基于基体建模扣背景技术的连续光源石墨炉原子吸收光谱法测定尿液中锑的含量

宋振威 ,孟元华 ,吴林林 ,龚 燕*

(1.无锡市第八人民医院,无锡 214028;2.无锡市疾病预防控制中心,无锡 214023)

锑是人体非必需微量元素,在体内能与蛋白质巯基结合,生成的化合物会抑制生物酶活性[1-2],对人体免疫、神经系统,生长发育等具有潜在毒性[3]。人体摄入过多锑会产生头痛、失眠、眩晕等症状,严重者甚至引起死亡[4]。因此,美国国家环境保护局早在1979年就将锑列为优先控制的污染物[5]。人体接触锑后,60%以上会随尿液排出,因此检测尿液中锑的含量是判断人体接触锑的重要指标[6]。尿液中锑的检测方法主要有原子荧光光谱法[7]和石墨炉原子吸收光谱法[8]。原子荧光光谱法需要消化前处理,使用试剂多,操作繁琐,不适合大批量样品的测定。石墨炉原子吸收光谱法多为稀释样品后直接测定,具有所需样品量少、污染小、测定快速等优点,但由于尿液成分比较复杂,含有多种无机盐、尿素、蛋白质、糖类等物质,在检测过程中产生的背景干扰严重影响了检测结果的准确度和精密度。目前石墨炉原子吸收光谱法常用塞曼扣背景技术进行校正,它的偏振分光使光能损失较大,影响了方法灵敏度,并且塞曼分裂增加了可能引起光谱干扰的谱线数量,以及分子干扰的影响可能会导致错误的校正[9]。因此,本工作基于具有高分辨率的连续光源石墨炉原子吸收光谱仪能够存储参考光谱,并能够使用最小二乘法将其从样品光谱中减去的特点,研究了适用于基体复杂的样品测定的基体建模扣背景技术,为准确分析尿样中的锑提供了一种新的解决途径。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

contr AA800型连续光源石墨炉原子吸收光谱仪,配自动进样器、涂层石墨管;GENIUS 3型涡旋振荡器。

锑标准溶液:1 000 mg·L—1,编号BW 30017-1000-NC-50。

锑标准使用液:100μg·L—1,用0.5%(体积分数,下同)硝酸溶液将1 000 mg·L—1锑标准溶液逐级稀释成100μg·L—1的锑标准使用液。

基体改进剂1:称取0.05 g硝酸钯,加入1 mL硝酸溶解,再加入少量水,然后加入0.05 g硝酸镁,最后用水定容至100 mL,配制成硝酸钯质量浓度为0.5 g·L—1、硝酸镁质量浓度为0.5 g·L—1的基体改进剂1。

基体改进剂2:称取硝酸铵2 g,用水稀释、定容至100 mL,配制成硝酸铵质量浓度为20 g·L—1的基体改进剂2。

硝酸为电子级;硝酸钯为优级纯;硝酸镁、硝酸铵均为分析纯;试验用水为超纯水。

1.2 仪器工作条件

分析谱线206.833 0 nm;积分模式为峰面积;有效像素为3像素;背景校正为自动;基体改进剂1、2的加入量均为5μL;石墨炉升温程序见表1。

表1 石墨炉升温程序Tab.1 Temperature program of graphite furnace

1.3 试验方法

1.3.1 尿锑基体模型的建立

取0.2 mL正常人的尿样(含微量锑),用0.5%硝酸溶液稀释至1 mL,混匀后在不加基体改进剂的条件下进行测定,使待测元素锑在灰化阶段提前原子化,得到不含锑的基体信号,即为尿锑基体模型(参考光谱),将尿锑基体模型保存进方法文件内的“光谱校正”。

1.3.2 尿样的采集与测定

使用100 mL聚乙烯样品杯,收集50 mL 以上尿液。收集到的尿样在室温条件下最多保存3 d,于4 ℃条件下最多保存7 d,于—8 ℃以下最多保存14 d。分取0.2 mL 尿样,加入0.8 mL 0.5%硝酸溶液,混匀后按照仪器工作条件进行测定,通过建立的尿锑基体模型进行“光谱校正”,以基体建模扣背景后的锑吸光度计算尿液中锑的含量。

2 结果与讨论

2.1 尿锑基体模型

尿液基体复杂,其中无机盐含量较高,沸点大都在1 400 ℃以上,很难通过灰化去除;原子化阶段这些无机盐会在紫外光区产生大量吸收[10],对锑分析谱线206.833 0 nm 形成较大的光谱干扰,而塞曼扣背景技术无法对其进行有效校正。连续光源石墨炉原子吸收光谱仪提供了建立参考光谱的方法,并能够将其存储在软件中,然后使用最小二乘法从实际样品光谱中减去其中的一个或多个光谱。该方法的计算程序是:对参考光谱中每个像素线性拟合,然后用放大因子增加或减小参考光谱,计算参考光谱与样品光谱的差值以及它们的平方,将所有像素上的平方值相加得到放大因子,该放大因子以最小二乘法进行计算。通过这一过程消除了部分基体背景,相当于对基体背景进行了“离线”校正,减少了光谱干扰对分析物的影响[11]。

基体建模扣背景前、后的尿样图谱见图1。结果表明:相邻元素铊、锡在高分辨率分析谱线下均不干扰锑的测定,并且206.833 0 nm 附近的含CH3OH、CS、OH、PO、SiO 基团的分子也不干扰锑的测定。

图1 基体建模扣背景前、后的尿样图谱Fig.1 Spectra of urine sample before and after deducting background by matrix model

2.2 仪器工作条件的优化

2.2.1 分析谱线

锑有206.833 0 nm(最灵敏)和217.581 5 nm(次灵敏)两条分析谱线,这两条分析谱线均位于紫外光区,都会出现明显的光谱干扰。试验发现,206.833 0 nm 处锑吸收峰与干扰峰相距0.006 5 nm,能够使用最小二乘法进行背景校正,而217.581 5 nm 处锑吸收峰与干扰峰相距仅0.001 5 nm,二者不能完全分离。因此,试验选用206.833 0 nm 作为锑的分析谱线。

2.2.2 基体改进剂

基体背景越小,基体建模扣背景的效果越好。加入硝酸铵[12-13]或硝酸银能够使尿液中的氯化物转化为低沸点的硝酸盐,从而将其在灰化阶段去除。试验结果表明:加入硝酸铵或硝酸银作基体改进剂,灰化温度达到500 ℃时,206.833 0 nm 附近背景峰的吸光度降低为原来的1/3,很好地降低了背景干扰。硝酸铵和硝酸银消除氯化物干扰的效果相近,但硝酸银作为基体改进剂时,反应生成的白色氯化银粉末无法在除残过程中去除,影响锑的测定,因此选用硝酸铵来消除尿液中氯化物干扰。

锑的灰化温度一般为400 ℃,温度太高会导致锑的损失,因此必须加入基体改进剂来固定锑。元素分析中已报道的基体改进剂有硝酸镁[14]、铜[15]、硝酸镍[16]和硝酸钯[17]等。通过试验发现,联合加入20 g·L—1硝酸铵、0.5 g·L—1硝酸钯和0.5 g·L—1硝酸镁的混合溶液,锑在灰化温度400～1 100 ℃内未见明显的损失,并且当灰化温度为1 100 ℃时,背景峰吸光度较低,锑吸收峰峰形尖锐且吸光度高,测定效果好。另外试验过程中还发现,硝酸镍作为基体改进剂也具有较好的测定效果,但硝酸镍会引起仪器石墨管涂层脱落,严重影响石墨管寿命。

2.2.3 灰化温度和原子化温度

试验考察了灰化温度分别为900,1 000,1 100,1 200,1 300,1 400 ℃,原子化温度分别为1 800,1 900,2 000,2 100,2 200,2 300,2 400 ℃时对锑吸光度的影响。结果表明:灰化温度对锑吸光度影响较大,当灰化温度为1 100 ℃,原子化温度为2 200 ℃时,锑吸收峰峰形对称、尖锐,吸光度高,且背景干扰小。因此,试验选择的灰化温度为1 100 ℃,原子化温度为2 200 ℃。

2.3 工作曲线和检出限

取6 个1 mL 离心管,各加入0.2 mL 空白尿样,再依次加入锑标准使用液0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 mL,最后均用0.5%硝酸溶液稀释至1 mL,混匀,得到0,10,20,30,40,50μg·L—1基质匹配的锑标准溶液系列。按照仪器工作条件进行测定,以锑质量浓度为横坐标,基体建模扣背景后的锑吸光度为纵坐标绘制工作曲线。结果显示:锑的质量浓度在50μg·L—1以内与基体建模扣背景后的锑吸光度呈线性关系,线性回归方程为y＝0.003 118x＋0.014 04,相关系数为0.999 1。

连续测定11次空白溶液,以3倍标准偏差(s)计算检出限(3s),结果为1.21μg·L—1。

2.4 精密度和准确度试验

对10,30,50μg·L—1基质匹配的锑标准溶液分别进行6 次重复测定,测定值的相对标准偏差(RSD)分别为3.6%,3.5%,2.2%,均小于10%,说明该方法精密度较好。

按照试验方法对尿液质控样品[锑参考值为(103±31)μg·L—1]平行测定6次。结果显示:未使用基体建模扣背景时,锑测定平均值为122.17μg·L—1,相对误差为19%;使用基体建模扣背景后,锑测定平均值107.25μg·L—1,相对误差为4.1%。对比基体建模扣背景前后数据,发现其差异具有统计学意义(t值为13.12,P值小于0.05),并且基体建模扣背景后的方法精密度、准确度更高,结果更可靠。

本工作提出了基于基体建模扣背景技术的连续光源石墨炉原子吸收光谱法测定尿液中锑含量的方法,该方法能够较好地消除光谱干扰与分子干扰,并且操作简单、精密度好、准确度高,适合用于大批量尿液中锑的检测筛查。