电感耦合等离子体质谱-标准加入法测定中毒尸体中镉元素的含量

张成龙 ,李 鹏 ,国 菲 ,杨瑞琴*

(1.中国人民公安大学 侦查学院,北京 100038;2.淄博市公安局刑侦支队,淄博 255000;3.山西医科大学,太原 030001)

镉是法医毒物分析中常见重金属毒物之一[1],存在化合物和单质两种形态,自然界中主要以硫化镉形式存在[2],其毒性具有形态差异性、潜伏性、长期性的特点[3-4]。据报道,国内外镉中毒的案(事)件时有发生[5-6],因此,研究镉在中毒尸体内的分布对评估该类案(事)件中毒原因以及指导法庭科学检材提取具有重要意义,建立不同生物检材中镉的检测方法十分必要。

目前,镉元素的分析方法主要有原子吸收光谱法[7-8]、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)[9-10],其中ICP-MS具有灵敏度高、线性范围宽、抗干扰能力强等优点[11],应用较为广泛。但是,这些检测技术多为环境监测和食品安全而开发,在镉中毒的报道中,大多也仅对血液、尿液等活体检材进行分析[12-14],检测样本单一,不能满足尸体检材的研究要求。标准加入法能克服目标物在不同检材中基质效应的影响,不需要空白的人体体液或固体组织作为阴性对照,近年来在法庭科学领域研究体内毒物分布方面得到广泛应用[15-16]。本工作以实际案件为例,采用ICP-MS,以标准加入法定量,测定心、脾、肺、肾、胃、脑、胆汁、心脏全血、胸腔积液中镉元素的含量,首次较为系统地研究了镉在中毒尸体内的分布情况。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

iCap Q 型电感耦合等离子体质谱仪;MARS 6型高通量微波消解仪;Milli-Q 型超纯水机。

镉、铟单元素标准溶液:1 000 mg·L-1。使用时,用2%(体积分数,下同)硝酸溶液稀释至所需质量浓度。

调谐液:锂、铈、铟、钡、铋、铀等元素质量浓度均为1.0μg·L-1。

硝酸为超纯级;试验用水为超纯水(电阻率不小于18.2 MΩ·cm)。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 微波消解仪

微波消解程序见表1。

表1 微波消解程序Tab.1 Microwave digestion program

1.2.2 ICP-MS

等离子体功率1 548.6 W;检测器脉冲电压974 V;检测器模拟电压-1 920 V,四极杆偏压-17.9 V;雾化气流量1.13 L·min-1,冷却气流量14.04 L·min-1,辅助气流量0.798 L·min-1,等离子体冷却水流量0.64 L·min-1;蠕动泵转速30 r·min-1;样品提取时间50 s,样品清洗时间30 s。

1.3 试验方法

检材来自一位女性死者,其因镉中毒抢救无效死亡,进行尸体解剖后,收集尸体生物体液(心脏全血、胆汁、胸腔积液)和固体组织(心、脾、肺、肾、脑、胃),所有样本于-20 ℃保存。

精密量取6份250μL生物体液或250μL组织匀浆(由2 g固体组织与8 mL 水充分均质制得)于微波消解内罐中,加入20μL 6个浓度水平的镉标准溶液系列(其中以10 ng铟作为内标)和8 mL 硝酸,旋紧罐盖,放入微波消解仪中,按照1.2.1节条件进行消解。消解结束后,冷却,取出,开盖排气,用少量水冲洗内盖,并将消解罐放在180 ℃控温电热板上加热30 min,再用2%硝酸溶液定容至10 mL,按照1.2.2节条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 微波消解条件的选择

以基质相对复杂的固体组织肾为考察对象,消解液颜色为考察指标,比较了最高消解温度120 ℃消解10 min、150 ℃消解10 min、170 ℃消解5 min和170 ℃消解10 min等4个消解条件下肾样本的消解程度。结果显示:随着消解温度升高,消解液由淡黄色逐渐变清,表明消解逐渐充分;当170℃消解5,10 min时,消解液清澈无色,消解效果较好。

为进一步确定最佳消解条件,分别考察了170 ℃消解5,10 min时消解液的抑制效应。以空白基质中内标响应值为基准,采用空白添加法计算内标校正因子,计算得170℃消解5,10 min时的内标校正因子分别为96.7%和98.4%,表明170 ℃下消解10 min效果更好。综上分析,试验选择的最高消解温度为170 ℃,消解时间为10 min。

2.2 工作曲线和镉在中毒尸体内的分布

根据预定量结果,分别在各样本中添加6个浓度水平的镉标准溶液(其中以10 ng铟作为内标),使心脏全血和胆汁中镉质量浓度为10,20,50,100,500,1 000μg·L-1,胸腔积液中镉质量浓度为5,10,20,50,100,500μg·L-1,肾中镉质量分数为100,200,500,1 000,5 000,10 000 ng·g-1,胃、肺、脾中镉质量分数为5,10,20,50,100,500 ng·g-1,心中镉质量分数为10,20,50,100,500,1 000 ng·g-1,脑中镉质量分数为1,2,5,10,50,100 ng·g-1。以镉质量浓度或质量分数为横坐标,镉与铟的信号强度比值为纵坐标进行线性回归,分别建立不同样本的工作曲线,结果见表2。

表2 线性参数Tab.2 Linearity parameters

将工作曲线延长至x轴,交点处的绝对值即样本中镉的实际含量。镉在固体组织和生物体液中的含量见图1。

图1 镉在固体组织和生物体液中的分布Fig.1 Distribution of cadmium in the solid tissues and biological fluids

结果显示,生物体液和固体组织样本中镉分布不均匀,肾脏中镉含量明显高于其他组织的,而脑中镉含量最低。

2.3 精密度和回收试验

在消解后的样本中加入250μL 与样本中镉含量相同的2%硝酸溶液,再用2%硝酸溶液定容至10 mL,每种样本平行处理6份,按照仪器工作条件测定,连续测定6 d,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表3。

表3 精密度和回收试验结果Tab.3 Results of tests for precision and recovery

结果显示:镉在9种样本中回收率为82.5%～94.1%,日内和日间RSD 为1.0%～9.4%,满足法庭毒物分析需求。

本工作采用微波消解前处理方法,在密闭、高温、高压条件下使有机物均匀、快速分解,建立了ICP-MS-标准加入法测定中毒尸体中镉含量的方法。以标准加入法定量可降低不同类型样本基质的影响,专属性强,操作简便,可达到快速定量的目的,对不同基质中镉元素的检测鉴定有重要的指导意义。