解条件下消解液颜色（a:150℃, 5min; b:180℃, 10min; c:200℃, 15min; d:230℃, 20min）Fig.2 Color of digesting reagent under different conditions of microwave digestion (a: 150℃, 5min; b: 180℃, 10min; c: 200℃, 15min; d: 230℃, 20min)

以1.2.3条件供ICP-MS分析。以2%硝酸溶液样品内标响应值为基准, 计算上述样品的内标校正因子=样品内标(CPS)· 2%硝酸样品响应值(CPS)-1· 100%。考察不同条件下消解液的抑制效应, 结果见表5。

表5 消解温度、时间对微波消解的影响（n=3） Table 5 Influence of digesting temperature and time on microwave digestion

根据检验结果可知在200 ℃, 保持15 min或者230 ℃保持5 min及更长时间时, 消解液无色澄清且内标校正因子约97%, 说明该条件下样品消解完全, 更高的温度或者更长的消解时间下, 校正因子保持不变。分别称取0.5 g猪肝组织、猪脑组织、猪肚, 添加Hg元素50、500 ng, 以1.2.1条件进行消解并检测, 结果见表6。

表6 方法精密度和回收率 Table 6 Precision and recovery

根据检验结果, 采用硝酸-过氧化氢体系, 在200 ℃保持20 min条件下, 在不同生物检材中均可完全消解, 方法回收率高, 结果精密度好。

3.2 结果讨论

相比于传统的皮肤接触或消化道途径进入体内, 上述两起案例均由吸入汞蒸气引起受害中毒并在较短时间内致人死亡, 其中案例一为亚急性中毒, 案例二为急性中毒。案例二中受害者肺组织中汞元素含量较低, 且肾脏含量最高, 说明即使单次大量吸入汞蒸气, 汞元素仍然可以通过呼吸系统快速分布于全身, 最终积蓄在肾脏中。经过检验汞中毒人血中汞元素含量显著高于健康人群血中含量; 且在肾脏中含量最高, 也与文献报道的肾脏是汞离子最主要的靶器官一致[8], 在今后案件中应提取肾脏检材做重点检验。

在汞元素含量检测中, 由于汞元素对进样系统有很强的吸附性, 为避免残留, 进样前须稀释至合适浓度, 或添加浓度为1.0× 10-2μ glmL的金元素, 以消除检测中汞的记忆效应[9]。由于各地环境不同, 健康人群体内汞元素含量也不同, 在检验中应提取当地健康人群生物检材作为对照样品[7], 借助电感耦合等离子体质谱灵敏度高的特点, 对痕量的元素进行含量对比分析。

参考文献
[1] 焦芳婵, 毛雪, 李润植. 金属结合蛋白基因及其在清除重金属污染中的应用[J]. 遗传, 2002, 24(1): 82-86.
(JIAO Fangchan, MAO Xue, LI Runzhi. Genes of metal-binding proteins and their application in bioremediation of heavy metals[J]. Hereditas, 2002, 24(1): 82-86. ) [本文引用:1]
[2] 刘清, 王子健, 汤鸿霄. 重金属形态与生物毒性及生物有效性关系的进展[J]. 环境科学, 1996, 17(1): 89-92.
(LIU Qing, WANG Zijian, TANG Hongxiao. Research in the relationship between heavy-metal-element forms, biotoxicity and bioavailability[J]. Environmental Science, 1996, 17(1): 89-92. ) [本文引用:1]
[3] 李永华, 杨林生, 王丽珍, 等. 基于BCR和HG-ICP-AES的矿区土壤重金属污染特征分析[J]. 光谱学与光谱分析, 2007, 27(9) : 1834-1836.
(LI Yonghua, YANG Linsheng, WANG Lizhen, et al. Pollution characteristics analysis of Hg, Pb and As in soils of nonferrous metal mine area by the BCR and HG-ICP-AES technique[J]. Spectroscopy & Spectral Analysis, 2007, 27(9): 1834-1836. ) [本文引用:1]
[4] 徐赐贤, 林少彬, 路凯. 电感耦合等离子体质谱在人体生物样品分析中的应用[J]. 环境卫生学杂志, 2013, 3(3): 248-255.
(XU Cixian, LIN Shaobin, LU Kai. Application of inductively coupled plasma mass spectrometry to the analysis on biological samples[J]. Journal of Environmental Hygiene, 2013, 3(3): 248-255. ) [本文引用:1]
[5] 马栋, 张丹, 卓先义, 等. 微波消解ICP-MS法检测生物检材中汞元素[J]. 法医学杂志, 2011, 27(3): 193-195.
(MA Dong, ZHANG Dan, ZHUO Xianyi, et al. Determination of Hg in biological samples by inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Journal of Forensic Medicine, 2011, 27(3): 193-195. ) [本文引用:1]
[6] United States Environmental Protection Agency. Mercury study report to congress (volume 4): health effects of mercury and mercury compounds. sab review draft[R]. Washington: EPA, 1996. [本文引用:1]
[7] VEIGA M, BAKER R . Protocols for environmental and health assessment of mercury released by artisanal and small-scale gold miners[M]. Vienna: Global Mercury Project, UNIDO, 2004. [本文引用:2]
[8] 李树强, 赵金垣. 汞在肾脏内代谢的研究进展[J]. 中国职业医学, 2002, 29(2): 47-48.
(LI Shuqiang, ZHAO Jinyuan. Research progress of mercury metabolism in kidney[J]. China Occupational Medicine, 2002, 29(2): 47-48. ) [本文引用:1]
[9] 张秀武, 李永华, 杨林生, 等. 温控湿法消解 ICPMS测定全血中铅镉硒砷汞5种微量元素[J]. 光谱学与光谱分析, 2010, 30(7): 1972-1974.
(ZHANG Xiuwu, LI Yonghua, YANG Linsheng, et al. Determination of five trace elements (Pb, Cd, Se, As and Hg) in human whole blood by temperature-controllable wet digestion and ICP-MS technique[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2010, 30(7): 1972-1974. ) [本文引用:1]