动态反应池－电感耦合等离子体质谱法同时测定尿液中17种元素

蒋 慧，雷宁生，黎 林，蒙华毅，许露曦，钟格梅

（广西壮族自治区疾病预防控制中心，南宁530028）

监测人体生物材料中的生物标志物可反应出人体特征污染物的内负荷水平，体现人体与环境间的相关效应，为有害生物效应的预防、治疗以及预后判断提供重要的参考。尿液、血液、毛发是测定化学元素暴露生物标志物时通常采用的几种人体生物材料，尿液相对于血液、毛发而言，取样方便，对人体无创伤，可采集样品量大，易于保存，适用于长期监测。通过对人体尿液中多种微量及常量元素含量的测定，获得人群各元素体内负荷水平的数据，对了解人群各类元素暴露状况、开展人群环境健康效应评估、中毒及疾病诊断、医疗诊断标准及环境卫生标准的制定等方面具有重要意义［1－3］。

目前尿液中元素测定的方法有原子吸收光谱法［4－5］、原子荧光光谱法［6－8］、电感耦合等离子体质谱法（ICP－MS）等［9－13］。尿液中所含元素种类多，各元素含量分布范围广，且基质含有盐分等干扰因素，在运用原子吸收光谱仪及原子荧光光谱仪等传统元素分析仪器进行测定时，需要对尿样进行消化前处理来消除部分干扰，且受到仪器检出限的限制，尿液中部分低含量元素无法准确测出。电感耦合等离子体质谱仪是近年来发展推广起来的新型多元素分析仪器，它具有灵敏度高、检出限低、线性范围宽、进样量少、分析速率快及可进行多元素同时测定的特点，相对于原子吸收光谱仪及原子荧光光谱仪而言，提高了工作效率及准确性［14－17］。目前测定尿液中铁元素的相关文献鲜见报道，本工作采用了动态反应池－电感耦合等离子体质谱法同时测定尿液中铁、硒等17种元素。

1 试验部分

1．1 仪器与试剂

Nexion 300D型电感耦合等离子体质谱仪；Milli－Q型超纯水机。

质谱调谐液：含1．0μg·L－1锂、铍、铈、镁、铟、铀。

多元素混合标准储备溶液：含1 000mg·L－1铁及10．0mg·L－1铅、镉、砷、硒、锰、铜、锌、锑、铍、钒、镍、钼、铬、铊、钴、锡。

内标溶液：含100mg·L－145Sc（测定锰、铜、铍、钒、铁、镍、铬、钴）、72Ge（测定砷、硒、锌）、115In（测定镉、锑、钼、锡）、209Bi（测定铅、铊）。

所用试剂均为优级纯，试验用水为超纯水。

1．2 仪器工作条件

射频功率为1．1kW；雾化气流量为0．98L·min－1，辅助气流量为1．2L·min－1，等离子体气流量为16L·min－1，氨气流量为0．3mL·min－1；采样深度为2．5mm；扫描方式为跳峰；雾化器温度为2℃；取样速率为0．5L·min－1；获取点数为30；采样锥为镍锥，直径为1．1mm。

1．3 试验方法

采集的尿液样品分装于15mL离心管中，加入硝酸酸化至硝酸的体积分数为1%，放置于－18℃冰箱中保存。

测定时将冷冻保存的尿液解冻后，用离心机离心，取上清液1mL，用4%（体积分数，下同）硝酸溶液稀释10倍，摇匀后，按仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2．1 测定模式的选择

分别采用使用氩气为反应气的标准（STD）模式及引入氨气的动态反应池（DRC）模式对Seronorm L－2尿液标准物质中锰、铬进行测定，其结果见表1。

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

由表1可知：铬、锰测定值在标准模式下均偏高，超出认定值范围，在动态反应池模式下测定值与认定值吻合。由此可见，DRC模式测定结果的准确性优于STD模式。试验选用DRC模式。

2．2 氨气流量的选择

当抑制参数（RPq）为0．75时，试验考察了在测定中易受干扰的元素镍、铬、锰、锌、钒、铁、硒的丰度值及背景等效浓度（BEC）。氨气流量对信号强度和BEC的影响见图1。

由图1可知：当氨气流量为0．3mL·min－1时，各元素可获得较高的信号强度及较低的BEC，可保证各元素的同时测定并达到测定尿液中各元素含量的检出限要求。试验选择氨气流量为0．3mL·min－1。

2．3 干扰及消除

尿液样品的基体中含有氯，在测定中易受到ClO＋、HClO＋、ArCl＋等多原子离子的干扰。此外，在标准模式下，由氩气引入而产生的氩基多原子离 子 （如 Ar＋、ArC＋、ArCl＋、ArO＋、ArOH＋、ArH＋等）也会对测定结果造成干扰。如锰受到ArN＋、HClO＋、ClO＋干扰，铬受到36Ar16O＋、40Ar12C＋、38Ar14N＋、35Cl16O1H＋干 扰，铁 受 到40Ar16O1H＋干扰。

图1 氨气流量对信号强度和BEC的影响Fig．1 Effect of NH3flow rate on signal intensity and BEC

试验采用动态反应池技术，通入反应活性强的氨气作为反应气，氨气可以非常有效地消除多原子离子的干扰，部分干扰离子与氨气可发生如下反应：

通过设置反应气流量和抑制参数对特定质荷比的离子进行过滤，特定范围质荷比的离子可通过反应池，其他离子无法通过。干扰离子与氨气反应产生的副反应产物可通过动态反应池带通作用或动态扫描作用消除，避免产生新的干扰离子，实现干扰的消除［18－20］。

2．4 标准曲线及检出限

将多元素混合标准储备溶液用2%硝酸溶液逐级稀释配制成混合标准溶液系列（铁的质量浓度依次 为 0，0．005，0．010，0．050，0．100，0．500，1．00，2．00，5．00mg·L－1，其余元素的质量浓度依次为0，0．05，0．1，0．5，1．0，5．0，10．0，20．0，50．0μg·L－1）。按仪器工作条件对上述混合标准溶液系列进行测定，并绘制标准曲线。结果表明：铁的线性范围在5．00 mg·L－1以内，其余元素的线性范围均在50．0μg·L－1以内，线性回归方程、相关系数见表2。

以4%硝酸溶液作为样品空白进行11次平行测定，计算出标准偏差，按照3倍标准偏差计算方法的检出限（3s），结果见表2。

表2 线性回归方程、相关系数及检出限Tab．2 Linear regression equations，correlation coefficients and detection limits

2．5 方法的精密度和准确度

按试验方法对尿液样品进行测定，并加入低、中、高等3个浓度水平的多元素混合标准溶液，进行加标回收试验，结果见表3。表3中铁的测定值、加标量单位为mg·L－1，其余元素的测定值、加标量单位均为μg·L－1。

2．6 样品分析

样品采自某重金属污染重点防控区18岁至75岁常住居民的尿液，按试验方法对上述尿液样品进行分析，部分分析结果见表4，表4中铁测定值的单位为mg·L－1，其余元素测定值的单位为μg·L－1。

重金属污染重点防控区人群尿液中砷、镉含量高于非重金属污染重点防控区，经统计表明污染区人群尿液中砷、镉负荷水平显著高于对照区（P＜0．01）［21］，污染区人群尿液中其他元素含量与对照区无明显差异。

表3 精密度和准确度试验结果（n＝7）Tab．3 Results of tests for precision and accuracy（n＝7）

表4 尿液样品分析结果Tab．4 Analytical results of urine samples

2．7 标准物质分析

对Seronorm L－2尿液标准物质进行分析，结果见表5。

表5 尿液标准物质分析结果Tab．5 Analytical results of urine reference material μg·L－1

由表5可知，测定值均在尿液标准物质认定值范围之内。

本工作建立了动态反应池－电感耦合等离子体质谱法同时测定尿中17种元素的方法，提高了检测效率，该方法能保证尿样测定的检测要求。

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