電感耦合等離子體質譜儀在生物樣品分析中的應用

姜 楓（遼寧省職業病防治院，遼寧 沈陽 110005）

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電感耦合等離子體質譜儀在生物樣品分析中的應用

姜 楓
（遼寧省職業病防治院，遼寧 沈陽 110005）

【摘要】電感耦合等離子體質譜法（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）是目前最常用的元素分析技術，具有靈敏度高、測量線性范圍寬等優點，可進行血液、尿液中多元素同時分析。本文主要綜述了ICP-MS 的常見樣品前處理方法（直接稀釋法和微波消解法）、對于質譜干擾和非質譜干擾的校正、影響分析結果準確度的主要因素，并對ICP-MS 在生物樣品分析中的應用進行了綜述。

【關鍵詞】電感耦合等離子體質譜儀；生物樣品；綜述

目前能由于長期慢性接觸或職業接觸引起人體重金屬中毒的元素有多種，如鉛、鎘、汞、錳等。這些元素分析常用的檢測方法有原子吸收石墨爐光譜法，原子熒光光譜法，電感耦合等離子體發射光譜法等。在職業衛生長期接觸職業中毒和急性中毒中，無機重金屬中毒的癥狀很相似，而且接觸的種類比較多而廣泛，因此準確、迅速的分析出中毒種類和接觸濃度對職業衛生理化檢驗具有重要意義［1-2］。本文就電感耦合等離子體質譜儀在生物樣品分析中的應用進行了綜述，主要內容包括樣品采集、樣品前處理方法、干擾消除及校正和職業衛生應用等方面。

1　樣品采集

一般生物樣品檢測的樣品有血液、尿液、頭發、指甲等，最常用血液和尿液進行分析，而血液和尿液中的毒物濃度也常被作為職業接觸濃度的重要指標。例如我國將血鉛濃度作為判斷鉛職業中毒的主要依據，而尿鉛和血中鋅原卟啉濃度作為輔助判斷依據。而尿鎘是判斷鎘職業中毒的主要依據，因為根據鎘在人體內作用機制和腎臟是其靶器官，尿鎘濃度可反映人體長期接觸程度，故而尿鎘可作為鎘職業中毒的主要依據。一般采集血液需要采集靜脈血，而采集尿液則班末尿比較多。

2　樣品處理方法

電感耦合等離子體質譜儀的檢測原理是樣品通過霧化器生成氣溶膠，通過等離子體（ICP）將樣品中所有物質離子化，生成的正離子通過質量分析器，根據質荷比進行分離。樣品前處理是整個樣品分析中的重要環節，其效果的好壞直接影響結果的準確性和儀器的穩定性。目前常用的樣品前處理方法有直接稀釋法和微波消解法。

2.1 直接稀釋法：直接稀釋法是用稀釋劑直接將樣品稀釋到可以測定的濃度進行測定的方法。一般血液可以用有機堿、曲拉通（Triton X-100）和稀硝酸稀釋。尿液可以用稀硝酸稀釋，然后即可上機直接測定。如果樣品中有殘渣是需要過濾或離心一下的。這種方法中間環節少，減少了樣品被污染的概率，但該方法不能完全消除基體干擾，測得樣品濃度的準確度需要仔細優化測定條件才能保證。

2.2 微波消解法：是指在密閉容器里，采用微波加熱原理，在高溫高壓條件下達到樣品前處理的方法。通常是在在消解罐中加入一定體積的硝酸和過氧化氫與樣品一起進行微波消解，此方法的優點是消解完全且能避免樣品損失，缺點是耗時較長，轉移步驟較多。

目前有一種新的消解方法—石墨爐快速消解法，它是將樣品和消解劑放在PP材質的離心管中，在石墨消解爐中進行常壓消解。這種新型的濕法消解方法很適合電感耦合等離子體質譜儀樣品的前處理。首先是污染少，準確度高，一般是采用PP材質離心管，整個消解過程不用轉移樣品；其次是經濟適用。目前市面上常用的24位和48位石墨消解爐，一次性消解樣品量大，在使用過程中基本不需要維護，消解所用的PP材質離心管成本只有1元左右，而且可以反復回收使用；操作簡單，省時省力效率高；安全性好。在石墨爐消解法中，整個過程是在常壓下進行的，加蓋只是起一個冷卻回流的作用；而微波消解儀本身就是一個高溫高壓設備，消解過程中會產生微波輻射，不利于人體健康，更嚴重的是隨著罐子的老化，在消解有機物含量高的樣品時，容易發生爆罐現象，對操作者的身心健康都會造成危害。

3　干擾及其消除

電感耦合等離子體質譜儀在樣品測定中主要需要考慮的因素就是干擾因素的消除，尤其是對具有非常復雜基體，如高鹽分、高有機物、高含量共存元素等樣品。干擾主要分為非質譜干擾和質譜干擾［3-4］。

3.1 非質譜干擾及其消除：非質譜干擾主要是物理干擾、基體干擾。物理干擾主要通過加內標元素來消除，基體干擾主要通過稀釋，加內標元素，標準加入法的方式來消除。

3.2 質譜干擾及其消除：質譜干擾主要包括同量異位素干擾、氧化物干擾、雙電荷干擾、雙原子或多原子分子離子干擾。質譜干擾主要是由于電感耦合等離子體質譜儀的分析原理是根據元素的荷質比，只要質量數相同就會被認作同一元素。同量異位數的干擾消除主要通過選擇其他待測元素的同位素進行測定和數學校正方程的方法來消除。氧化物干擾和雙電荷干擾主要通過調節射頻發生器工作功率和霧化氣流速來消除。多原子分子離子干擾主要通過碰撞反應池技術來消除。

4　職業衛生應用

電感耦合等離子體質譜儀是目前分析行業最熱門的元素分析技術，已經有多個方法稱為國家標準方法。而職業衛生領域包括工作場所空氣和生物材料中重金屬元素測定，大部分采用原子吸收光譜法，此法對于工作場所空氣中個別元素的測定存在靈敏度低、精密度差等缺點，而生物材料中金屬元素的測定相應的國家標準方法大部分是1996 年前后研制的，部分高溫元素存在精密度差、檢出限高等缺陷，ICP-MS分析元素覆蓋面廣、檢出限低；線性范圍寬；能進行同位素分析［5］；可以與多種分析儀器聯用，可以彌補目前國家標準方法的一些不足。通過對ICP-MS 在職業衛生檢測中的應用，可以為ICP-MS 成為職業衛生檢測的國家標準方法提供技術支持。

參考文獻

［1］ 張素靜，卓先義，馬棟.血液和尿液中元素ICP-MS 分析研究進展［J］.法醫學雜志，2012，28（6）:456-460.

［2］ 徐友寧，張江華，謝娟.小秦嶺金礦帶某污染區村民頭發中重金屬元素含量的比照分析［J］.地質通報，2008，27（8）:1279-1285.

［3］ 方亞敏，張慧敏，朱圓圓.電感耦合等離子體法測定尿中17種元素［J］.中國衛生檢驗雜志，2015，25（8）:1136-1142.

［4］ 林少美，鄭三燕，林瑞芬，等.微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定梭子蟹中10種元素［J］.中國衛生檢驗雜志，2015，25（12）:1919-1921.

［5］ 張愛華，董明，李娟，等.電感耦合等離子體-質譜在職業衛生檢測中應用［J］.中國職業醫學，2014，41（1）:56-60.

中圖分類號：R-33

文獻標識碼：A

文章編號：1671-8194（2016）08-0027-01