微波消解-ICP-MS法測(cè)定肺癌患者體液和頭發(fā)中的14種元素的含量

竇琳琳 許文龍

癌癥與微量元素之間存在著十分復(fù)雜而又密切的關(guān)系，某些微量元素的過(guò)量或缺乏，有可能成為腫瘤發(fā)生的病因。同時(shí)，癌癥的發(fā)生和發(fā)展，會(huì)引起機(jī)體內(nèi)的微量元素發(fā)生變化。這種變化將有可能被人們用來(lái)診斷或預(yù)報(bào)癌癥[1-3]。多篇文獻(xiàn)[4-6]報(bào)道了肺癌患者體液、毛發(fā)及組織中微量元素含量的測(cè)定方法，但所采用的方法多為原子光譜方法，且樣品前處理較為繁瑣。本文發(fā)展了一種微波消解-ICP-MS的分析方法，可同時(shí)用于肺癌患者的毛發(fā)、血液和尿液中Cr、Fe、Mn、Al、Cd、Cu、Zn、Ni、Se、Pb、Ca、Mg、Sr、P等14種微量元素的測(cè)定。并對(duì)所建分析方法的方法學(xué)參數(shù)進(jìn)行了考察。

1 材料與方法

1.1 試劑與樣品 HNO3（分析純HNO3為原料，亞沸蒸餾6次制得）、H2O2、Agilent多元素混標(biāo)Part # 518324688及內(nèi)標(biāo)Part # 18324680溶液。人發(fā)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW09101（購(gòu)自天津華科瑞豐標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)技術(shù)服務(wù)有限公司）。

表 1 Agilent 7500a ICP-MS儀器工作參數(shù)Tab 1 The operation parameters of Agilent 7500a ICP-MS

毛發(fā)、血液、尿液樣品來(lái)源于本院已確診為肺癌的患者，由醫(yī)院專人負(fù)責(zé)收集，共采集16例肺癌患者的血液、尿液和毛發(fā)樣品48份。為了進(jìn)行比較，另外采集來(lái)自正常人的樣品15份，共計(jì)63份樣品，放入-80oC冰箱冷凍保存。

1.2 儀器及操作參數(shù) 7500a型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）（美國(guó)Agilent公司）；Speed wave MW-3微波消解系統(tǒng)（德國(guó)Berghof公司）；BSB-939-IR酸蒸餾純化器（德國(guó)Berghof公司）；Milli-Q超純水系統(tǒng)（美國(guó)Millipore公司）；AJ100型電子天平（瑞士Mettler-Toledo公司）。

微波消解樣品采用Speed wave MW-3+微波消解系統(tǒng)中自帶的LEAF消解程序，按照100oC-180oC-200oC-210oC的步驟進(jìn)行升溫，每次升溫過(guò)程時(shí)間為2 min，升溫后在每個(gè)溫度下均保持10 min，因此，整個(gè)消解過(guò)程歷時(shí)48 min。經(jīng)優(yōu)化后，所選用的ICP-MS儀器工作參數(shù)列于表1中。

1.3 樣品消解方法 準(zhǔn)確稱量0. 5 g樣品，放入消解罐中，加入5 mL高純HNO3和0. 3 mL 5 mg/kg的In元素內(nèi)標(biāo)溶液，虛掩罐蓋進(jìn)行預(yù)消解約5 h，以排出HNO3與樣品反應(yīng)所生成的氣體，然后將消解罐旋緊，放入微波爐中，按照LEAF消解程序設(shè)定的步驟進(jìn)行升溫消解，消解結(jié)束，待消解罐冷卻后，擰開(kāi)，加入1 mL H2O2，待樣品變?yōu)闊o(wú)色透明溶液后，用超純水定容至30 mL，進(jìn)行分析。每批次的消解均包括3份GBW09101人發(fā)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品，用以驗(yàn)證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液 以體積分?jǐn)?shù)5%的高純HNO3作為空白樣品，分別利用Agilent公司多元素混標(biāo)配制Cr、Fe、Mn、Al、Cd、Cu、Zn、Ni、Se、Pb、Ca、Mg、Sr、P等14種微量元素濃度分別為10 μg/L和20 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，14種元素的線性回歸方程及其相關(guān)系數(shù)如表2所示。

表 2 14種待測(cè)元素的線性回歸方程及其相關(guān)系數(shù)Tab 2 The linear regression equations and correlation coefficients of 14 elements

2 結(jié)果

2.1 基體效應(yīng)及其校正 基體效應(yīng)會(huì)對(duì)待測(cè)元素產(chǎn)生抑制作用，而內(nèi)標(biāo)法對(duì)基體效應(yīng)具有補(bǔ)償作用，由于In元素在樣品中含量極低，電離能也與各待測(cè)元素較為接近，故而本實(shí)驗(yàn)選用50 μg/L的In元素作為內(nèi)標(biāo)，根據(jù)實(shí)測(cè)內(nèi)標(biāo)響應(yīng)值與預(yù)期內(nèi)標(biāo)響應(yīng)值的比值（即回收率）來(lái)校正非內(nèi)標(biāo)元素的響應(yīng)值，有助于提高測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和精密度。本實(shí)驗(yàn)測(cè)得In元素加標(biāo)回收率為97.2%-103.9%，可利用此結(jié)果對(duì)所測(cè)得的元素含量結(jié)果進(jìn)行校正。

2.2 檢出限及方法準(zhǔn)確度 在優(yōu)化的儀器條件下，以3倍信噪比計(jì)算方法計(jì)算檢出限，Cr、Fe、Mn、Al、Cd、Cu、Zn、Ni、Se、Pb、Ca、Mg、Sr、P的檢出限分別達(dá)到了0.063 μg/g、0.015 μg/g、0.018 μg/g、0.006 μg/g、0.056 μg/g、0.012 μg/g、0.030 μg/g、0.022 μg/g、0.015 μg/g、0.018 μg/g、0.039 μg/g、0.022 μg/g、0.026 μg/g、0.035 μg/g。為檢驗(yàn)本方法的準(zhǔn)確度，本文對(duì)GBW09101人發(fā)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行了同步測(cè)定，測(cè)定次數(shù)為5次，所建方法的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值列于表3中，從中可以看出所得結(jié)果與其參考值吻合較好，表明該方法具有較為滿意的準(zhǔn)確度和精密度。

表 3 人發(fā)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW09101）的分析結(jié)果Tab 3 Analytical results and reference values of 14 elements content in hair (GBW09101)

2.3 樣品分析 按照所列的儀器條件，對(duì)48份樣品中的14種元素進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)得的各類樣品中14種元素含量的平均值列于表4中。

表 4 肺癌組與對(duì)照組樣品中各元素的平均值（μg/g）Tab 4 The average contents of 14 elements in the samples from the lung cancer group and normal group (μg/g)

3 討論

ICP-MS分析過(guò)程中受到的主要干擾有同質(zhì)異位素干擾、雙電荷離子干擾、氧化物離子干擾以及由載氣和水溶液基體中的其它原子構(gòu)成的復(fù)合離子的干擾，本文待分析的14種元素的測(cè)定背景離子干擾較小。僅有204Pb受到204Hg的干擾，可通過(guò)使用干擾方程等手段進(jìn)行校正。本文所選的Pb的質(zhì)量數(shù)分別為208，可有效避免同質(zhì)異位素的干擾。

常規(guī)上，體液和毛發(fā)中微量元素的測(cè)定一般采用加熱法進(jìn)行消解，在消解過(guò)程中樣品容易受到污染，且難以消解完全，方法的重現(xiàn)性較差。而本文發(fā)展的微波消解方法消解時(shí)需要的樣品和試劑量均較少，微波消解體系密閉，能夠有效防止組分揮發(fā)，樣品不易受到污染，樣品成分可保持不變。與原子光譜法相比，本文采用ICP-MS方法對(duì)微量元素進(jìn)行含量測(cè)定，具有背景干擾較小，快速、準(zhǔn)確、靈敏度高、一次可分析多種元素的特點(diǎn)。

利用本研究所發(fā)展的方法對(duì)16例肺癌患者的毛發(fā)、尿液、血液中14種元素的含量進(jìn)行測(cè)定，并從測(cè)定結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了以下幾條規(guī)律規(guī)律：①來(lái)自同一患者的不同樣品中，F(xiàn)e、Mn、Zn、Al、Mg五種元素的含量具有較好的線性關(guān)系；②肺癌患者組血清銅和銅與鋅比值均高于正常對(duì)照組，這一現(xiàn)象在文獻(xiàn)[7]中也有類似的報(bào)道，這一現(xiàn)象對(duì)于肺癌的早期診斷具有一定的臨床意義。肺癌組與對(duì)照組血清樣品中Cu與Zn的測(cè)定值及其比值的統(tǒng)計(jì)列于表5中；③肺癌病人的毛發(fā)、血清以及尿液中Mg的含量明顯低于正常人，正常人血清中Mg的含量為26.92 μg/g，肺癌患者血清中Mg的含量為20.05μg/g。一種合理的解釋是：Mg在有磷酸基轉(zhuǎn)移的反應(yīng)中起重要作用，是維持核酸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所必需的，Mg缺乏時(shí)核酸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，從而發(fā)生癌變。雖然目前尚未形成定論，但測(cè)試結(jié)果表明，肺癌病人可以適當(dāng)補(bǔ)充Mg元素，以維持其正常水平[8]。這些規(guī)律對(duì)于肺癌的早期診斷和治療效果評(píng)價(jià)具有一定的意義。

表 5 肺癌組與對(duì)照組血清樣品中Cu與Zn的測(cè)定結(jié)果（μg/g）Tab 5 The comparison of Cu and Zn contents in the samples from the lung cancer group and normal group (μg/g)