ICP MS 法简介及其在药物分析领域中的应用*

2013-02-14张亚红米亚娴

天津药学 2013年1期

张亚红，米亚娴

(天津市药品检验所，天津300070)

1 ICP-MS 法简介［1，2］

ICP-MS 全称是Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，即电感耦合等离子体质谱，其是一种将ICP 技术和质谱结合在一起的分析仪器，作为一种新型的元素和同位素分析技术，自80 年代迅速发展。ICP 离子源产生的超高温度(10 000 K)，几乎可使所有的元素电离，理论上可分析元素周期表中所有的元素。

ICP-MS 仪器主要组成为:气体供应系统、真空系统、射频功率源、样品提取系统、离子透镜系统、四极杆质量分析器、离子检测器。ICP 离子源产生超高温度的重要部件是一个三层同心的石英等离子炬管，外部缠有2 ～5 匝空心铜管作为感应线圈。等离子炬管最外层通高纯氩气作为等离子体气(也称为冷却气)，流量为10 ～18 L/min，主要作用为保护炬管不被烧坏，中层管通入高纯氩气作为辅助气体，主要用于点燃等离子体，内层管通入高纯氩气作为载气，流量为1 ～1.5 L/min，主要作用是将待测溶液导入等离子体中。当等离子炬管外的感应线圈接通高频电源时，线圈内产生高频感应电流，中层管通入的辅助气体高纯氩气经高频点火装置点燃，产生离子和电子，线圈内产生感应电流，由于电磁感应，在石英管中产生电场，离子和电子被电场加速，碰撞气体分子、原子等使气体电离越来越多，因此气体变成导电体，形成辉光放电，在管口形成一个等离子焰炬(可达10 000 K 的高温)。

等离子焰炬不是化学意义上物质燃烧产生的火焰，而是气体辉光放电。1961 年T B Reed［3］最先利用三层同心石英管，在大气压下形成了等离子焰炬，极大推动了ICP 光谱的发展。ICP 与MS 之间主要由采样锥和截取锥连接，样品在大气压下经过两个锥体进入真空度小于10-5Torr 的MS 系统中。随后样品进入离子透镜系统，最先进入截取透镜。截取透镜有强大的负电势，使电子无法通过而被真空抽走。截取透镜后是聚焦透镜，末端是偏转透镜，用来消除光子的干扰。四极杆质量分析器在特定的条件下，只允许一个质量的离子通过，其他质量的离子通过离轴偏转除去。

ICP-MS 仪器常见的检测器是通道式电子倍增器，由很多串联的电极板构成，当离子和第一个电极板上电极碰撞时，产生自由电子，电子在电场作用下向下一级电极板移动，产生更多的电子，形成倍增效应，当一个离子入射时，便会产生一个脉冲信号。

2 应用

ICP-MS 具有灵敏度高、干扰少、检测限低、线性范围宽、多元素同时分析的优点。本文介绍了近年来，ICP-MS 在生物与医学、中药材、中成药药物分析领域中应用的一些最新进展。

2.1 生物与医学生物样品组成复杂，待测定元素浓度低，样品采集、前处理过程复杂［4-6］。ICP -MS 在生物样品的检测方面具有独特的优势。奥沙利铂是一种抗肿瘤药，临床上静脉注射后可进行多种生物转化，并与体内生物活性物质结合而失活，临床上需要分析原形药及生物转化后产物的量，要求分析方法具有高通量、高选择性、高灵敏性。Gunda Koellensperger［7］建立了HPLC-ICP-MS 方法快速检测肿瘤患者尿中奥沙利铂的量，采用亚2 μm 高效液相色谱柱，分析时间在1 min 内完成，检出限为0.05 μg/L。五价锑药物是治疗寄生虫病利什曼病的一线药物，普遍认为五价锑作为前体药物，进入体内被还原为三价锑发挥疗效，而在体内何处被还原为三价锑，无法得知。Claus Hansen［8］利用HPLC-ICP-MS 方法测定细胞提取液中锑的形态(三价锑和五价锑)，首次通过实验证实了五价锑药物在人体巨噬细胞系内被还原为三价锑。岳向阳等［9］采用ICP -MS 技术测定血清铁浓度，研究琥珀酸亚铁片剂的人体药动学和生物等效性，检出限为5.9 μg/L。许军等［10］采用ICP -MS 法分析某硼矿附近工人组和对照组精液中19 种元素的含量水平，加标回收率、检出限及精密度均能满足要求。陈圆圆等［11］应用ICPMS 技术检测电流损伤皮肤中铜、铝、铁等金属元素，结果满意。黄越等［12］应用ICP -MS 法测定人发中硒的含量，检出限为0.2 μg/L。ICP -MS 可同时检测多种元素，但每种元素的基体效应不尽相同。张霖琳等［13］采用双内标铑(Rh)和铼(Re)对基体效应进行校正，建立了电感耦合等离子体质谱法测定人体血浆中30 种痕量元素的方法，检出限为0.01 ～0.68 ng/ml，回收率为85% ～119%。

2.2 中药材中药材基体复杂，微量元素含量较低，用常规的原子发射光谱法、原子吸收法进行测定比较困难，ICP-MS 技术的联用，可将原子光谱法的灵敏度提高1 到2 个数量级，且可降低基体干扰。王桂花等［14］应用电感耦合等离子体质谱法同时测定枳壳中Pb、Cd、As、Hg 和Cu 5 种微量重金属元素含量，加标回收率为85% ～109%。苏莉［15］ICP-MS 法测定延胡索药材中铅、铬、镉、铜和锰5 种金属元素含量，结果各元素的回收率在98.9% ～101.3%之间。杨雪梅等［16］建立ICP-MS 法测定中药材预知子及其提取物中砷、铅、汞、镉和铜含量。样品经微波消解，以锗(Ge)、铟(In)、铋(Ri)作为内标，补偿基体效应，采用ICP -MS同时测定上述5 种元素。方法简便、快速、准确、灵敏。程大明等［17］建立了ICP -MS 法测定出口药材中铅、镉、砷、汞等元素的方法，检出限为0. 001 ～0. 260 μg/L。傅兴圣等［18］采用电感耦合等离子体质谱法检测了磁石药材中23 种元素，结果表明，磁石药材中除了主要元素Fe 外，Si、Mg、Ca、Al、K 等元素的含量也很高，有害重金属元素的含量也值得关注，为磁石药材的质量分析及安全性评价提供了科学的依据。林秀玉等［19］采用ICP -MS 测定蜈蚣商品药材中5 种有害元素(铅、汞、镉、砷、铜)含量，结果10 份商品药材中5 种有害元素含量均符合2010 年版《中国药典》限量标准。包永睿等［20］利用电感耦合等离子体质谱法测定羌活药材中无机元素的含量，通过测定质荷比在2 ～260 之间元素含量，以59 种经过筛选的无机元素作为特征值，经数学软件聚类统计后得到不同采收期、不同产地对羌活药材无机元素含量的影响，为建立中药微量元素与药效之间的关系打下一定的基础。单会娇等［21］采用ICP-MS 法测定了龙葵药材及其生长土壤中16种无机元素，并利用SPSS 统计软件对测定结果进行相关分析，为龙葵药材的栽培提供了科学依据。焦阳等［22］采用电感耦合等离子体质谱法，对小根蒜样品中14 个无机元素的含量进行全定量分析，从元素组学的角度建立其无机元素特征谱，并采用SPSS 聚类分析和主成分分析对其特征元素进行评价，为中药材薤白的品质评价和质量控制提供了实验依据。刘圣金等［23］采用电感耦合等离子体质谱法检测了青礞石药材中25 种元素，用SPSS 统计软件对数据进行主成分和相关性分析，结果Si、Fe、Mg、Al、Ca、K、Na 等7 个元素为主要成分，重金属及有害元素中Hg、Cd、Cr、Cu 均检出，建立了青礞石药材无机元素的特征谱图，为该药材的有效性、安全性评价及质量标准制定提供了科学依据。曾栋等［24］以元素In、Pt、Ru 等做内标，采用电感耦合等离子体质谱技术定量分析了全株丹参中52 种元素，通过标准物质对照和加标回收实验进行方法质量控制，回收率85% ～114%，检测限0.2 ～20 ng/g，可用于中药材元素定量分析。

2.3 中成药《中国药典》2010 年版冰硼散项下HgS采用滴定法进行含量测定，以肉眼判断，测定结果有一定的差异性;而硼砂的测定采用分光分度法，干扰因素较多，误差较大，王春丽［25］利用电感耦合等离子体质谱法同时测定冰硼散中汞和硼的含量，结果:汞在0 ～60 μg/L 范围内线性关系良好，平均回收率99.7%;硼在0 ～80 μg/L 范围内线性关系良好，平均回收率99.4%，可用于冰硼散的质量控制。包丽丽等［26］采用电感耦合等离子体质谱法测定9 种临床常用治疗糖尿病中成药中铅、镉、汞、砷、铀、钍和铊7 种有害元素的含量，结果7 种有害元素均有检出，提示中成药加工生产过程中有害元素含量的质量控制应得到更多的重视。张兰等［27］利用电感耦合等离子体质谱技术分析了藏药复方降糖壹号中20 种无机元素的初级形态，为该药微量元素含量、形态与药效之间的关系提供了科学依据。李骥超等［28］建立了离子色谱-电感耦合等离子体质谱联用测定中成药中溴酸根离子(BrO3-)和溴离子(Br-)的方法，加标回收率分别为98. 9% ～109.5%和97.4% ～106.1%。砷元素的毒性与其存在形态有关，三价砷和五价砷为无机砷，毒性强，其中三价砷毒性更强，单甲基砷酸(MMA)和二甲基砷酸(DMA)为有机砷，其毒性远小于无机砷，所以评价砷毒性，应测定各种砷形态的含量，尤其是无机砷的含量。金鹏飞［29］等应用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术建立了同时测定中药中三价砷、五价砷、MMA 和DMA 四种砷形态的方法，并用该方法对黄芪、大黄、黄芩、何首乌、地黄等5 种中药炮制前后砷形态的变化进行了比较研究，并对一个总砷超标的冬虫夏草样品进行了砷形态的分析，结果显示，中药中砷形态以无机砷为主。徐陆正等［30］建立了HPLC -ICP-MS 联用技术分析三价砷、五价砷、一甲基砷和二甲基砷的方法，并应用于中成药可溶性砷形态的研究中，结果表明含矿物中成药牛黄解毒片、赛金化毒散、牛黄清火丸、医痫丸中的可溶性砷占总砷的1%以下，其中主要以三价砷和五价砷的无机态存在，而海产品的中成药乳核散结片中的可溶性砷除了无机砷外还含有二甲基砷，为建立中成药可溶性砷形态分析方法提供了依据。

3 展望

随着经济的发展和科技的进步，药物分析仪器也不断发展。电感耦合等离子体质谱(ICP -MS)能同时测定多种元素，具有检出限低、线性范围宽、简便、快速等优点，因此ICP -MS 仪器不仅单独使用会越来越广泛，而且其与高效液相色谱、气相色谱、离子色谱仪等其他分析仪器联用也将迅速发展，并在药物分析领域发挥越来越重要的作用。

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15 苏莉.ICP-MS 法测定延胡索中5 种金属元素的含量［J］. 广州化工，2012，40(1):94

16 杨雪梅，韩伟立，刘洪涛，等.微波消解ICP-MS 法测定药材预知子及其提取物中重金属含量［J］.时珍国医国药，2011，22(8):2012

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18 傅兴圣，刘训红，林瑞超，等. 中药磁石无机元素的ICP - MS 分析［J］.药物分析杂志，2010，31(11):2055

19 林秀玉，李可强. 蜈蚣商品药材中有害元素分析［J］. 辽宁中医杂志，2010，37(12):2420

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