第一篇　导论

第一章　绪论

一、卫生化学的发展简史

卫生化学（sanitary chemistry）是伴随公共卫生事业发展起来的学科，早在19世纪末20世纪初，现代公共卫生体系建立初期，卫生化学即成为公共卫生发展不可缺失的重要组成部分。卫生化学这一名称最早出现于日本，已有较长的历史。早在1874年，根据卫生事业发展的需要，日本成立了国营东京司药场（1887年更名为东京卫生试验所，1949年更名为国立卫生试验所，1997年更名为国立医药食品卫生研究所），主要从事医药品、空气、饮水、食品、土壤等样品中化学物质检验方法的研究。1893年日本东京大学医学院药学部开始设立卫生仲裁化学讲座，这是卫生化学的最初阶段。此后，卫生化学的教学和研究在日本一直作为药学部的一个分支不断发展。20世纪初，池口庆三根据日本政府颁布的食品及其他物品管理相关法律编著了《饮食物鉴定法》，大正10年（1921年）增订出版时更名为《卫生化学》。日本的卫生化学内容涉及面较广，其内容包括化学物质在生物体内的代谢与毒性，化学物质的安全评价，空气、水和食品卫生化学等内容。

我国卫生化学教育始于20世纪20年代。据1936年卫生化学教育先驱者林公际先生编著的《卫生化学》一书序言中“作者忝任卫生化学讲席，将近十载平日在教学及作业上，深知一般只需要。衹以历年讲稿，多不惬意，不敢付诸剞劂，出而问世。去春来杭，课务稍暇益以同事之慫恿，乃重治旧稿，增删损益，勉成兹编。是书出后，倘有助于药学学生之实修及从事卫生工作诸同好之参考，俾我国公共卫生伺候逐步向上则欣慰何似！”，并指出：“公共卫生之推进，一方须凭借行政的力量，一方须利赖学术的研究。两者互为经纬，其效始著。关于行政问题，兹不具论，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。”1949年新中国成立后原第二军医大学已率先开设了卫生化学课程。早期的卫生化学是以卫生检测技术为主，主要是针对食物中的营养成分和有害物质的检测分析。1956年11月，林公际和胡乃钊合作对《卫生化学》进行了增订，并由上海卫生出版社再版。

20世纪70年代末，我国的卫生化学已发展成为一门独立学科，《卫生化学》作为卫生专业（公共卫生与预防医学前身）七本规划教材之一成为该专业学生的一门必修课。2017年完成出版《卫生化学》第8版。作为教材编写时注重“三基、五性、三特定”，未能反映卫生化学最新研究成果，不能满足卫生化学和公共卫生与预防医学科技工作者的需求。原卫生部教材办公室和人民卫生出版社组织全国高等医学院校和卫生防疫部门从事卫生化学工作的70余名专家教授于1997年启动编写了大型教学科研参考书《现代卫生化学》并于2000年出版了这部著作，该书2002年被教育部推荐为研究生教学用书。2009年出版了第二次修订版《现代卫生化学》。

二、卫生化学的性质、任务和作用

卫生化学是随着公共卫生与预防医学和分析化学学科发展而形成的一门交叉学科，是应用分析化学的基本理论和试验技术研究预防医学领域中与健康相关化学物质的质、量及其变化规律的学科。为预防医学和公共卫生事业提供准确信息和可靠的研究方法。

卫生化学是预防医学的重要组成部分，与预防医学和公共卫生事业的发展密切相关。预防医学是以人类群体为研究对象，着重研究各种环境因素对人类健康的影响，包括生物、物理、化学、社会、心理等诸多方面。环境是地球表面的物质和现象与人类发生相互作用的各种自然和社会要素构成的统一体，是人类生存发展的物质基础，它与人类健康密切相关。人类为了提高生活质量、保持和促进健康，需要充分开发利用环境中的各种资源，但是人类的社会行为，也会使环境受到破坏，使人体健康受到影响。环境与健康问题已成为预防医学的热点问题之一，特别是环境中有害因素的容许量和消除方法，以及环境中微量有害因素长期危害性等问题。在诸多的环境因素中，化学因素占绝大多数。因此，化学因素与人类健康的关系更为密切和复杂。

20世纪40年代以来，由于科学技术和工业的高速发展，环境污染和公害事件不断发生，人类赖以生存的自然环境遭到严重破坏，特别是21世纪高新技术日新月异，在给人类社会带来进步和繁荣的同时，也带来新的公共卫生问题和一系列新的挑战。全球变暖、臭氧层破坏、酸雨蔓延、水体污染、垃圾围城成为人类面临的重要环境危机。由于各种需要，全世界每年生产数十万种有毒化学物质，其中大多遁入大气或排入水体，使多数河流都受到不同程度的污染。更为突出和引起社会关注的是食品安全问题，国内外食品安全突发事件频繁发生，如二英污染、有毒大米、食品和食品包装材料中的塑化剂、乳和乳制品中的三聚氰胺、肉和肉制品中的瘦肉精等都给食品安全提出了新的挑战。另外，慢性病和营养相关疾病的不断出现，也引起国际医学界的极大关注。面对如此严峻的形势，公共卫生/预防医学的主攻目标和研究内容发生了重大的转移，由早期的第一主攻方向研究传染病的病原体、传播途径和预防措施，转变为探讨和研究内外环境中影响人群健康的各种因素、疾病在人群中发生和流行的规律以及慢性病的预防与控制措施。公共卫生/预防医学主攻方向和研究内容的这一重大转移，必然要求并促使卫生化学不断发展，研究和应用最新的分析技术，为制定卫生标准、评价环境质量、保证食品安全，及时发现、控制和预防疾病流行提供科学可靠的依据、信息和方法。

卫生化学的研究对象涉及预防医学的各个领域，如：空气污染物、水体污染物、土壤污染物以及家用化学品中污染物的检测；食物营养成分、功能性保健食品中功效成分的分析，食品中的添加剂、农药残留、重金属、有机毒物等污染成分的检测以及化学性食物中毒的快速鉴定；生物材料样品（血液、尿液、毛发、组织等）的监测等。由此可见，卫生化学在预防医学研究领域中发挥着重要作用，被誉为公共卫生/预防医学的眼睛。

卫生化学和预防医学是相辅相成、相互促进的。随着预防医学的发展，提出了许多新问题、新课题，如环境内分泌干扰物（EEDs）、持久性有机污染物（POPs）、药物与个人护理品（PPCPs）、食品农药兽药残留、食品转基因成分、生物活性物质等的监测以及对人类健康的影响；功能食品中功效成分的检测及质量控制；有害物质的中毒机制、代谢产物的检测等，这些问题的提出，要求卫生化学不断创新、发展，研究新技术和新方法。卫生化学的发展和广泛应用，如痕量甚至超痕量污染物的检测、分子水平研究毒物的中毒机制和代谢过程等，促使预防医学在更深的层次上有所突破和发展。卫生化学作为预防医学研究和卫生监督的强有力手段正日益受到预防医学工作者的重视。因此，现代卫生化学力求全面、及时地反映卫生化学的学科前沿。

三、卫生化学的特点

卫生化学主要研究预防医学和公共卫生领域中化学物质与人类健康的关系，范畴广阔，种类繁多，内容丰富，具有如下特点：

1.样品的采集和保存；样品的预处理。

2.分析数据的处理和分析质量的保证。

3.预防医学中常用仪器分析方法的基本原理及相关仪器的结构和操作方法。包括：①光谱学分析方法，主要包括紫外-可见分光光度法、分子荧光分析法、原子吸收分光光度法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法等；②电化学分析方法，主要有电位分析法、电导分析法、溶出伏安法、电位溶出法等；③色谱分析方法，涵盖经典液相色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、离子色谱法、毛细管电泳法等；④与预防医学有关的其他现代仪器分析方法和新技术，主要有质谱法及其联用技术和常用快速检验等新技术。

与分析化学相比，卫生化学有其自身的特点，主要表现在：①检测的样品种类繁多，包括气、水、食品、生物材料等；②分析对象广，有无机成分、有机成分，有小分子、大分子甚至细胞；③被测组分含量差别大，从常量到痕量甚至超痕量；④样品组成复杂，同样的被测组分，由于其来源不同，基体干扰可能大不相同；⑤必须依据预防医学的特点选择分析方法，根据国家卫生标准等卫生法规评价和分析检验结果。

四、卫生化学分析的一般过程

卫生化学分析的一般过程主要包括采样（sampling）、试样预处理（pretreatment）、选择方法及测定（determination）以及分析数据的处理与结果表达等。

1.采样

试样（样品）是指在分析工作中被采集并进行分析的物质体系，从整体中取出可代表全体组成的一小部分的过程称为采样。合理的采样是分析结果准确可靠的基础。在实际分析工作过程中，首先要保证采集的试样均匀并具有代表性，否则，无论测定结果再准确也毫无意义。不同试样应按照具体的规定进行采集。

2.试样预处理

主要包括试样的分解和预分离富集。操作时可根据试样的性质和分析的目的选用适当的方法。

卫生分析的试样组成成分复杂，测定时各组分之间常常相互干扰，影响分析结果的准确性。因此，必须选择适当的方法消除干扰。当试样中待测组分含量极微，而测定方法的灵敏度不够时，必须先将待测组分进行富集，然后测定。

3.选择方法及测定

首先根据试样的性质和分析目的选择适宜的分析方法，如对微量组分的测定应采用高灵敏度的分析方法；起到法律裁决作用的分析任务必须选择国家标准方法；要求现场测定的任务应选择快速检验方法等，然后用选定的方法准确测定。

4.分析数据的处理与结果表达

对于测定得到的数据首先要对其可靠性进行判断，然后运用建立在统计学基础上的误差理论对数据进行计算和处理，并对计算出的分析结果的可靠性进行分析，最后确定待测组分的含量，并按要求给出分析报告。

对于组分含量，使用比较普遍的是以质量分数表示。通常情况下，为方便比对质量分数常以百分数的形式表示。对于液体试样，除了可以用质量分数表示以外，还可以用“体积分数”“质量体积分数”“质量浓度”等形式表示，也可以直接用物质的量浓度（简称浓度）表示。对于气体试样中的常量和微量组分，通常以“质量分数”和“质量浓度”表示。

如果选择的分析方法没有检测到要分析的物质，应以“未检出”（或写小于具体检出限数值）作为报告结果，而不应报告为“零”。

五、卫生化学的发展趋势

卫生化学是预防医学和分析化学的交叉学科，其发展必将依赖于分析化学的进展和预防医学的需求。人类进入21世纪后，科学技术高速发展，生命科学和信息科学将成为社会前进和发展的重心，促使分析科学发生巨大变革，卫生化学必然随之不断地发展和更新。未来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和选择性

卫生化学领域所涉及的待测组分通常是微量组分，随着科学的发展，微量分析已远远不够，越来越多要求作痕量、超痕量，甚至是原子、分子水平上的分析。基于生物、环境、食品等复杂体系痕量分析的需要，应用新材料、新技术进一步提高仪器分析方法的灵敏度、选择性和分辨率将备受重视。

2.扩展时空多维信息

现代卫生化学的发展已不再局限于将待测组分分离出来进行表征和测量，而是成为一门为物质提供尽可能多的化学信息的科学，要扩展到时间、温度、空间结构和性能、生物活性等多维空间。随着人们对客观物质认识的深入，某些过去所不熟悉的领域，如多维、不稳态、边界条件等也逐渐提到分析化学家的日程上来。例如现代磁共振波谱、红外光谱、质谱等的发展，可提供有机物分子的精细结构、空间排列构型及瞬态等变化的信息，为人们对化学反应历程及生命过程的认识展现了光辉的前景。化学计量学的发展，更为处理和解析各种化学信息提供了重要基础。

3.微型化和微环境的表征与测定

很多公共卫生突发事件的卫生分析工作需要进行现场、在线、实时、遥感等分析，甚或要求做非破坏性的无损、活体等分析。基于此，应用新型集成材料和计算机控制的微型化、自动化的仪器分析方法将逐渐成为常规分析的主要手段。发展仪器分析的新原理、新技术，建立智能型在体、实时、在线联用分析方法、无损检测技术等将成为重要发展趋势。

4.生物大分子及生物活性物质的表征与测定

进入21世纪，生命科学及其相关的生物工程将成为科学研究中最优先发展的领域之一。卫生化学无疑应把对生物大分子和生物活性物质的表征、测定列为重点发展方向之一。目前，在生命科学中应用的主要分析方法有：①电泳、色谱、质谱分离分析法；②生物电分析化学和生物传感器，主要是在分子和细胞水平上研究或模拟带电粒子在生物体系和其相应模型体系中的分布、传输和转移以及转化的化学本质和规律；③分子发射光谱分析，包括荧光分析、磷光分析、化学发光和生物发光分析等；④免疫分析，主要包括发射免疫分析、荧光和化学发光免疫分析、酶免疫分析等。另外，电子自旋共振光谱也在生命科学研究中有着重要作用。

5.联用技术和仪器智能化

鉴于每种仪器分析设备的局限性和卫生分析检测成分及形态的复杂性，完成一项针对性的检测任务往往需要多种分析仪器的组合。仪器联用分析的关键是发展“接口”技术。仪器联用技术将成为推动组合化学、蛋白组学、代谢组学、金属组学等新兴学科发展的重要手段。例如，由液相色谱、气相色谱、超临界流体色谱、毛细管电泳等所组成的色谱学是现代分离、分析的主要组成部分并获得了很快的发展。以色谱、光谱和质谱技术为基础所开展的各种联用、接口及样品引入技术已成为当今卫生化学发展中的热点之一。

6.新技术和新材料的应用

快速检验技术在卫生监测工作中尤为重要，是未来卫生分析新技术的研究重点之一。快速检验要求检测方法快速灵敏、仪器设备和试剂简单，适合现场测定。现已研制出一些快速检测箱、快速检测试剂盒和快速筛选检测方法。如碘盐快速检测试剂盒、鼠药快速筛选检测方法、肉制品亚硝酸盐超标快速检测试剂盒等。卫生化学需要建立更多的现场快速检测方法以适应突发公共卫生事件的现场检测。

纳米材料在卫生分析中的应用发展很快，主要集中在：①纳米材料在样品分离富集中的应用；②基于纳米材料的生物大分子探针；③基于纳米材料的生物传感器。新的卫生化学检测手段也必将应用到越来越多的纳米材料。

（康维钧）

参考文献

［1］杜晓燕，毋福海，孙成均，等.现代卫生化学.2版.北京：人民卫生出版社，2009.

［2］林公际.卫生化学.杭州：浙江省立图书馆附设印行所，1936.

［3］池口慶三.卫生化学.东京：南江堂株式会社，1921.