电感耦合等离子体质谱仪在生物样品分析中的应用

姜 枫（辽宁省职业病防治院，辽宁 沈阳 110005）



电感耦合等离子体质谱仪在生物样品分析中的应用

姜 枫
（辽宁省职业病防治院，辽宁 沈阳 110005）

【摘要】电感耦合等离子体质谱法（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）是目前最常用的元素分析技术，具有灵敏度高、测量线性范围宽等优点，可进行血液、尿液中多元素同时分析。本文主要综述了ICP-MS 的常见样品前处理方法（直接稀释法和微波消解法）、对于质谱干扰和非质谱干扰的校正、影响分析结果准确度的主要因素，并对ICP-MS 在生物样品分析中的应用进行了综述。

【关键词】电感耦合等离子体质谱仪；生物样品；综述

目前能由于长期慢性接触或职业接触引起人体重金属中毒的元素有多种，如铅、镉、汞、锰等。这些元素分析常用的检测方法有原子吸收石墨炉光谱法，原子荧光光谱法，电感耦合等离子体发射光谱法等。在职业卫生长期接触职业中毒和急性中毒中，无机重金属中毒的症状很相似，而且接触的种类比较多而广泛，因此准确、迅速的分析出中毒种类和接触浓度对职业卫生理化检验具有重要意义［1-2］。本文就电感耦合等离子体质谱仪在生物样品分析中的应用进行了综述，主要内容包括样品采集、样品前处理方法、干扰消除及校正和职业卫生应用等方面。

1　样品采集

一般生物样品检测的样品有血液、尿液、头发、指甲等，最常用血液和尿液进行分析，而血液和尿液中的毒物浓度也常被作为职业接触浓度的重要指标。例如我国将血铅浓度作为判断铅职业中毒的主要依据，而尿铅和血中锌原卟啉浓度作为辅助判断依据。而尿镉是判断镉职业中毒的主要依据，因为根据镉在人体内作用机制和肾脏是其靶器官，尿镉浓度可反映人体长期接触程度，故而尿镉可作为镉职业中毒的主要依据。一般采集血液需要采集静脉血，而采集尿液则班末尿比较多。

2　样品处理方法

电感耦合等离子体质谱仪的检测原理是样品通过雾化器生成气溶胶，通过等离子体（ICP）将样品中所有物质离子化，生成的正离子通过质量分析器，根据质荷比进行分离。样品前处理是整个样品分析中的重要环节，其效果的好坏直接影响结果的准确性和仪器的稳定性。目前常用的样品前处理方法有直接稀释法和微波消解法。

2.1 直接稀释法：直接稀释法是用稀释剂直接将样品稀释到可以测定的浓度进行测定的方法。一般血液可以用有机碱、曲拉通（Triton X-100）和稀硝酸稀释。尿液可以用稀硝酸稀释，然后即可上机直接测定。如果样品中有残渣是需要过滤或离心一下的。这种方法中间环节少，减少了样品被污染的概率，但该方法不能完全消除基体干扰，测得样品浓度的准确度需要仔细优化测定条件才能保证。

2.2 微波消解法：是指在密闭容器里，采用微波加热原理，在高温高压条件下达到样品前处理的方法。通常是在在消解罐中加入一定体积的硝酸和过氧化氢与样品一起进行微波消解，此方法的优点是消解完全且能避免样品损失，缺点是耗时较长，转移步骤较多。

目前有一种新的消解方法—石墨炉快速消解法，它是将样品和消解剂放在PP材质的离心管中，在石墨消解炉中进行常压消解。这种新型的湿法消解方法很适合电感耦合等离子体质谱仪样品的前处理。首先是污染少，准确度高，一般是采用PP材质离心管，整个消解过程不用转移样品；其次是经济适用。目前市面上常用的24位和48位石墨消解炉，一次性消解样品量大，在使用过程中基本不需要维护，消解所用的PP材质离心管成本只有1元左右，而且可以反复回收使用；操作简单，省时省力效率高；安全性好。在石墨炉消解法中，整个过程是在常压下进行的，加盖只是起一个冷却回流的作用；而微波消解仪本身就是一个高温高压设备，消解过程中会产生微波辐射，不利于人体健康，更严重的是随着罐子的老化，在消解有机物含量高的样品时，容易发生爆罐现象，对操作者的身心健康都会造成危害。

3　干扰及其消除

电感耦合等离子体质谱仪在样品测定中主要需要考虑的因素就是干扰因素的消除，尤其是对具有非常复杂基体，如高盐分、高有机物、高含量共存元素等样品。干扰主要分为非质谱干扰和质谱干扰［3-4］。

3.1 非质谱干扰及其消除：非质谱干扰主要是物理干扰、基体干扰。物理干扰主要通过加内标元素来消除，基体干扰主要通过稀释，加内标元素，标准加入法的方式来消除。

3.2 质谱干扰及其消除：质谱干扰主要包括同量异位素干扰、氧化物干扰、双电荷干扰、双原子或多原子分子离子干扰。质谱干扰主要是由于电感耦合等离子体质谱仪的分析原理是根据元素的荷质比，只要质量数相同就会被认作同一元素。同量异位数的干扰消除主要通过选择其他待测元素的同位素进行测定和数学校正方程的方法来消除。氧化物干扰和双电荷干扰主要通过调节射频发生器工作功率和雾化气流速来消除。多原子分子离子干扰主要通过碰撞反应池技术来消除。

4　职业卫生应用

电感耦合等离子体质谱仪是目前分析行业最热门的元素分析技术，已经有多个方法称为国家标准方法。而职业卫生领域包括工作场所空气和生物材料中重金属元素测定，大部分采用原子吸收光谱法，此法对于工作场所空气中个别元素的测定存在灵敏度低、精密度差等缺点，而生物材料中金属元素的测定相应的国家标准方法大部分是1996 年前后研制的，部分高温元素存在精密度差、检出限高等缺陷，ICP-MS分析元素覆盖面广、检出限低；线性范围宽；能进行同位素分析［5］；可以与多种分析仪器联用，可以弥补目前国家标准方法的一些不足。通过对ICP-MS 在职业卫生检测中的应用，可以为ICP-MS 成为职业卫生检测的国家标准方法提供技术支持。

参考文献

［1］ 张素静，卓先义，马栋.血液和尿液中元素ICP-MS 分析研究进展［J］.法医学杂志，2012，28（6）:456-460.

［2］ 徐友宁，张江华，谢娟.小秦岭金矿带某污染区村民头发中重金属元素含量的比照分析［J］.地质通报，2008，27（8）:1279-1285.

［3］ 方亚敏，张慧敏，朱圆圆.电感耦合等离子体法测定尿中17种元素［J］.中国卫生检验杂志，2015，25（8）:1136-1142.

［4］ 林少美，郑三燕，林瑞芬，等.微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定梭子蟹中10种元素［J］.中国卫生检验杂志，2015，25（12）:1919-1921.

［5］ 张爱华，董明，李娟，等.电感耦合等离子体-质谱在职业卫生检测中应用［J］.中国职业医学，2014，41（1）:56-60.

中图分类号：R-33

文献标识码：A

文章编号：1671-8194（2016）08-0027-01