電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定血液中14種微量元素

展向娟, 張智平, 馮玉懷

(1. 西安石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 西安 710065;2. 西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司 西安市微量元素檢驗(yàn)所, 西安 710054)

電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定血液中14種微量元素

展向娟1,2, 張智平1, 馮玉懷2

(1. 西安石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 西安 710065;2. 西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司 西安市微量元素檢驗(yàn)所, 西安 710054)

微量元素在人體中的含量及代謝與人體健康有著密切的關(guān)系。當(dāng)人們體內(nèi)進(jìn)行各種生理活動(dòng)或者參加外界運(yùn)動(dòng)時(shí),微量元素將起到不同的功效,攝入的量過多、不足或不平衡都會(huì)不同程度地引起人體生理的異?；蚣膊〉陌l(fā)生[1-2]。在患者未出現(xiàn)臨床癥狀之前,在血液、尿液、活體組織(如毛發(fā)、指甲等)中可發(fā)現(xiàn)一些微量元素及代謝衍生物的變化。目前一些醫(yī)療機(jī)構(gòu)通過檢測頭發(fā)或者血液中的微量元素,來判斷受檢者體內(nèi)微量元素含量是否正常。

血液中微量元素含量可直接反映人體健康的狀況。血液樣品中微量元素含量低,可獲得樣品量一般較少,因此發(fā)展可用于血樣中微量元素的高靈敏度、高準(zhǔn)確度測定方法顯得尤為關(guān)鍵。測定血液中微量元素含量的方法很多,主要有原子吸收光譜法(AAS)[3-4]、原子熒光光譜法(AFS)[5]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)[6-7]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[8-12]等。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法是近幾年發(fā)展起來的分析技術(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)有:靈敏度高,檢出限低;動(dòng)態(tài)線性范圍寬,可達(dá)7～9個(gè)數(shù)量級;測定速率快、可多元素同時(shí)測定,在幾分鐘內(nèi)可完成幾十個(gè)元素的定量測定;譜線簡單,干擾相對于光譜技術(shù)要少;樣品的制備和引入相對于其他分析技術(shù)簡單;測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)可達(dá)到0.1%。目前該技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于食品[13]、環(huán)境[14]、醫(yī)藥[15-16]、農(nóng)業(yè)土壤[17]等科學(xué)研究中。隨著醫(yī)學(xué)微量元素多元素同時(shí)快速測定的需求,需要有能用于測定血液、尿液等生物樣品中多元素的電感耦合等離子體質(zhì)譜分析方法。

引入ICP-MS的血液前處理方式主要有濕法消解[8-9]和直接稀釋[10-12]。濕法消解又主要分為電熱板消解和微波消解:電熱板消解敞開體系高溫下一些元素易揮發(fā)損失、易受外源污染;微波消解相對較好,但操作繁瑣,不適合批量樣品測定。稀釋法簡單易操作,所用試劑少,引入試劑空白少,但易產(chǎn)生較大的基體效應(yīng)。目前血液稀釋法一般是采用硝酸溶液與Triton X-100(C34H62O11)[10]混合溶液或氨水與Triton X-100混合溶液[18]等。

本工作通過選擇直接用ICP-MS進(jìn)行多元素同時(shí)測定的血液樣品稀釋劑,優(yōu)化電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)的操作參數(shù),對試驗(yàn)條件進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化、篩選,盡可能減小直接稀釋血液在測定時(shí)的基體干擾,建立用于血液樣品中微量元素的快速準(zhǔn)確測定方法。

1 試驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

Agilent 7700x型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。

稀釋劑:0.1%(體積分?jǐn)?shù),下同)硝酸-2%(體積分?jǐn)?shù),下同)乙醇混合溶液。

鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鍺、鎘、鉈、鉛的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液:10 mg·L-1,用0.1%硝酸-2%乙醇混合溶液稀釋至1,5,10,50,100 μg·L-1。

碘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:1 000 mg·L-1,使用時(shí)用0.1%硝酸-2%乙醇混合溶液逐級稀釋至1,5,10,50,100 μg·L-1。

汞標(biāo)準(zhǔn)溶液:10 mg·L-1,使用時(shí)用0.1%硝酸-2%乙醇混合溶液稀釋至1,5,10,50,100 μg·L-1。

砷、硒混合標(biāo)準(zhǔn)溶液:由1 000 mg·L-1標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液逐級稀釋至1,5,10,50,100 μg·L-1,介質(zhì)為0.1%硝酸-2%乙醇混合溶液。

在線內(nèi)標(biāo)溶液(銠):10 mg·L-1,以5%硝酸溶液為介質(zhì)稀釋至10 μg·L-1。

質(zhì)譜調(diào)諧液(鈰、鈷、鋰、鎂、鉈、釔):1 μg·L-1。

硝酸為金屬-氧化物-半導(dǎo)體電路專用的特純試劑;無水乙醇為分析純;試驗(yàn)用水為超純水。

1．2 儀器工作條件

等離子體功率1 550 W,采樣深度7 mm,冷卻氣流量13 L·min-1,輔助氣流量1.05 L·min-1,稀釋氣流量0.20 L·min-1,霧化氣流量(氬氣) 0.86 L·min-1,預(yù)混室溫度2 ℃,接口鎳錐,掃描方式為跳峰,質(zhì)量通道數(shù)3。碰撞反應(yīng)池模式,碰撞氣為氦氣,流量2.0 L·min-1。反應(yīng)池入口電壓-50 V,反應(yīng)池出口電壓-40 V,四極桿偏轉(zhuǎn)電壓-13 V,八極桿偏轉(zhuǎn)電壓-18 V。

1．3 試驗(yàn)方法

移取樣品100 μL于10 mL比色管中,用稀釋劑定容至5 mL,搖勻后按儀器工作條件進(jìn)行測定(開機(jī)后,待儀器真空度達(dá)到要求,用調(diào)諧液優(yōu)化儀器各參數(shù),按優(yōu)化后的儀器工作條件依次測定空白溶液、標(biāo)準(zhǔn)系列及樣品)。

2 結(jié)果與討論

2．1 稀釋劑及其配比的選擇

質(zhì)譜多元素測定時(shí)以硝酸為介質(zhì)優(yōu)于以氨水為介質(zhì)。硝酸可以溶解大多數(shù)金屬及樣品中的痕量元素,形成溶解度很高的硝酸鹽,并且等離子體所夾帶的空氣中已有硝酸的組成元素,所以加入硝酸后,由氫氣、氮?dú)夂脱鯕庑纬傻囊恍┒嘣与x子并沒有顯著增加,幾乎不產(chǎn)生任何譜圖干擾。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)體積分?jǐn)?shù)過高(0.2%以上)的硝酸溶液會(huì)使蛋白沉淀,導(dǎo)致測定時(shí)蠕動(dòng)泵管上樣品附著,所以試驗(yàn)選用0.1%硝酸溶液,稀釋后效果好。

有機(jī)溶劑可以改善血液樣品與標(biāo)準(zhǔn)溶液之間的基體匹配,提高砷、硒等元素的測定靈敏度。文獻(xiàn)[7]考察了甲醇、異丙醇、正丁醇、丁二醇等有機(jī)溶劑對質(zhì)譜測定的影響,結(jié)果表明不同有機(jī)溶劑對大多數(shù)元素影響趨勢大概方向一致。文獻(xiàn)[19]提出適量乙醇可以增強(qiáng)砷、硒等元素質(zhì)譜測定強(qiáng)度,并能減少基體效應(yīng)的影響。考慮到大批量樣品測定時(shí),試劑應(yīng)簡單易獲得且對工作環(huán)境及人員無毒害,試驗(yàn)選取乙醇作為碳補(bǔ)償劑。不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇對砷、硒及其他元素信號響應(yīng)的影響見圖1。

曲線1～14所對應(yīng)的元素依次為Se,As,Zn,Ni,Cu,Cd,Pb,Mn,Cr,Ge,Co,Tl,I,Hg圖1 不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇對砷、硒及其他元素信號響應(yīng)的影響Fig. 1 Effect of ethanol of different volume fraction on the signal response of As, Se and other elements

由圖1可知:同質(zhì)量濃度的砷、硒標(biāo)準(zhǔn)溶液在體積分?jǐn)?shù)為4%的乙醇溶液中獲得最高信號,但其他元素信號響應(yīng)均較低;在2%乙醇溶液中獲得較高信號,但該乙醇溶液對其他元素的抑制相對較小。試驗(yàn)選用2%乙醇溶液作為碳補(bǔ)償劑。試驗(yàn)采用0.1%硝酸-2%乙醇混合溶液作為稀釋劑。

2．2 儀器工作條件的選擇

2．2．1 主要參數(shù)、測定模式及氦氣大小

電感耦合等離子體質(zhì)譜條件優(yōu)化以靈敏度、氧化物和雙電荷產(chǎn)率為考察指標(biāo)。通過儀器設(shè)置的自動(dòng)調(diào)諧程序,用1 μg·L-1質(zhì)譜調(diào)諧溶液優(yōu)化儀器參數(shù),同時(shí)考慮鉻、砷、硒等元素測定過程中存在的質(zhì)譜干擾,需要在碰撞反應(yīng)池模式下進(jìn)行測定,儀器電壓參數(shù)也需調(diào)節(jié),優(yōu)化后的工作參數(shù)見1.2節(jié)。

八極桿碰撞/反應(yīng)池通?？刹捎谜ＤＪ?、氦氣模式,其中氦氣模式主要用于消除質(zhì)譜中的分子離子干擾。考慮到試驗(yàn)所分析樣品及元素,主要存在43Ca16O對59Co、44Ca16O對60Ni、23Na40Ar對63Cu、40Ar35Cl對75As、40Ar38Ar對78Se等的質(zhì)譜干擾,利用本儀器的特征優(yōu)勢-碰撞反應(yīng)池的工作方式,通過調(diào)節(jié)氦氣大小可以有效消除或降低干擾,提高檢測靈敏度和準(zhǔn)確度。試驗(yàn)選用氦氣流量為2.0 L·min-1。

試驗(yàn)中需測定元素含量均較低,故選擇較小的稀釋倍數(shù),ICP-MS長時(shí)間測定過程中容易因血液樣品基質(zhì)沉積于樣品錐或透鏡上,從而導(dǎo)致信號漂移,利用本儀器可采用氣溶膠稀釋的原理,通過調(diào)節(jié)稀釋氣流量的大小,進(jìn)樣約20 min,觀察儀器信號響應(yīng)及穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)稀釋氣流量為0.20 L·min-1時(shí),測定信號穩(wěn)定性好。試驗(yàn)選擇稀釋氣流量為0.20 L·min-1。

2．2．2 測定元素同位素

測定元素同位素的選擇,以測定同位素的最大豐度值為原則,避免選用多原子干擾和同量異位素重疊[5]。通過測定實(shí)際樣品并對照數(shù)據(jù)分析,試驗(yàn)選定元素的同位素為52Cr、55Mn、59Co、60Ni、63Cu、66Zn、72Ge、75As、82Se、111Cd、127I、202Hg、205Tl、208Pb。

2．2．3 內(nèi)標(biāo)元素

直接稀釋測定血樣有較大的基體效應(yīng),基體效應(yīng)會(huì)對待測元素產(chǎn)生抑制作用,內(nèi)標(biāo)元素能有效地監(jiān)控和校正分析信號的短期和長期漂移,并對基體效應(yīng)具有明顯的補(bǔ)償作用。試驗(yàn)采用10 μg·L-1103Rh溶液作為內(nèi)標(biāo),在線加入,較好地控制儀器波動(dòng)產(chǎn)生的干擾,使各元素的測定結(jié)果穩(wěn)定。

2．3 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

按儀器工作條件測定標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,結(jié)果表明:14種元素的質(zhì)量濃度均在100 μg·L-1內(nèi)與其信號響應(yīng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系,線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見表1。

對試劑空白測定11次,計(jì)算檢出限(3s/k)和測定下限(10s/k),結(jié)果見表1。

表1 線性參數(shù)、檢出限及測定下限Tab. 1 Linearity parameters, detection limits and lower limits of determination

2．4 精密度和回收試驗(yàn)

取同一血液樣品按試驗(yàn)方法稀釋兩份,在其中一份中加入標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定,平行測定6次,結(jié)果見表2,其中“-”為未檢出。

表2 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n=6)Tab. 2 Results of tests for precision and recovery

結(jié)果表明:14種元素的加標(biāo)回收率在90.1%～108%之間,系統(tǒng)誤差較小,符合血液樣品分析要求。

本工作建立了直接稀釋法ICP-MS測定血液中14種元素的方法。通過加入0.1%硝酸-2%乙醇混合溶液稀釋樣品,優(yōu)化碰撞反應(yīng)池氦氣及稀釋氣流量,采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法直接測定血液樣品中鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鍺、砷、硒、鎘、碘、汞、鉈、鉛等14種微量元素的含量。該方法所用試劑簡單、用量少,靈敏度高、精密度好,結(jié)果準(zhǔn)確、可靠,適合批量血液樣品中14種元素的同時(shí)測定。

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10.11973/lhjy-hx201702021

2016-04-05

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1001-4020(2017)02-0220-04