基于激光剥蚀电感耦合等离子体质谱成像技术推断毒性元素入体时间研究

To deduce accurately the entry time of a toxic element into the human body is a scientific problem to be further explored in the forensic toxicology. It is very important to illuminate the toxic element spatial distribution in the hair and the relevant influencing factors for deducing the entry time of a toxic element into the human body. On the basis of the previous research results, the applicant takes the poisoned victims as the studying objects, applies the LA-ICP-MS imaging technology and images in situ and in real time the toxic element spatial distribution in the hair from the microcosmic point of view to illuminate the entry time, the migration rate and the concentration peak location of that element. Then taking the concentration peak location, the migration rate of the toxic element in the hair as the variables and the entry time of the toxic element into the hair via the blood as the correction factors, the applicant establishes a mathematical model for deducing the entry time of that element into the human body. Finally the applicant verifies the accuracy and feasibility of the established mathematical model in the practical cases. The project deliverable will help to open up a new way for the research on deducing the entry time of a toxic element into the human body, improve the value of forensic toxicology identification of the results as evidence, and expand the application of LA-ICP-MS in situ imaging technology in the forensic science.

毒性元素入体时间推断是法医毒物学领域尚需进一步深入探讨的科学问题。阐明毒性元素在头发中的空间分布和相关影响因素，对推断毒性元素入体时间至关重要。申请者在以往研究成果的基础上，拟采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）成像技术，以中毒患者为研究对象，从微观角度对毛发中毒性元素的空间分布进行原位、实时地成像，阐明头发中毒性元素进入时间、迁移速度及浓度高峰位。在此基础上，以头发中毒性元素浓度高峰位、迁移速度为变量，以毒性元素经血液进入头发时间为校正因子，探讨构建毒性元素入体时间推断的数学模型。并通过实际中毒案例，对所建数学模型的准确性和可行性进行检验。项目成果可以为毒性元素入体时间推断研究开辟新的技术途径，提高毒物司法鉴定的证据价值，同时也有助于拓展LA-ICP-MS原位成像技术在法医学中的应用。

基于传统的时间推断方法误差较大（约在1-2月），难以满足实际案件委托的诉求，本项目提出以质谱成像、原位分析为主要技术手段，通过对头发中毒性元素空间分布的研究，以提高中毒时间推断的可靠性与准确性的研究思路。在项目实施过程中，以砷元素为例，建立单根头发中毒性元素的LA-ICP-MS原位分析测试方法，并通过该方法对单根头发中砷元素的分布采用质谱成像技术进行数据处理，以研究单根头发中毒性元素的空间分布特征，毒性元素的潴留位置，头发生长速度等影响中毒时间推断的参数，并在此基础上进一步建立了推断毒性元素入体时间的数学模型，并用实际案例对数学模型的可靠性和准确性进行验证。具体的研究结果如下：.（1）单根头发中毒性元素的LA-ICP-MS方法学研究。方法学研究的结果显示，单根头发中砷元素的定量分析方法符合检测要求，线性相关系数大于0.99，日间精密度、日内精密度和准确度均小于15%，砷元素的检测限和定量限结果分别为3.19ug/g和6.91ug/g；Pb的检测限和定量限结果分别为1.07ug/g和3.21ug/g。该方法灵敏度高，重复性好，满足进一步研究的需要。.（2）建立推断砷元素入体时间的数学模型。首先对单根头发代表性进行考察，结果显示枕部区域头发中元素分布重现性良好，可以用枕部单根头发来推断中毒时间。通过对枕部单根头发中砷元素的实时、原位分析，获得了砷元素在头发中质谱成像结果及轴向分布特征，通过砷元素在头发中的轴向分布，可以直观显示患者受毒性元素的暴露次数及中毒时间推断。并经过统计学检验得到枕部头发的平均生长速度为413.45μm/d，以砷元素在头发中的核心潴留位置及头发的生长速度为参数建立了砷元素入体时间推断的数学模型（中毒时间(d)=头发长度（μm）/413.45μm/d）。.（3）中毒时间数学模型的可靠性验证。应用实际案例对砷元素中毒时间的推断结果进行了验证，结果显示利用该模型可将砷元素中毒时间推断的精度缩短至5天左右，相比以往以月为误差单位的时间推断，本研究提高了中毒时间推断的精度，证明了砷元素入体时间推断的数学模型的可靠性。.本项目为毒性元素中毒时间推断研究提供了原创性的研究思路，研究结果也证明了研究思路的正确性与可行性。本项目所取得的研究成果可直接应用于司法实践，为打击投毒、环境污染等案件提供智力支持。同时本项目所形成的微区检测技术还可为人体组织金属学的研