物理 数学建模小论文(5)

g，约占人体总重量的2%，正常人体内绝大多数的钙分布于细胞内液，主要以骨盐的形式存在于骨骼和牙齿中，约99%在骨骼，0.5%在牙齿，0.5%在软组织。存在于细胞外液的钙仅占总钙量的0.1%，约1 g左右，0.70 g在血管外液，0.30 g在血浆。钙的排出主要经粪便和尿，机体对粪钙排出的调节能力差，而对尿钙的排出具有一定的调节能力，血钙增多，尿钙排出增多，但很少超过500 mg/天，血钙下降，尿钙排出减少，甚至停排[1-2]。

生命的特征之一就是代谢，钙代谢异常将会影响许多器官的生理功能，对于身体健康非常重要。人体中的钙在神经脉冲传递、触发肌肉收缩、释放激素及调节心率中起着重要作用：缺钙可以引起手足抽搐、肌肉痉挛、喉鸣、惊厥、心律失常，导致骨质钙化障碍，表现为小儿佝偻病、骨骼畸形、发育迟缓，成人骨质软化、骨质疏松等症，对孕妇、婴幼儿影响很大，对中老年人则易造成骨折；钙过量可引发胆结石、肾脏钙化、肾小管纤维化、肾小管出血等疾病，导致神经肌肉的兴奋性下降，表现为乏力、四肢松弛、记忆力减退、易疲劳、心律失常，另外，高钙血症还往往是骨瘤的主要信息，因此，钙在维持人体正常生理功能及在人类生活中地位极为重要[3-4] ，“合理补钙”已成为当代社会各年龄群体（尤其是青少年）所关注的焦点，引起了广泛重视。

人体中钙的检测方法是根据钙在体内的分布和含量，选择不同的部位和方法来检测的。钙的检测方法很多，常规检测有测定骨密度、血钙、尿钙、发钙等检测途径。测定骨密度需要特殊的仪器；对于血钙、尿钙、发钙这三种检测方法来说，血钙能准确的反映体内的钙代谢情况，准确度高，但取样及样品保存要求严格的条件，并且取样有痛苦；发钙能反映出人体在一段时间内的营养状况，检测取样方便、无痛苦，但受取样部位、洗护发用品的影响较大，准确性不够高；尿钙测定取样方便、均匀性好、无痛苦，准确性虽不如血钙检测高，但却是临床检测人体钙代谢的一个重要指标，适用于普查、筛查、家庭自检[5-9]。据有关文献报道[10]，根据北屯农十师413名学龄前儿童尿钙检测数据统计分析，413名学龄前儿童钙缺乏率高达40%；尿钙含量减少常与甲状腺机能减退症、手足抽搐症、骨质疏松症、以及肾病变等相关联；而甲状腺机能亢进、维生素D中毒、变形性骨炎等，均可引起尿钙增多[11]；尿钙过饱和是草酸钙结石形成的重要原因之一，因此准确测定尿液中的钙含量对于判别是否罹患尿结石有重要意义[12]。

国内测定尿钙的常见方法有EDTA滴定法、电极法、原子吸收法、光度法和试纸法等，首选原子吸收光谱法。 EDTA配位滴定法优点在于不需要特殊仪器，

快速方便，适宜基层医疗单位，但滴定终点难以准确掌握；电极法所用的硬度电极性能不稳定且使用寿命短；原子吸收法虽测定速度快，效果好，但需要特殊仪器及专门技术操作，在一般实验室的条件下难于应用；光度法与上述方法比较测定速度快、灵敏度及精确度高，操作相对简便。分光光度法测钙方法有邻-甲酚酞络合酮直接比色法、胶束增溶分光光度联合测钙法、偶氮胂Ⅲ显色剂测钙法等；试纸法是通过其颜色的变化对样品进行定性和半定量测定，与其它方法比较，操作简便，成本低，速度快，另外，试纸法测定无需专门培训测定人员，只要有一定的辨色能力即可，便于普通家庭使用[13-17]。

国外有利用酶分析法、光化学传感器测钙的文献报道：Tabata M. [18]于1986年最先报道了用磷酸酯酶测定血清中的总钙。该法测定专一，检测限较低 ，但血清中的镁对钙的测定干扰很大。后来，Yuzo[19]等以猪胰腺α-淀粉酶测定钙，以2-氯-4-硝基苯麦芽三糖（CNP-G3）作底物，在钙存在条件下生成2-氯-4-硝基苯酚（CNP）和麦芽三糖（G3），该反应中Ca2+可激活α-淀粉酶，CNP浓度的增加与钙离子浓度成正比例关系。此法不受各种正离子特别是镁离子及血清蛋白的干扰，但内源性的α-胰淀粉酶将引起正误差，因此，对于急性胰腺炎患者和血钙过高患者的钙测定可能不准确。到1996年，Shigeki[20]等用脲酰胺酶、谷氨酸脱氢酶测定血清钙，排除了内源性铵离子的干扰，反应是钙影响了酶-ATP-Mg2+复合物对尿素的羟化作用，钙和镁以及钙和三磷酸腺苷（ATP）之间的抑制是非竞争性的，因此，这种酶的抑制作用是与钙离子的浓度成正比，适宜的pH为7.5～8.0。 酶法分析耗时少，特异性好、灵敏度高，有可信的回收率，且易于自动化，以上的酶法分析已经有商品药盒出售，非常适合临床常规分析；瑞士苏黎世联邦高等理工学院（ETH）的科学家Thomas[21]等用自己合成的一些化合物制备膜，当含钙离子的样品流经与膜接触的流通池时Ca2+与敏感物质反应，引起光吸收的改变而测得样品溶液中的钙含量，用于钙离子检测的光纤化学传感器大多用荧光检测，荧光试剂可用天然羧酸聚醚抗菌素，将荧光试剂制成膜或直接修饰到光纤探头上，样品中的钙离子与此试剂生成配合物对荧光有熄灭作用，由于荧光熄灭程度与熄灭剂浓度有关，因此可以测定样品中钙离子的浓度。

随着分析方法、通讯技术、计算机技术、生物技术、医学等学科的迅猛发展，人体中钙的检测方法也朝着更加方便、快捷、准确、无痛苦、成本低、易普及的方向发展，以适应人们对医疗条件日益提高的要求。

根据文献报道，甲基麝香草酚兰分光光度法主要用于血清钙的测定[22]，直接

用于尿钙的测定现未见到相关报道。甲基麝香草酚兰（即甲基百里香酚兰，MTB）是一种优良的金属络合试剂，主要用作光度法测定Al3+、Ca2+、Mg2+、Hf4+、NbO3+和Ti4+等的显色剂，在碱性条件下可以与钙发生显色反应，用做配位滴定法测定Zr4+、Bi3+、Mg2+、Sc3+、Cu2+等的金属指示剂。

本研究有两个工作重点，首先对甲基麝香草酚兰测定尿钙的方法进行了有关显色剂最佳浓度的选择、试剂空白试验、显色反应时间、显色反应稳定性等相关条件试验，找出了其影响规律，建立了利用甲基麝香草酚兰分光光度法直接测定尿钙的方法，该方法无需对样品进行特别处理，简便易行，用于实际样品分析，得到了满意的结果；其次，在确定液相反应方法的基础上，以甲基麝香草酚兰分光光度法测定尿钙的方法为理论基础制备尿钙试纸，对于纸质条件、浸渍溶液最佳浓度、浸纸方式及时间、干燥方式、稳定剂、衬色剂、试纸灵敏度、准确性、稳定性等方面进行了系统研究，以制备的尿钙试纸对实际尿样进行测定并与甲基麝香草酚兰分光光度法测定结果对比，结果满意。

2 实验部分

2.1 仪器和试剂

2.1.1 仪器

722E型分光光度计（上海光谱仪器有限公司）；电子天平（Scortorius）（北京赛多利斯天平有限公司）；微量进样器（上海医用激光仪器厂）； pHS—3C数字酸度计（杭州东星仪器设备厂）。

2.1.2 试剂

甲基百里香酚兰（MTB）（天津瑞金特化学品有限公司）；聚乙烯吡咯烷酮（K30）（天津市福晨化学试剂厂）；8-羟基喹啉（天津市化学试剂一厂）；盐酸（天津市化学试剂六厂）；氢氧化钠（天津市鼎盛化工材料厂）；无水亚硫酸钠（天津市耀华化工厂）；乙醇胺（天津市恒兴化学试剂制造有限公司）；乙二胺四乙酸二钠（沈阳试剂四厂）；碳酸钙（天津市科密欧化学试剂开发中心）；海藻酸钠（国药集团化学试剂有限公司）；柠檬黄；定量滤纸（直径9公分，中国杭州新华造纸厂）；钙标准溶液（100.0 mg·L-1）（北京化工厂）；

1：1盐酸：量取浓HCl试剂用等体积水稀释，摇匀，室温下保存备用； NaOH溶液（6 mol·L-1）：称取NaOH 24.0 g加100 ml水溶解，室温下保存备用；

A液：称取8-羟基喹啉1.45 g，加2.4 ml 1：1盐酸，加20 ml水，搅拌促使其溶解； 称取0.1140 g甲基百里香酚兰络合剂，加1.5 g聚乙烯吡咯烷酮（K30），加0.5 L水，搅拌促使其溶解；两液混合，定容至1 L，棕色瓶室温保存备用；

B液（缓冲溶液）：称取2.4 g无水亚硫酸钠，加0.2 L乙醇胺，加0.7 L水，微热，搅拌促使其溶解，定容至1 L，室温下保存备用；

显色应用液：测定前，根据标本量取用适量A液与B液等体积混匀即可（注意：混合溶液不宜长期放置，应随用随配）；

EDTA溶液（16.7 g·L-1）：称取16.7 g乙二胺四乙酸二钠（Na2H2Y·2H2O）用温水溶解，必要时过滤，冷却后用水稀释，定容至1 L，摇匀，室温保存备用；

Ca标准溶液（300.0 mg·L-1）：准确称取0.7500 g在110 ℃下烘干恒重的碳酸钙，溶于40 ml水，再滴加4 ml 1：1盐酸，加水溶解，用NaOH溶液（6 mol·L-1）调pH=7，定容至1 L，用的钙标准溶液（北京化工厂）校正浓度，室温下保存备用；

柠檬黄溶液（0.1 g·L-1）：称取0.1 g柠檬黄，加水1 L溶解，室温下保存备用；

5％海藻酸钠溶液：称取5.0 g海藻酸钠，加 95.0 g温水，沸水浴溶解，热水浴放置，防止其凝固（注意：最好随用随配）；

试验用水为蒸馏水，试剂为分析纯。

2.2 实验方法

2.2.1 尿样的采集及处理

从自愿参与的男性大学生中，随机选取正常饮食的人员，收集其晨尿于4 h内测定；若需要长期放置尿样，需要在1 L尿样中加入10 ml 6 mol·L-1 HCl为稳定剂，临用前调至中性，再根据需要稀释（尿样中不能加入EDTA作为稳定剂）。

2.2.2 甲基麝香草酚兰分光光度法测定尿钙标准曲线

取A液、B液等体积混匀，用EDTA溶液（16.7 g·L-1）调空白溶液吸光度值为0.41～0.45之间，此溶液为显色应用液。

准确吸取适量300.0 mg·L-1钙标准溶液，用水稀释至所需浓度（30.0，60.0，90.0，120.0，150.0，180.0 mg·L-1）。

在7支试管中，分别加入各浓度钙标准溶液100.0 μl，各加入显色应用溶液

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