砷形态:评估砷的环境毒理学的工具使用蚯蚓和脚趾甲作为生物标志物

迈克尔·j·瓦,^一个*标志按钮^a、b和R.T. Gawen Jenkin^b

^一个英国地质调查局,诺丁汉,英国NG12 5 gg。电子邮件:(电子邮件保护)
^b莱斯特大学地质系,莱斯特,英国

介绍

慢性砷暴露的健康影响是众所周知的,人口暴露在全球范围内,大多数的位置,如孟加拉国、东南亚和南美。严重的健康问题已经与饮水高砷,包括各种癌症、心血管疾病和皮肤角质的。¹在英国,饮用水中砷浓度严格监管²以满足世界卫生组织推荐上限10µg L¹至于饮用水。³大量接触也可以来自食用被污染的食物,吸入的尘埃或摄入受污染的土壤。英国德文郡和康沃尔郡,位于英格兰西南部,有一个历史遗产过去采矿活动导致的位置与高浓度的砷在土壤,在土壤摄入预计将是一个很大的风险。⁴增加暴露在这些领域的证据^5、6导致了日益担忧的潜在健康影响人群暴露于砷。暴露评估的本质上是复杂的,土壤中砷的总量问题的严重程度提供了一个指示,但不是直接风险敞口。砷的毒性主要是物种相关,与一些无机和有机物种被剧毒⁷但其他常见物种如arsenobetaine和arsenocholine已报告的小毒理学意义。⁸砷中因此,重要的是理解物种形成的路径从源到曝光,曝光后生物转化和相关风险对生物和人类的健康。

生态系统指标物种如蚯蚓曾作为评估土壤污染的工具,特别是使用生物体内积累污染物生物利用度作为指导。^9、10虽然没有直接表明潜在的人类健康的影响,使用哨兵生物如蚯蚓可以提供一个有用的替代人类研究砷污染的地点,并提供一个补充的证据在评估风险。⁹然而,人类的生物监测需要提供接触砷的定量估计。尿液是经常使用,尽管砷的停留时间约为24小时¹¹这意味着它很可能受到膳食摄入量和不适合评估暴露从土壤摄入可能是零星的。长期接触措施包括头发和指甲提供time-integrated样本评估人类对砷的吸收。

物种形成的砷的分析方法开发一系列材料耦合高效液相色谱与电感耦合等离子体质谱法(HPLC-ICP-MS)来理解砷暴露和吸收的生物学指标生物和人类。这项工作是英国地质调查局的一部分博士奖学金赞助,与莱斯特大学的合作。本文强调了发达的多功能性的方法测量砷物种的材料从德文郡大统一公债(及),在南方许多前矿业网站之一——英格兰西部。总结的结果提出了重点是仪器测量砷物种,同时更详细的关于采样站点,为分析样品制备,详细解释这些发现可以找到适当的出版物的这项工作。^{6、9、12 - 14}

方法

样品

蚯蚓和主机收集土壤进行分析从受污染的网站在诺丁汉及和被污染的区域。⁹脚趾甲样本来自附近的居民属性及前矿区和志愿者在诺丁汉地区。⁶

提取

的提取和测量砷物种监测使用认证的参考材料CRM 627金枪鱼蚯蚓分析、nc佐81002 b头发(nc北京)和CRM 13人的头发(NIES、Onogwa、日本)脚趾甲分析。在提取之前,砷物种的稳定性^三世(亚砷酸盐)^V(砷酸),马^V(methylarsonate),直接存储器存取^V(dimethylarsinate)和AB (arsenobetaine)提取条件下成立受雇于飙升的每个蚯蚓粉材料的砷物种。进一步详细认证参考材料和恢复数据,包括提取和总消化方法详细讨论了其他地方。^6、13、14

仪表

这个工作过程中两个icp仪器被使用:最初蚯蚓分析,一个热元素PQ ExCell(热科学、英国),和蚯蚓和脚趾甲,安捷伦7500 icp(安捷伦科技、英国)。仪器都装有microconcentric nebulisers,前者与珠喷雾室产生影响,后者斯科特双通过喷雾室。仪器的反应优化使用1µg L¹Claritas多元素优化解决方案1(英国GlenSpectra)。铟(10µg L¹)和Te(50µg L¹)被用作内部标准,添加到样本通过一个丁字片流。安捷伦7500雇了一个碰撞细胞使用他(5.5毫升分钟¹)等潜在干扰降到最低,多原子离子的基于“增大化现实”技术⁴⁰Cl³⁵。

四元泵(GP-50)和50 autosampler(美国Dionex)是直接耦合的ICP测定砷物种通过分析柱,这是连接到ICP nebuliser使用PEEK油管。这两个工具是耦合的方式注入每个样品溶液通过autosampler和随后的测量是自动同步,使注射复制样品。两个洗脱液系统被用于提取分离砷物种出现在蚯蚓和脚趾甲。这些都是一个阴离子交换柱保护盒相同的材料或阳离子交换柱的保护盒相同的材料。^12日,14日第一个色谱分离(图1)是基于梯度洗脱系统由Martinez-Bravo修改et al。¹⁵用梯度之间:NH 4毫米吗₄没有₃NH和B: 60毫米₄没有₃与氨,调整pH值8.7。这个方法^14、15取得了很好的分离^三世,因为^V、马、DMA和磷酸,磺酸盐和硫酸盐arsenosugars。Arsenosugars只有在蚯蚓,而不是在土壤或脚趾甲。可怜的分离是AB和甘油arsenosugar实现的。因此第二个色谱分离(图2),这是一个修改版的由Geiszinger权力平等主义的方法et al。,¹⁶测量的AB和甘油arsenosugar。使用的阳离子交换系统10毫米吡啶在pH值为2.26,调整与甲酸和1.5毫升的权力平等主义的流量最小¹。注射体积100µL用于两个系统。PQ ExCell icp的峰面积计算PeakFit 4.0(美国Seasolve软件)和安捷伦和Chemstation icp仪器软件。量化数据是由包含空白(去离子水)和calibrant标准为每个砷物种从2µg L¹50µg L¹在每个分析运行。孤立arsenosugar标准被用于确定arsenosugars保留时间匹配,而马的校准是arsenosugars的量化。梯度洗脱的方法(阴离子交换)为解决方案提供了检测的局限性,基于3 s的空白值PQ ExCell icp仪器如下:AB: 1.3µg L¹,因为^三世:0.8µg L¹,因为^V:1.5µg L¹马:0.7µg L¹,DMA: 0.3µg L¹。

图1所示。HPLC-ICP-MS:离子梯度洗脱剖面的混合标准溶液(10µg L¹)和一个代表蚯蚓提取物。虚线表示流动相的转变。

图2。HPLC-ICP-MS:阳离子权力平等主义的洗脱剖面的蚯蚓提取物(d . rubidus),一个海藻提取物含有糖1 - 4和13µg AB标准^{l - 1}。

结果

表1总结了砷浓度测量砷和砷的比例为每一个物种在样例为每个矩阵提取,包括土壤、蚯蚓和脚趾甲。土壤砷主要被发现^V的一小部分^三世其他成分,没有检测到使用阴离子交换梯度洗脱HPLC-ICP-MS方法。砷是通常出现在蚯蚓^V或者是^三世和AB。妈,DMA和三个arsenosugars在场是次要的选民。而无机砷随着砷的身体负担,增加有机物种的浓度保持相对稳定。¹²在脚趾甲样品中总砷浓度呈正相关,环境砷含量(r= 0.60,p< 0.001)。¹²砷居住在脚趾甲从控制和暴露组一样主要^三世或者是^V,DMA作为次要的成分。

表1。摘要砷浓度的德文郡大统一公债,砷物种占总砷的提取。范围和(平均)值。

样本矩阵	总(毫克公斤1)	提取率(%)	作为三世	作为V	直接存储器存取V	马V
主机土壤(n= 23)	255 - 13080 (2615)	70 - 108 (81)	1 - 14 (3)	80 - 113 (95)	nd	nd
*蚯蚓(n= 23)	11 - 877 (256)	27 - 82 (52)	5 - 61 (29)	7 - 84 (40)	-23 - 0.1 (3.6)	0.1 - 5 (1.2)
脚趾甲:暴露 脚趾甲:控制	2987 - 25981 85 - 273 (148)	55 - 68 38-59 (49)	81 - 86 67 - 85 (76)	5 - 21日 4-22 (12)	0.5 - 2 2 - 7日(4.5)	nd nd

nd:低于检测的局限性
*蚯蚓:arsenosugars 1(甘油):0.01 6(1.4%)、2(磷酸):0.04 - 5(1.36%)、4(硫酸):0.1 - -0.8 (0.31%)

结论

梯度洗脱阴离子交换高效液相色谱的方法需要的耦合的icp仪器是利用测量的九个砷物种从一个进样。该方法有效地用于砷物种形成一系列矩阵和有助于更好地理解exposure-uptake的通路,砷的生物转化后暴露于砷在蚯蚓和随后的身体负担。确定砷暴露这些信息提供了新的见解,环境中的风险和自行车在使用蚯蚓作为生物学指标生物。这种方法也提供了砷物种形成数据对砷的分布在脚趾甲,与砷主要居住^三世在暴露和对照组,^V和直接存储器存取^V出现在较低。这些数据证明了脚趾甲的敏感性高环境砷暴露的生物标志物,结果从历史的采矿活动。还正在进行进一步的研究来探索砷的环境暴露应用此方法测量饮用水中砷物种和其他相对非侵入性的人类接触生物标志物,包括头发和尿液,以更好地了解砷的命运和新陈代谢。

引用

1. 在核磁共振Karagas,助教Stukel杰Tosteson,Int。j . Hyg。环绕。健康。205年,85 - 94 (2002)。https://doi.org/10.1078/1438 - 4639 - 00133
2. 醉酒驾车,饮用水检查员,伦敦(2008)。
3. 世界卫生组织(who),饮用水质量指南(1993)。http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/arsenicsum.pdf
4. A.G. Oomen,黑客,m . Minekus e . Zeijdner c . Cornelis g . Schoeters w是t . Van De Wiele j . Wragg C.J.M. Rompelberg, A.J.A.M.口和J.H. Van Wijnen,环绕。科学。抛光工艺。36,3326 - 3334 (2002)。https://doi.org/10.1021/es010204v
5. p . Kavanagh卷法拉格,桑顿,w·葛斯乐,d . Kuehnelt c . Schlagenhaufen和kj Irgolic,分析师123年,27 - 29 (1998)。https://doi.org/10.1039/a704893i
6. m .按钮,G.R.T. Jenkin,严峻哈林顿和M.J.瓦,j .包围。班长。11日,610 - 617 (2009)。https://doi.org/10.1039/b817097e
7. K.T. Kitchin,Toxicol。达成。杂志。172年,249 - 261 (2001)。https://doi.org/10.1006/taap.2001.9157
8. t。w。山丘,Int。j . Hyg。环绕。健康203年,249 - 262 (2001)。https://doi.org/10.1078/s1438 - 4639 (04) 70036 - x
9. m .按钮,M.J.瓦特,m .洞穴严峻哈林顿和G.R.T. Jenkin,环绕。Geochem。健康31日,273 - 282 (2009)。https://doi.org/10.1007/s10653 - 008 - 9208 - 3
10. C.J.兰登,T.G. Piearce,麦格拉思和实验小组报告:K.T.出身低微的,环绕。Pollut。124年,361 - 373 (2003)。https://doi.org/10.1016/s0269 - 7491 (03) 00047 - 2
11. jr Meliker M.J.斯劳尼克说:G.A. Avruskin, d . Ghosh和J.O. Nriagu,j . Toxicol。环绕。健康70年,148 - 158 (2007)。https://doi.org/10.1080/15287390600755232
12. 按钮,G.R.T. Jenkin,严峻哈林顿和M.J.瓦,j .包围。Monit。在出版社(2009)。https://doi.org/10.1039/b904104d
13. 按钮和M.J.瓦,英国地质调查局红外/ 08/050 (2008)。
14. 布鲁尔M.J.瓦,m .按钮,T.S. G.R.T. Jenkin严峻哈林顿,j .包围。班长。10日,753 - 759 (2008)。https://doi.org/10.1039/b800567b
15. y Martinez-Bravo,自动跟踪Roig-Navarro, F.J.洛佩兹和f·埃尔南德斯,j . Chromatogr。一个926年,265 - 274 (2001)。https://doi.org/10.1016/s0021 - 9673 (01) 01062 - 7
16. Geiszinger w·葛斯乐,w . Kosmus达成。Organomet。化学。16日,473 - 476 (2002)。https://doi.org/10.1002/aoc.327