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生物基質分析與法醫學鑑識

2019-06-25

生物基質中微量元素與臨床化學應用

 

微量元素 (金屬) 作為預防流行疾病的膳食補充劑,以及提供臨床上有效的輔助療法呈現逐漸增加的趨勢,並且已經成為基礎和應用科學的一項熱門研究領域。各種維他命與人體必需微量元素的充分攝取,對於健康來說極為重要,缺乏時會導致醫療症狀,過度攝取則反而可能導致中毒,特別是硒、銅、鉬或鉻都有潛在毒性, 因此這些元素的補充攝取特別受到醫學的關注。 

 

目前已知的分析方法如 AAS (atomic absorption spectroscopy,原子吸收光譜技術)ICP-OES (inductively coupled plasma optical emmission spectroscopy,感應耦合電漿原子發射光譜技術),樣品準備步驟較為耗時, 並且需用強酸消化。特別是在動物實驗或兒科醫學方面,有限的生物樣品量更成為分析時所面臨的問題,若為了符合足夠的樣品量而進行稀釋,通常就會導致元素濃度低於偵測極限。 

 

現在 S2 PICOFOX TXRF 光譜分析儀相當適用於臨床研究,或例行測量期間有關任何生物基質樣品的微量元素測定 
 
■ 所有樣品不必經過任何消化就能分析,或是在分析前經簡單的稀釋步驟再加入內標 
TXRF 可提供在 1100 ppb 所需範圍內的偵測極限 
TXRF 相當適用於極低樣品量的分析

 

醫學研究聚焦下的硒  

(Se) 在數種複雜代謝途徑方面的貢獻是現今醫學研究所聚焦的重點 ,硒依賴性酶可促成過氧化物 (peroxides) 的降解或甲狀腺激素的碘-碳鍵 (iodine-carbon bonds) 斷裂,由於這兩種過程都與進一步的金屬酶活動密切相連,因此有必要全面了解酶與相關微量元素的相互作用及功能。

 

測量設備

S2 PICOFOX 配備有氣冷式的低功率 X 光管 ( Mo 靶 )、80% 反射率的多層膜式單光器 (multilayer monochromator),以及不需要液態氮冷卻的 XFlash® 矽半導體標移式偵測器 (Silicon Drift Detector, SDD),能量解析度 < 150 eV (Mn Kα)。 

 

基改小鼠中微量元素濃度

在此次實驗中,野生型小鼠的金屬濃度與硒輸送蛋白基因剔除突變體比較 (selenium transporter knock-out mutant)。肝臟與腎臟的微量金屬濃度在組織均質化後測量,少量的均質樣品則在內標處理後直接移至樣品載台上。如圖1所示,突變小鼠中的鋅 (Zn)、硒 (Se) 和鉛 (Pb) 都有增加,而其他元素則未呈現出任何顯著改變。

 

1. 野生型小鼠的金屬濃度與硒輸送蛋白基因剔除突變體之比較 

 
 

母乳中相對於飲食習慣和哺乳期的硒濃度

母乳中的硒 (Se) 測量是依母乳粉末標準 (NIST BCR 150) 來確認偵測極限和精確度。母乳粉末和全乳不必作進一步的樣品前處理,在加入內標之後即可利用 TXRF 進行分析。所測得 114±9 μg/l 的硒 (Se) 值與 127 μg/l 的標準值相當一致,偵測極限在經過計算後為 3 μg/l。 

 

2. 母乳中的硒 (Se) 濃度於哺乳期間的變化 

 

 

TXRF與法醫學鑑識應用
 

槍支使用後的距離鑑定是犯罪現場調查中的一項重要任務,這需要對彈孔周圍區域的槍彈殘留物進行微量元素分析。 槍彈殘留物的主要來源是彈藥的底漆,其中含有苯乙酸鉛,硝酸鋇和硫化銻化合物。 然而一些新的引物不含鉛,但可以用其他元素表徵,例如銅和鋅。在下面報告中呈現用 TXRF 鑑識含鉛和無鉛彈藥的射擊距離。

 

測量設備

S2 PICOFOX 配備有氣冷式的低功率 X 光管 (Mo)、80% 反射率的多層膜式單光器 (multilayer monochromator),以及不需要液態氮冷卻的 XFlash® 矽半導體標移式偵測器 (Silicon Drift Detector, SDD),能量解析度 < 159 eV ( Mn Kα )。

 

結果

槍彈殘餘元素的結果列於上表中。由於 Sb 的 L-線與豐富元素 Ca 的 K-線的干擾,因此 Sb 沒有被分析到。Ba 和 Pb的濃度與所施加的射擊距離(圖 3)顯示出明顯的相關性,而可以判定含鉛彈藥的射擊距離將近 110cm。

 

槍彈殘餘物濃度與彈藥射擊距離的相關性,圖3(下圖左)為含鉛彈藥,圖4(下圖右)為無鉛彈藥


 

無鉛彈藥的元素濃度與射擊距離的相關性如圖 所示。因為鋅無處不在,故不能用於射擊距離的確定。Ba 和 Cu 的數據顯示出良好的相關性,適用於甚至更大射擊距離的鑑別。

 

運用Micro-XRF於法醫學鑑識

 

測量設備

Bruker M4 TORNADO

 

結果

針對布料槍孔進行 mapping 分析,掃描部位以綠框表示,顯示樣本存在一些鐵顆粒,且樣品中央存在富硫的長結構,辦別可能為頭髮。

 

利用初級過濾器 (600 um 鋁濾網改善鉛偵測方法後,可降低波峰相對於背景的比值,而可辨識出鉛強度訊號。

 

收集、保存和證據分析,並且需要能夠從最小的樣本中獲取最多的信息,同時保留最大量的信息用於進一步的鑑識,因此精準和速度對於獲得可靠的相關結果至關重要,Bruker 提供可靠的解決方案,快速地識別犯罪現場證據、毒素、DNA 、痕跡追溯、藥物濫用和藥品等。

 

 

Bruker S2 PICOFOX

Bruker M4 TORNADO