微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定血液中30种微量元素

火 婷，毛宝宏，李亚丽，任 伟

(1.中国科学院 兰州化学物理研究所 公共技术中心，甘肃 兰州 730000；(2.甘肃省妇幼保健院临床医学研究所，甘肃 兰州 730000)

微量元素对于维持人体的正常生长发育必不可少[1]，摄入量过多、不足或不平衡都会不同程度地引起人体生理的异常或疾病的发生[2].其中血液中微量元素含量可直接反映人体的健康状况，对其准确评价具有重要价值[3].但是一般血液样品样本量少，微量元素含量低，因此需要建立高灵敏度、高精确度地定量测定血样中多种微量元素的分析方法.

血液中微量元素检测方法的选择取决于方法的灵敏度、检出限、分析检测速度及检测范围等方面[4].目前测定血液样品中微量元素含量的方法主要有原子吸收光谱法(AAS)[5]、原子荧光光谱法(AFS)[6]、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)[7]和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)[8]等.其中，AAS法具有检出限低、灵敏度高、选择性强和精密度好等优点.但是AAS法无法实现很多个元素的同时测定，因此在检测批量样品时存在一定的局限性.AFS法具有发射谱线简单、线性范围宽、抗干扰能力强的优点，但是只能检测具有荧光发射的元素，如砷、汞等.与AAS和AFS法相比较，ICP-OES法可以进行半定量分析，但该方法检出限不能满足汞、镉、硒等部分微量元素的检测要求[9].而ICP-MS法不仅可以实现多种元素的同时测定，而且具有分析速度快、灵敏度高、检出限低、线性范围宽、可进行无特定目标筛选等优点，成为目前元素定量检测的首选技术.血液样品一般样品量小，并且微量元素含量低，因此前处理方法的选择就显得尤为重要.目前血液样品的前处理方法主要为直接消解法和微波消解法.直接消解法操作方便简单，适用于处理大批量样品，但是该方法难以消除基质干扰，影响测定的准确度和精密度[10].微波消解法可有效防止易挥发性元素损失导致的测量误差[11]，并且微波消解过程中使用有机试剂少，空白值低，可有效减少环境污染[12].

本文通过建立一种微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定全血中30种微量元素的方法，实现全血中多种微量元素的简单、高效测定.该方法具有检出限低、线性范围宽的特点.血液样品通过微波消解方法进行前处理后采用电感耦合等离子体质谱测定其中多种微量元素含量，为进一步研究建立高效简便的前处理方法、检测新方法、新技术提供理论参考.

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

ICAP RQ电感耦合等离子体质谱仪(赛默飞世尔科技有限公司)，BHW-09A型微波消解仪(上海博通化学科技有限公司)，分析天平(Mettler Toledo, d=0.01 mg)，超纯水机(Quest DI, 威立雅水处理技术有限公司)，ICP-MS调谐溶液(Ba、Bi、Ce、Co、In、Li、U, 1.0 μg/L, 2% HNO3+0.5% HCl, 赛默飞世尔科技有限公司)，内标液(Bi、Ge、In、Re、Rh、Sc、Y, 100 μg/mL, 5% HNO3, 国家有色金属及电子材料分析测试中心)，多元素标准溶液(Al、As、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Hg、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、Pb、Sb、Se、Sn、Sr、Tl、V、Zn, 100 μg/mL，20% HCl, 钢研纳克检测技术股份有限公司)，Ag标准溶液(100 μg/mL, 北京北方伟业计量技术研究院)，Th标准溶液(100 μg/mL, 国家有色金属及电子材料分析测试中心)，Ti标准溶液(100 μg/mL, 国家有色金属及电子材料分析测试中心)，移液枪(10～100 μL,100～1 000 μL, 赛多利斯)，硝酸(优级纯，赛默飞世尔科技有限公司)，过氧化氢(30%，国药集团化学试剂有限公司)，氩气(纯度大于99.999%)，高纯氦气(纯度大于99.999%).所有用水均为电阻率为18.2 MΩ·cm(25 ℃)超纯水.血液样品由甘肃省妇幼保健院临床医学研究所提供.

1.2 ICP-MS工作条件

蠕动泵转速：40.0 r/min；辅助气：氩气，纯度大于99.999%，流量为0.8 L/min；雾化气：氩气，流量为1.0 L/min；冷却气：氩气，流量为14.0 L/min；采样锥孔径：1.1 mm；截取锥孔径：0.75 mm；碰撞气：高纯氦气，流量为4.1 L/min；扫描模式：跳峰；功率：1 400 W；采集时间：10 ms；采样深度：12 mm；扫描次数：3次.

ICP-MS调谐溶液(Ba、Bi、Ce、In、Li、U, 1.0 μg/L)自动调谐仪器工作参数，使仪器处于最佳条件，调谐需达到如下标准：STD模式(115In的强度大于2.2×105,7Li的强度大于5.5×104,59Co的强度大于1.0×105,238U的强度大于3.3×105)，KED模式(59Co的强度大于3×104, Ce氧化物156/140小于0.02, Co/ClO大于18).选取27Al、75As、137Ba、9Be、44Ca、111Cd、59Co、52r、63Cu、57Fe、71Ga、202Hg、39K、7Li、24Mg、55Mn、95Mo、23Na、60Ni、208Pb、121Sb、77Se、118Sn、88Sr、205Tl、51V、66Zn、107Ag、232Th、48Ti为待测元素的质量数，103Rh、45Sc、72Ge、115In、150Re、7Li为内标元素.

1.3 试验方法

1.3.1 标准溶液及内标溶液的配制

使用2%的HNO3溶液将100 μg/mL的各元素标准储备溶液(Al、As、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Hg、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、Pb、Sb、Se、Sn、Sr、Tl、V、Zn、Ag、Th、Ti)逐级稀释，定容至10 mL容量瓶，得到一定质量浓度梯度的标准溶液(Al、Zn: 2.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0、200.0 μg/L；Na: 1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 mg/L；Ag、Th、Ti: 0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 μg/L；其余均为2.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0 μg/L).使用2%的HNO3溶液配制内标标准液，得到质量浓度为20 μg/L的内标工作溶液.

1.3.2 样品前处理

分别移取200 μL样品于聚四氟乙烯消解罐中，在十万分之一的天平上称量，分别记录样品质量(称取质量如表1所列)，依次加入1 mL 68% HNO3、200 μL 40% H2O2，待消解罐中气泡完全消失后加盖密闭，另取消解罐加入试剂进行空白对照.将消解罐放入微波消解仪中，微波消解程序如表2所列.待冷却后，将待测液转移至10 mL容量瓶中，并用去离子水定容待测.

表1 血液样品称样量

表2 微波消解程序

1.3.3 样品测定

待ICP-MS调谐至最佳条件后依次测定配制的标准溶液、试样溶液和空白溶液.若试样溶液浓度超过标准曲线的范围，则将试样溶液稀释后再测定.

1.3.4 血液样品中的元素含量

将前处理后的试样平行测定3次取平均值，根据式(1)计算血液样品中各微量元素的含量.

w=ρVn/m

(1)

其中，w为样品中各金属元素的质量分数(μg/g或mg/g)，ρ为消解后样品溶液中各金属元素的浓度(μg/L或mg/L)，V为定容体积(mL)，n为样品稀释的倍数，m为称取样品的质量(g).

2 结果与讨论

2.1 干扰消除和内标选择

ICP-MS分析过程中，在体系不引入其它污染源的前提之外，主要受到质谱干扰和非质谱干扰因素的影响.其中，质谱干扰可通过动能歧视模式(KED)消除[13].

非质谱干扰主要是基质效应，可通过选择合适的内标，并使用在线内标检测方法，减少和校正基质效应.本文中选用103Rh、45Sc、72Ge、115In、150Re、7Li作为内标元素.此外，将标准曲线浓度范围控制在较低范围内，样品的稀释可以降低基体浓度，从而也能有效改善基体带来的干扰[14].

2.2 标准曲线的绘制

以各元素标准溶液质量浓度(ρ)为横坐标，对应响应丰度(S)为纵坐标绘制标准工作曲线，拟合得到的回归方程与相应相关系数如表3所列.结果表明，在相应范围内线性关系良好，相关系数R2均大于0.999 8.

2.3 检出限、定量限及精密度测定

空白溶液连续进样测定11次，计算待测元素CPS(count per second)值与内标CPS值比率的标准偏差，以3倍的标准偏差与线性方程中斜率的比值为检出限，以10倍的标准偏差与线性方程中斜率的比值为定量限[15].取混合标准元素线性溶液(Na: 5 mg/L；Ag、Th、Ti: 0.2 μg/L；其余均为20 μg/L)，重复进样6次，计算检测值的精密度(%)[16]，结果均如表3所列.结果表明待测溶液中30种元素含量的精密度为0.142%～12.856%，参照GB/T 6379.2评估[17]，待测元素含量对于精密度均在可接受范围内，表明该方法精密度良好.

2.4 回收率的测定

在待测样品中分别加入1 mL适宜浓度的单元素标准溶液(Na、K: 1 000 μg/L；Fe: 500 μg/L；Th: 2 μg/L；Ag、Ti: 0.2 μg/L，其余均为1 μg/L)，平行制备6份，混合均匀后，测定样品溶液中各元素含量，并计算出加标回收率[18]，结果如表3所列.参照GB/T 6379.4评估[19]，并参照GB/T 6379.6检查测试结果的可接受性[20]，结果表明，样品的加样回收率为73.06%～106.78%，样品中待测元素含量对应的回收率均在可接受范围内.

表3 各元素对应回归方程及相关方法学参数

续表3

2.5 血液中微量元素的测定

在ICP-MS调谐至最佳条件后平行测定各样品3次取平均值，计算血液样品中各微量元素的含量，结果如表4所列.

表4 血液中微量元素的测定结果(n=3)

续表4 /(μg/kg)

3 结论

本文通过建立微波消解-电感耦合等离子体质谱法定量测定血液中微量元素的方法，采用微波消解法进行样品前处理，在硝酸-双氧水混合体系中消解后稀释.以27Al、75As、137Ba、9Be、44Ca、111Cd、59Co、52Cr、63Cu、57Fe、71Ga、202Hg、39K、7Li、24Mg、55Mn、95Mo、23Na、60Ni、208Pb、121Sb、77Se、118Sn、88Sr、205Tl、51V、66Zn、107Ag、232Th、48Ti为待测元素的质量数，103Rh、45Sc、72Ge、115In、150Re、7Li为内标元素，在电感耦合等离子体质谱仪最优条件下分别测定上述质量数的元素，在一定范围内线性关系良好(R2≥0.999 8)，且分析速度快、灵敏度高、检出限低、线性范围宽.该方法可作为全血中元素含量测定的高效、可靠的分析手段，为进一步研究建立高效简便的前处理方法和检测新方法、新技术提供理论参考.