石墨爐原子吸收光譜法測定人尿中鋁的含量

馬景晶,房怡君,杜永鋒,王璽凱

(西安市中心醫(yī)院,西安 710003)

鋁是地殼中含量最多的金屬元素,主要以生物不可利用的不溶形式(硅鋁酸鹽)存在于礦物、巖石、黏土和土壤中,為非機體必需微量元素。在20世紀中葉以前,鋁被認為是不被人體腸胃吸收的無毒元素,屬于安全物質。伴隨著時代進步,鋁及鋁的化合物逐漸被應用于各行各業(yè)及日常生活中,與人關系越發(fā)密切。而研究[1]發(fā)現(xiàn),鋁被人過量攝入后,會產生急性中毒癥狀,除約15%可能被排泄外,大部分會蓄積在機體內并與其中多種重要蛋白質、酶等結合,影響機體生化反應。當其蓄積到一定劑量時,會引起器官或組織,如中樞神經(jīng)系統(tǒng)等的損傷。監(jiān)測生物鋁暴露量可通過測定尿液中鋁含量實現(xiàn),測定方法有原子吸收光譜法[2-3]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法和電感耦合等離子體質譜法[4-6]等。其中基于電感耦合等離子體技術的儀器價格昂貴、維修成本高,不適合推廣使用;原子吸收光譜法是主流方法,但存在準確度和靈敏度略低等缺點。鑒于此,本工作通過優(yōu)化儀器工作條件,以氯化鈀溶液作為基體改進劑,以石墨爐原子吸收光譜法測定人尿中鋁的含量,方法準確、快速,有一定應用推廣價值。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

GF97-AA 型石墨爐原子吸收光譜儀,配鋁元素空心陰極燈和長壽命熱解涂層石墨管;UPL-Ⅱ-H型超純水機。試驗所用器皿均用10%(體積分數(shù))硝酸溶液浸泡過夜,并用水清洗后再使用。

鋁標準溶液:100 mg·L－1,編號為GBW 080219。

鋁標準應用液:1 000μg·L－1,用1%(體積分數(shù),下同)硝酸溶液稀釋鋁標準溶液制得。

基體改進劑:500 mg·L－1氯化鈀溶液,介質為2%(體積分數(shù),下同)硝酸溶液。

基體匹配鋁標準溶液系列:在5支10 mL 容量瓶中分別加入人空白尿液2.5 mL,再各加入適量鋁標準應用液,用基體改進劑定容,配制成鋁質量濃度分別為0,12.50,25.00,50.00,100.00μg·L－1的基體匹配鋁標準溶液系列。

硝酸、氯化鈀、硝酸鎂、磷酸二氫銨均為優(yōu)級純;試驗用水為超純水,電阻率不小于18.2 MΩ·cm。

1.2 儀器工作條件

通帶寬度0.5 nm;燈電流15 m A;進樣體積10μL;檢測波長309.3 nm;測定方式為峰面積;四線氘燈背景扣除。石墨爐升溫程序見表1。

表1 石墨爐升溫程序Tab.1 Heating program of graphite furnace

1.3 試驗方法

用聚乙烯尿杯收集尿樣,按樣品-硝酸體積比100∶1加入硝酸,混勻。分取0.25 mL于貝克曼杯中,加入0.75 mL 基體改進劑,混勻,按照儀器工作條件測定。隨同進行樣品空白試驗。

2 結果與討論

2.1 基體改進劑的選擇

尿樣成分較為復雜,包括大量無機鹽和有機物等基體成分。如果灰化溫度過低,基體成分灰化不充分,背景值較高;如果灰化溫度過高,則易導致鋁元素損失。為改善灰化效果,盡量去除尿樣中基體成分,增強原子化階段原子吸收信號,減少背景吸收,試驗選擇加入基體改進劑。常見相關基體改進劑有硝酸、硝酸鎂、磷酸二氫銨等[2-3]。其中硝酸經(jīng)常被用作基體改進劑的助溶劑,可以分解有機物,消除基體干擾,但硝酸溶液體積分數(shù)過高時,會導致背景吸收增大,石墨管壽命縮短[7];硝酸鎂主要用作助灰劑,在干燥和灰化階段鎂元素可以氧化物形式與待測元素形成穩(wěn)定的共價鍵,從而延緩待測元素氣化和減少待測元素損失,但是國產分析純硝酸鎂試劑空白值偏高,在一定程度上增加了尿樣的背景吸收;磷酸二氫銨能降低氯化物對基體的干擾,是檢測鉛、鎘元素的首選基體改進劑,但是其對吸光度測量具有干擾現(xiàn)象。氯化鈀可以提高灰化溫度、消除共存物質干擾、提高靈敏度,但其價格昂貴。鑒于此,試驗選擇在25.00μg·L－1基體匹配鋁標準溶液中分別加入1%(體積分數(shù))硝酸溶液、250 mg·L－1硝酸鎂溶液、20 g·L－1磷酸二氫銨溶液和500 mg·L－1氯化鈀溶液,每種基體改進劑均按照試驗方法平行測定6次,計算不同基體改進劑所得測定值的相對標準偏差(RSD),結果見表2。

表2 不同基體改進劑所得測定結果(n＝6)Tab.2 Determination results obtained with different matrix modifiers(n＝6)

結果顯示,和其他基體改進劑相比,以500 mg·L－1氯化鈀溶液為基體改進劑時,背景峰低平,背景吸光度較低,基體干擾明顯減少[8],同時鋁吸光度較高,RSD 較低。因此,試驗選擇以500 mg·L－1氯化鈀溶液為基體改進劑。

2.2 石墨爐升溫程序參數(shù)的選擇

2.2.1 干燥溫度

干燥階段主要為了去除溶劑。干燥溫度過高時升溫速率過快,容易導致尿樣飛濺,引起樣品損失,反之則干燥不徹底。試驗選擇以兩步升溫程序進行干燥,可以有效解決以上問題。

2.2.2 灰化溫度

灰化階段主要為了去除易揮發(fā)的基體和降低待測物分子吸收。為了得到最佳灰化溫度,以25.00μg·L－1基體匹配鋁標準溶液及25.00μg·L－1鋁標準溶液為待測對象,在1 000～1 600 ℃灰化溫度內測量鋁吸光度,結果見圖1。

圖1 灰化溫度對鋁吸光度的影響Fig.1 Effect of ashing temperature on the absorbance of aluminum

由圖1可知,當灰化溫度為1 300～1 500℃時,兩種標準溶液中鋁吸光度均較大,隨后降低。因此,試驗設置了1 300,1 500 ℃兩步灰化程序。

2.2.3 原子化溫度

為了得到最佳原子化溫度,以25.00μg·L－1基體匹配鋁標準溶液及25.00μg·L－1鋁標準溶液為待測對象,在2 000～2 500 ℃原子化溫度內測量鋁吸光度,結果見圖2。

圖2 原子化溫度對鋁吸光度的影響Fig.2 Effect of atomic temperature on the absorbance of aluminum

結果可知,當原子化溫度為2 300 ℃時,兩種標準溶液中鋁吸光度較大且峰形較好。因此,試驗選擇以此溫度進行原子化,并設置了較長的原子化時間,以消除鋁元素峰的拖尾現(xiàn)象。

2.3 背景扣除方法的選擇

目前,原子吸收光譜儀常用扣背景方法有氘燈扣背景法和塞曼效應扣背景法等。在檢測尿液中鋁時,多采用雙光束-塞曼效應扣背景法,所得基線可保持長時間穩(wěn)定且光能量在交流縱向磁場中損失較少,檢出限較低。而氘燈扣背景法對檢測波長350 nm 以下光譜帶校正能力很強,光能量損失更少,靈敏度更好。因此,試驗選用氘燈扣背景法進行分析。

2.4 工作曲線和檢出限

按照試驗方法測定基質匹配鋁標準溶液系列,以鋁的質量濃度為橫坐標,其對應的吸光度為縱坐標繪制工作曲線。結果顯示,鋁工作曲線的線性范圍在100 μg·L－1以內,線性回歸方程為y＝6.800×10－3x＋2.150×10－2,相關系數(shù)為0.999 1。

按照試驗方法重復分析樣品空白11次,以3倍標準偏差(s)計算檢出限(3s),所得結果為0.29μg·L－1。

2.5 精密度和回收試驗

按照試驗方法對人尿樣進行低、中、高等3個濃度水平的加標回收試驗,每個濃度水平做6個平行樣,計算回收率和測定值的RSD,結果見表3。

表3 精密度和回收試驗結果(n＝6)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

2.6 穩(wěn)定性試驗

當天分析完加標尿樣(加標量25.00μg·L－1)后,將尿樣分成兩份,均儲存于4 ℃冰箱中,再于第7,14 d分析,計算測定值與第1 d測定值的相對偏差。結果顯示,第7,14 d的測定值均有所下降,相對偏差分別為－5.8%和－6.7%,絕對值均小于10%,說明尿樣在14 d內可以保持穩(wěn)定。

2.7 樣品分析

采用本方法分析有鋁暴露史20人(暴露組)以及無鋁暴露史15人(對照組)的尿樣。結果表明,暴露組尿樣中鋁檢出水平(5.9～49.3μg·L－1)大于對照組的(3.9～11.3μg·L－1),說明方法可用于實際樣品分析。

本工作優(yōu)化了基體改進劑、石墨爐升溫程序以及背景扣除方法,最大程度降低了基體干擾,方法的準確度、靈敏度和精密度較好,可用于人尿中鋁含量的測定。