卫生化学(案例版)(第2版)/毋福海

**章 绪论 **节 卫生化学的性质、任务和作用 卫生化学（sanitary chemistry）是高等医学教育预防医学专业的一门必修课，是预防医学的重要组成部分。卫生化学是应用分析化学的基本理论和实验技术研究人类生活环境中与人群健康相关的化学物质的质、量及其变化规律的学科。 卫生化学的任务主要有：研究简单、快速、灵敏的检测方法；制定检测方法的标准；研究检测工作质量保证和质量控制的方法；测定空气、水、食品等样品中待测物质的含量，为各种卫生监督和卫生评价，以及卫生法规和卫生标准的制定提供科学依据；评价某些物质的存在、过量或缺乏对人体健康的影响。 卫生化学是分析化学和预防医学的交叉学科，与公共卫生与预防医学事业的发展密切相关。早在1936年林公际先生就在其所著《卫生化学》中指出：“公共卫生之推进，一方须凭籍行政的管理，一方须利赖学术的研究，两者互为经纬，其效始著。关于学术研究，则卫生化学实占重要之成分。盖卫生化学为论列一切饮食物、嗜好品、水、空气、土壤等之试验及其良否判定之学科。凡人类保健卫生之涉及化学问题者，殆无不属于卫生化学之应用范围。” 随着科学技术的不断进步和工农业生产的迅猛发展，人类的生存环境与生活质量有了极大改善和提高，但也产生了一系列严重的公共卫生问题。环境污染导致各种慢性非传染性疾病持续增加，且呈现年轻化趋势，已成为危害人类健康的重要杀手；食品安全突发事件频发，如“二英污染”、“三聚氰胺”、“毒大米”、“塑化剂”、“瘦肉精”等，不仅危害人类健康，而且造成社会恐慌；一些新型的职业病和职业相关疾病不断出现。面对如此严峻的形势，卫生化学任重道远，其在科学控制环境污染、保障食品安全、预防控制疾病、实施健康保护和延长公众寿命等公共卫生事业中发挥着越来越重要的作用，被誉为“公共卫生的眼睛”的确是名副其实。 第二节 分析方法的分类和分析结果的表示方法 一、分析方法的分类 卫生化学的研究对象有如下特点：①样品种类繁多，有空气、水、食品、生物材料等。②样品组成复杂，样品来源不同，基体不同，共存干扰物质不同。③检测对象广泛，有无机物、有机物、大分子、小分子等。④待测组分含量相差大，从常量、微量到痕量，乃至超痕量。由于这些特点，卫生化学所涉及的检测方法很多，常根据分析任务、分析对象、检测原理、样品用量、被测组分含量水平、分析目的等分类。 1. 按分析任务分类 卫生化学可分为定性分析（qualitative analysis）、定量分析（quantitative analysis）和结构分析（structural analysis）。 定性分析的任务是鉴定物质是由哪些元素、离子、官能团或化合物组成；定量分析的任务是测定物质中各组分的相对含量；结构分析的任务是研究物质内部的分子结构或晶体结构（包括组分的价态、形式等）。 2. 按照分析对象分类 卫生化学可分为无机分析（inorganic analysis）和有机分析（organic analysis）。 无机分析的对象是无机物。由于无机物所含元素繁多，在无机分析中通常要求鉴定试样由哪些元素、离子、原子团或化合物组成（定性分析），以及各组分的相对含量（定量分析），同时还要求测定其存在形式（即形态分析）。 有机分析的对象是有机物。有机物的组成元素种类并不多，但化学结构相当复杂，不但要求鉴定组成元素，更重要的是进行官能团分析和结构分析。 3. 根据测定原理分类 卫生化学可分为化学分析（chemical analysis）和仪器分析（instrumental analysis）。 化学分析是以物质的化学反应为基础的分析方法。化学分析法是*早的分析方法，又是分析化学的基础，又称经典分析法。化学分析法主要有重量分析法和滴定分析法。 仪器分析是以被测物质的某种物理和物理化学性质与其含量的关系进行定性、定量和结构分析的方法。由于测定这些物理和物理化学性质需要特殊的仪器，所以称之为仪器分析。仪器分析是二十世纪初才发展起来的，所以又称现代分析方法。仪器分析法主要包括光学分析法、电化学分析法、色谱分析法、质谱分析法及其联用技术等。 仪器分析发展很快，应用越来越广泛，在分析化学中所占的比重越来越大，是现代分析化学的发展方向。但是化学分析法是整个分析化学的基础，在进行仪器分析前，多数要用化学方法对试样进行预处理，如试样的溶解、待测组分的富集、干扰物质的分离和掩蔽等，所以化学分析法与仪器分析法是互为补充、相辅相成的。在实际工作中，需要根据分析对象、分析要求及实验室条件等选择合适的分析方法。 4. 根据分析时试样用量分类 卫生化学可分为常量分析（macro analysis）、半微量分析（semi-micro analysis）、微量分析（micro analysis）和超微量分析（ultra-micro analysis）。各种方法的试样用量见表1-1。 表1-1 各种分析方法的试样用量 5. 根据试样中被测组分的相对含量分类 卫生化学可分为常量组分分析（macro component analysis）、微量组分分析（micro component analysis）、痕量组分分析（trace component analysis）和超痕量组分分析（ultra-trace component analysis）。各种分析方法中被测组分在试样中的含量见表1-2。 表1-2 各种分析方法中被测组分在试样中的含量 需要注意的是，这种分类法与按试样用量分类法不同，两种概念不能混淆，痕量组分分析不一定是微量分析。例如，自来水中有机污染物含量很低，多为ng/ml或pg/ml级，所以自来水中有机污染物的测定属于痕量组分分析，但分析时自来水的取样量往往多达数十升，属于常量分析。 6. 按分析的目的分类 卫生化学可分例行分析（routine analysis）和仲裁分析（arbitration analysis）。 例行分析，又称常规分析，是指一般实验室在日常生产或工作中的分析，如疾病控制中心的日常检验工作。仲裁分析是指不同单位对分析结果有争议时，要求上级检验机构或作为第三方的权威机构用法定方法或公认的方法进行准确分析，以判断原分析结果是否可靠。 此外，出于不同的分析目的，还有一些专门的分类。例如，在分析过程中试样不被损坏，被称为无损分析（non-destructive analysis）；对试样的微小空间中的物质进行分析，称为微区分析（micro-area analysis）；对固体试样表面的组成和分布进行分析，称为表面分析（surface analysis）等。 二、分析结果的表示方法 （一）被测组分的化学表示形式dd 对所测定的组分通常有以下几种表示形式。 1. 以实际存在的型体表示 如水质理化检验中，测定水中Ca2+、Mg2+的含量，结果直接以每升水中Ca2+、Mg2+的质量表示。 2. 以元素形式表示 对元素分析，结果常以元素形式表示。例如，测定碳水化合物中C、H、O的含量，结果以C、H、O的质量分数表示。 3. 以氧化物形式表示 将测定结果折算为氧化物的含量表示。例如，水的总硬度测定，其结果是将所测得的钙、镁的量折算成CaO的质量，以每升水中含有CaO的质量表示。 4. 以化合物的形式 将测定结果折算为化合物的含量表示，如用重量法测定试样中S，测定结果以BaSO4的量表示。 以上所列的四种表示形式，只是一般的表示方法，实际工作中往往按需要或历史习惯表示。 （二）被测组分含量的表示方法 被测组分的含量通常以单位质量或单位体积中被测组分的量来表示。由于试样的物理状态和被测组分的含量不同，其计量方法和单位不同。 1. 固体试样 固体试样中某一组分的含量，用该组分在试样中的质量分数*表示。 （1-1） 式中，m和ms分别为被测组分和试样的质量，g。 如果被测组分为常量组分，则*的数值可用百分率（%）表示，这里的“%”表示质量分数，例如，*＝0.25，可记为25%；如果被测组分含量很低，则*可用指数形式表示，如*＝1.5×10*5，也可以用不等的两个单位之比表示，如用*g/g、ng/g等表示。 2. 液体试样 液体试样的分析结果一般用物质的量浓度c表示，单位为mol/L、mmol/L等。在卫生检验工作中，常用质量浓度*表示，单位为g/L、mg/L、*g/L、mg/ml或*g/ml等。 3. 气体试样 气体试样中被测组分的含量表示方法，随其存在状态不同分为两种。 （1）质量浓度：用每立方米气体中被测组分的质量表示，单位为mg/m3。目前，空气污染物浓度大都采用这种表示方法，如空气中SO2的浓度用mg/m3表示。 （2）体积分数：当被测组分以气体或蒸气状态存在时，其含量可用体积分数，即每立方米空气中所含被测物质的体积表示，单位为ml/m3。 第三节 卫生化学工作的基本程序 卫生化学工作的目的是获取关于物质的组成和结构等化学信息，所以，工作过程就是获取物质化学信息的过程。一般包括采样（sampling）、试样预处理（pretreatment）、测定（determination）、分析数据的处理（treatment / evaluation of data）和评价、测定结果报告等步骤。 1. 采样 采样指从整批样品中抽取一部分有代表性的试样。试样是获得分析数据的基础，而采样是分析过程的关键环节，如果采样不合理，就不能代表测定对象的总体，甚至会导致错误结论。由于卫生化学研究的对象种类繁多，组分分布的均匀性差异，组分含量的差别，分析目的不同，有的要求分析结果能反映分析对象整体的平均组成，有的要求反映其中某一特定区域或特定时间的特殊状态等，所以应根据具体情况选择合理的采样方法。 2. 试样预处理 由于试样多种多样，存在形式各不相同，采集的试样往往不能直接测定。试样预处理就是将试样处理成分析所需的状态。大多数分析方法要求将试样转化为溶液状态，或将待测组分转入溶液体系中。样品预处理包括试样的溶解和分解，被测组分的提取、分离和富集（浓缩）等。 3. 测定 根据被测组分的性质、含量以及对测定的具体要求，选择合适的测定方法。例如，对微量或痕量组分的测定，应采用高灵敏度的分析方法；对突发事件的现场检测，应采用快速检测方法；需要仲裁的测定，必须选择国家标准方法等。测定方法选定后，进一步优化实验条件，进行分析质量控制，对所用仪器或测量系统进行校正等，以确保分析结果符合要求，包括准确度、精密度、检出限、定量限或线性范围等。 4. 分析数据的处理和评价 运用统计学的方法，对分析所提供的信息进行有效的处理。借助计算机技术和各种专用数据处理软件，对大量数据或者特定时空分布的信息进行处理，除可直接获得分析结果外，还可以从中获得更多有用的信息，解决更多的实际问题。 第四节 卫生化学的发展趋势 卫生化学是分析化学和预防医学的交叉学科，是预防医学研究的“眼睛”，故其发展必将主要依赖于分析化学的发展和预防医学的实际需求。现代科学技术的快速发展，使分析化学发生了巨大变革。卫生化学不断吸取分析化学的*新成就，为预防医学的监测、监督和科学研究提供更准确、灵敏、快速简便的检测方法和更全面的信息。卫生化学的发展趋势主要体现在以下几个方面： 1. 提高检测方法的灵敏度 预防医学领域所涉及的被测组分通常是微量或痕量组分，有些样品要求方法的检出限达到10*15g/g水平或更低，这样必须提高检测方法的灵敏度，才能满足分析要求。 2. 提高分析方法的选择性 卫生