動態(tài)反應(yīng)池－電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時測定尿液中17種元素

蔣 慧，雷寧生，黎 林，蒙華毅，許露曦，鐘格梅

（廣西壯族自治區(qū)疾病預(yù)防控制中心，南寧530028）

監(jiān)測人體生物材料中的生物標(biāo)志物可反應(yīng)出人體特征污染物的內(nèi)負(fù)荷水平，體現(xiàn)人體與環(huán)境間的相關(guān)效應(yīng)，為有害生物效應(yīng)的預(yù)防、治療以及預(yù)后判斷提供重要的參考。尿液、血液、毛發(fā)是測定化學(xué)元素暴露生物標(biāo)志物時通常采用的幾種人體生物材料，尿液相對于血液、毛發(fā)而言，取樣方便，對人體無創(chuàng)傷，可采集樣品量大，易于保存，適用于長期監(jiān)測。通過對人體尿液中多種微量及常量元素含量的測定，獲得人群各元素體內(nèi)負(fù)荷水平的數(shù)據(jù)，對了解人群各類元素暴露狀況、開展人群環(huán)境健康效應(yīng)評估、中毒及疾病診斷、醫(yī)療診斷標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的制定等方面具有重要意義［1－3］。

目前尿液中元素測定的方法有原子吸收光譜法［4－5］、原子熒光光譜法［6－8］、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP－MS）等［9－13］。尿液中所含元素種類多，各元素含量分布范圍廣，且基質(zhì)含有鹽分等干擾因素，在運(yùn)用原子吸收光譜儀及原子熒光光譜儀等傳統(tǒng)元素分析儀器進(jìn)行測定時，需要對尿樣進(jìn)行消化前處理來消除部分干擾，且受到儀器檢出限的限制，尿液中部分低含量元素?zé)o法準(zhǔn)確測出。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀是近年來發(fā)展推廣起來的新型多元素分析儀器，它具有靈敏度高、檢出限低、線性范圍寬、進(jìn)樣量少、分析速率快及可進(jìn)行多元素同時測定的特點，相對于原子吸收光譜儀及原子熒光光譜儀而言，提高了工作效率及準(zhǔn)確性［14－17］。目前測定尿液中鐵元素的相關(guān)文獻(xiàn)鮮見報道，本工作采用了動態(tài)反應(yīng)池－電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時測定尿液中鐵、硒等17種元素。

1 試驗部分

1．1 儀器與試劑

Nexion 300D型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀；Milli－Q型超純水機(jī)。

質(zhì)譜調(diào)諧液：含1．0μg·L－1鋰、鈹、鈰、鎂、銦、鈾。

多元素混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液：含1 000mg·L－1鐵及10．0mg·L－1鉛、鎘、砷、硒、錳、銅、鋅、銻、鈹、釩、鎳、鉬、鉻、鉈、鈷、錫。

內(nèi)標(biāo)溶液：含100mg·L－145Sc（測定錳、銅、鈹、釩、鐵、鎳、鉻、鈷）、72Ge（測定砷、硒、鋅）、115In（測定鎘、銻、鉬、錫）、209Bi（測定鉛、鉈）。

所用試劑均為優(yōu)級純，試驗用水為超純水。

1．2 儀器工作條件

射頻功率為1．1kW；霧化氣流量為0．98L·min－1，輔助氣流量為1．2L·min－1，等離子體氣流量為16L·min－1，氨氣流量為0．3mL·min－1；采樣深度為2．5mm；掃描方式為跳峰；霧化器溫度為2℃；取樣速率為0．5L·min－1；獲取點數(shù)為30；采樣錐為鎳錐，直徑為1．1mm。

1．3 試驗方法

采集的尿液樣品分裝于15mL離心管中，加入硝酸酸化至硝酸的體積分?jǐn)?shù)為1%，放置于－18℃冰箱中保存。

測定時將冷凍保存的尿液解凍后，用離心機(jī)離心，取上清液1mL，用4%（體積分?jǐn)?shù)，下同）硝酸溶液稀釋10倍，搖勻后，按儀器工作條件進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2．1 測定模式的選擇

分別采用使用氬氣為反應(yīng)氣的標(biāo)準(zhǔn)（STD）模式及引入氨氣的動態(tài)反應(yīng)池（DRC）模式對Seronorm L－2尿液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中錳、鉻進(jìn)行測定，其結(jié)果見表1。

表1 STD和DRC測定模式的比較Tab．1 Comparison of determination with STD and DRC modes

由表1可知：鉻、錳測定值在標(biāo)準(zhǔn)模式下均偏高，超出認(rèn)定值范圍，在動態(tài)反應(yīng)池模式下測定值與認(rèn)定值吻合。由此可見，DRC模式測定結(jié)果的準(zhǔn)確性優(yōu)于STD模式。試驗選用DRC模式。

2．2 氨氣流量的選擇

當(dāng)抑制參數(shù)（RPq）為0．75時，試驗考察了在測定中易受干擾的元素鎳、鉻、錳、鋅、釩、鐵、硒的豐度值及背景等效濃度（BEC）。氨氣流量對信號強(qiáng)度和BEC的影響見圖1。

由圖1可知：當(dāng)氨氣流量為0．3mL·min－1時，各元素可獲得較高的信號強(qiáng)度及較低的BEC，可保證各元素的同時測定并達(dá)到測定尿液中各元素含量的檢出限要求。試驗選擇氨氣流量為0．3mL·min－1。

2．3 干擾及消除

尿液樣品的基體中含有氯，在測定中易受到ClO＋、HClO＋、ArCl＋等多原子離子的干擾。此外，在標(biāo)準(zhǔn)模式下，由氬氣引入而產(chǎn)生的氬基多原子離 子 （如 Ar＋、ArC＋、ArCl＋、ArO＋、ArOH＋、ArH＋等）也會對測定結(jié)果造成干擾。如錳受到ArN＋、HClO＋、ClO＋干擾，鉻受到36Ar16O＋、40Ar12C＋、38Ar14N＋、35Cl16O1H＋干 擾，鐵 受 到40Ar16O1H＋干擾。

圖1 氨氣流量對信號強(qiáng)度和BEC的影響Fig．1 Effect of NH3flow rate on signal intensity and BEC

試驗采用動態(tài)反應(yīng)池技術(shù)，通入反應(yīng)活性強(qiáng)的氨氣作為反應(yīng)氣，氨氣可以非常有效地消除多原子離子的干擾，部分干擾離子與氨氣可發(fā)生如下反應(yīng)：

通過設(shè)置反應(yīng)氣流量和抑制參數(shù)對特定質(zhì)荷比的離子進(jìn)行過濾，特定范圍質(zhì)荷比的離子可通過反應(yīng)池，其他離子無法通過。干擾離子與氨氣反應(yīng)產(chǎn)生的副反應(yīng)產(chǎn)物可通過動態(tài)反應(yīng)池帶通作用或動態(tài)掃描作用消除，避免產(chǎn)生新的干擾離子，實現(xiàn)干擾的消除［18－20］。

2．4 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

將多元素混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液用2%硝酸溶液逐級稀釋配制成混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列（鐵的質(zhì)量濃度依次 為 0，0．005，0．010，0．050，0．100，0．500，1．00，2．00，5．00mg·L－1，其余元素的質(zhì)量濃度依次為0，0．05，0．1，0．5，1．0，5．0，10．0，20．0，50．0μg·L－1）。按儀器工作條件對上述混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測定，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明：鐵的線性范圍在5．00 mg·L－1以內(nèi)，其余元素的線性范圍均在50．0μg·L－1以內(nèi)，線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)見表2。

以4%硝酸溶液作為樣品空白進(jìn)行11次平行測定，計算出標(biāo)準(zhǔn)偏差，按照3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計算方法的檢出限（3s），結(jié)果見表2。

表2 線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限Tab．2 Linear regression equations，correlation coefficients and detection limits

2．5 方法的精密度和準(zhǔn)確度

按試驗方法對尿液樣品進(jìn)行測定，并加入低、中、高等3個濃度水平的多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行加標(biāo)回收試驗，結(jié)果見表3。表3中鐵的測定值、加標(biāo)量單位為mg·L－1，其余元素的測定值、加標(biāo)量單位均為μg·L－1。

2．6 樣品分析

樣品采自某重金屬污染重點防控區(qū)18歲至75歲常住居民的尿液，按試驗方法對上述尿液樣品進(jìn)行分析，部分分析結(jié)果見表4，表4中鐵測定值的單位為mg·L－1，其余元素測定值的單位為μg·L－1。

重金屬污染重點防控區(qū)人群尿液中砷、鎘含量高于非重金屬污染重點防控區(qū)，經(jīng)統(tǒng)計表明污染區(qū)人群尿液中砷、鎘負(fù)荷水平顯著高于對照區(qū)（P＜0．01）［21］，污染區(qū)人群尿液中其他元素含量與對照區(qū)無明顯差異。

表3 精密度和準(zhǔn)確度試驗結(jié)果（n＝7）Tab．3 Results of tests for precision and accuracy（n＝7）

表4 尿液樣品分析結(jié)果Tab．4 Analytical results of urine samples

2．7 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析

對Seronorm L－2尿液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果見表5。

表5 尿液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析結(jié)果Tab．5 Analytical results of urine reference material μg·L－1

由表5可知，測定值均在尿液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值范圍之內(nèi)。

本工作建立了動態(tài)反應(yīng)池－電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時測定尿中17種元素的方法，提高了檢測效率，該方法能保證尿樣測定的檢測要求。

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