加热板消解-ICP-MS检测血液中的33种元素

张素静，马 栋，王跃进，卓先义

（1.司法部司法鉴定科学技术研究所 上海市法医学重点实验室，上海200063；2.山东省济南市人民检察院，山东 济南 250002）

随着我国工业迅速发展，金属元素在工农业生产各方面的应用日益广泛，利用金属毒物投毒和自杀的案例增加，因环境污染、非法行医过程中药物使用不当、长期使用劣质化妆品、某些职业长期接触金属元素而引起金属慢性中毒的事件时有发生，血液中金属元素的测定是判断此类案件的关键所在。

血液中元素的检测已有较多报道[1-4]，电感耦合等离子体质谱法（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）以灵敏度高、线性范围宽、可进行多元素同时分析以及可进行无特定目标的筛选等特点，成为目前元素分析中的首选分析技术[1-7]，自动进样器的应用使得其非常适合用于大量样本的检测。进样ICP-MS前，血液的处理主要有直接稀释和湿法消解两种方法。稀释法一般是应用稀硝酸配合Triton X-100或氨水配合Triton X-100[1-2]，该法操作简单，可直接稀释后进样，减少了转移过程中可能导致的外污染。但稀释法存在严重的基质干扰问题，尤其是经过冷冻储藏的不新鲜血液。消解法中近年来应用比较广泛的是微波消解方法，其在高温高压下将样品彻底消解，密闭环境也可避免易挥发元素的损失。微波消解方法准确可靠，但该法所需设备价格较高，消解费时，且转移过程复杂，并不适用于大批量样本的检测[5，8]。本研究拟建立一种快速准确的消解方法，利用65%硝酸（HNO3）和双氧水（H2O2）对血液进行消解，ICP-MS 法同时测定血液中33种元素，以适用于大量样本的检测以及法医毒物分析领域元素的筛选。

1 材料与方法

1.1 试剂

ICP-MS调谐溶液[锂（6Li）、钇（89Y）、铊（205Tl）]1 μg/L、内标储备液[钪（45Sc）、锗（72Ge）、钇（89Y）、铟（115In）、铽（159Tb）]10 mg/L、环境元素标准储备液10 mg/L和混合元素标准储备液 10 mg/L（美国Agilent公司）；ICP混合元素标准储备液10mg/L和100mg/L、Hg标准储备液1000mg/L、Au标准储备液1000mg/L、Cs标准储备液 1000mg/L（美国 Merck 公司）；65%HNO3，超纯，（美国Merck公司）；29%～32%H2O2水溶液，优级纯（美国Alfa Aesar公司）；去离子水，由Milli-Q超纯水处理系统制得；血液（上海市中心血站提供）。

1.2 工作溶液配制

内标工作溶液：将内标储备液用5%HNO3溶液稀释得质量浓度为20 μg/L的内标工作溶液，置于冰箱冷藏保存。

元素标准工作溶液：将元素标准储备液用5%HNO3逐级稀释得标准工作溶液，标准工作溶液置于冰箱冷藏保存。

1.3 仪器条件

1.3.1 仪器

7500Ce电感耦合等离子体质谱仪（美国Agilent公司），AXL-500自动进样器（美国Agilent公司），电热板（金坛市盛蓝仪器制造有限公司），MWS-3+微波消解仪（德国Berghof公司），Element A10超纯水处理系统（美国Milipore公司），10μL、20μL、20～200μL、100～1000μL移液枪（德国 Eppendorf公司），100～1000 μL可调移液枪（吉尔森公司），15 mL聚丙烯试管（美国Corning公司），SHZ-3循环水真空泵（上海华光仪器仪表厂）。1.3.2仪器调谐与操作参数

ICP-MS使用前用1μg/L调谐溶液优化仪器工作参数。蠕动泵转速0.1rps，扫描时间0.1sec。调谐要求达到以下标准：标准模式灵敏度7Li≥3000、89Y≥8000、205Tl≥4000；标准模式双电荷Ce2+/Ce+≤3%；标准模式氧化物CeO+/Ce+≤1.5%；灵敏度参数指标RSD＜5%，其余各参数指标RSD＜15%。优化后仪器工作参数设置见表1，采用在线内标加入方法。

表1 ICP-MS工作参数

微波消解仪操作参数见表2。

表2 微波消解程序参数

1.4 检测

1.4.1 微波消解

精确量取0.25mL血液，置于消解罐内，加入0.8mL 65%HNO3和0.2 mL 29%～32%H2O2按照消解程序消解，完成后，待消解罐冷却至室温，将样品转移至塑料瓶中，去离子水稀释至10 mL。混匀后进样检测。

1.4.2 湿法消解

精确量取0.25mL血液，置于聚丙烯试管中，加入0.8 mL 65%HNO3和 0.2 mL 29%～32%H2O2，加热板90℃加热3h，待冷却至室温，超纯水稀释至10mL。混匀后由ICP-MS进样检测。

1.5 空白试验

将0.25mL去离子水按照与血液相同的方法处理后所得溶液为空白溶液。

2 结果

2.1 方法对比

微波消解方法经典，消解彻底，因此我们对所建立的前处理方法与微波消解进行对比。对比方法为：同一来源的血液，相同取样量以及消解试剂，分别按1.4.1和1.4.2处理后，进样检测。利用SPSS 17.0对两种方法对同一来源血液消解后ICP-MS检测的各元素响应值与内标的比值进行比较。先对两种方法所得数据进行方差齐性检验，结果见表3。由表中结果可以看出两种处理方法下33种元素结果均符合正态分布（P>0.05），因此可对数据进行t检验。

两种方法数据的t检验结果见表4。表4显示33种元素的结果无显著性差异（P>0.05）。表明两种前处理方法无显著性差异。

表3 方差齐性检验

表4 血液方法对比结果

2.2 线性关系和检出限

对1.2项配制的标准工作溶液进行测定，以元素各质量浓度的响应值（y）对相应质量浓度（x，ng/mL）进行线性回归，得到各元素的线性回归方程及相关系数（r）值。空白溶液处按1.4.2处理。检出限测定方法为在确定的工作条件下，取11次平行测定空白溶液的响应值及3次平行测定一定浓度元素标准溶液的响应值，按下式计算各元素的检出限，结果见表5。检出限范围为 0.0002ng/mL （Cs）～21.8ng/mL（Ca）。

检出限（ng/mL）=[3δ/（S-B）]×C

δ：空白溶液平行测定11次CPS的标准偏差（counts per second，信号强度单位）

S：一定浓度各元素标准溶液的CPS

C：各元素标准溶液的浓度

B：空白溶液的CPS

表5 各元素检出限及线性关系

2.3 方法精密度和准确度

方法精密度和准确度通过加标实验进行验证。精密量取6份血液，按1.4.2处理后，测定其中各元素本底值，根据各元素本底值以及线性范围，确定加标浓度。取同一来源的血液24份，其中未加标的本底血液、3个浓度点的加标血液各6份，同时处理测定后，计算加标回收率即准确度和精密度。结果见表6，准确度为91%～112%，日内精密度为0.5%～8.9%，日间精密度为0.4%～10.9%。

表6 血液精密度和准确度

续表6

3 讨论

3.1 消解条件选择

HNO3相比于HClO4等试剂，对样本分析产生的多原子离子干扰更少，H2O2分解产生水，消解彻底，这两种试剂在湿法消解中较为常用[9]。

从仪器对酸度的要求（样品酸性越强对仪器的损害越大）以及实验的经济成本考虑，实验过程中使用的试剂越少越好，实验采用的0.8mL 65%HNO3的用量大大降低了HNO3的用量。H2O2的加入使得消解更加彻底，不增加样品的酸性，并且试验发现加入H2O2消解后与相同条件下不加入H2O2消解所得溶液相比，加入H2O2消解得到的溶液颜色淡且透亮，并且加样过程中管壁上沾染的血液也被消解。

本课题组建立的微波消解方法的消解时间为61 min[4]，而D'Ilio S[5]在实验中微波消解为90℃下消解5h。本研究采用加热板直接加热消解血液，消解不在高温高压下进行，因此考察消解时间较长，分别为2 h和3h。结果2h时，血液消解不完全，消解时间为3h，消解完全。

试验中80℃时血液消解不完全，90℃时消解完全。

3.2 干扰消除

对于被测元素选择合适的质量数可以减少多原子离子等的干扰。选择合适的内标，并使用在线内标检测方法，可以减少和校正基质效应。采用屏蔽炬技术（shield torch）和优化仪器参数，来降低双电荷及氧化物的干扰。

4 结论

本研究建立了ICP-MS检测血液中33种元素的方法，前处理方法采用不增加溶液酸度的H2O2和65%HNO3的混合消解试剂，样品在试管内消解后可直接稀释进样，无需转移，操作简单，适合大量样本的检测。

参考文献：

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