尿液中微量元素检测方案(等离子体质谱)

简介 很多原因给测定生物体液当中的微量元素带来了挑战，例如：基体具有复杂的性质，各种金属元素的浓 度相差甚远，等。在最常见的待分析生物体液(尿液、血液和血清)中，尿液尤为特别，它的功能是排出生物机体当中的废物。因此，尿液是一种成分极为复杂的混合物，不同的尿液样品可能千差万别，并会受到食物、环境和工业接触因素的影响。鉴于此，通常不同样品的尿液基体和待测元素水平相去甚远，给分析造成了难度。 在检测尿液中的微量金属元素时主要需要攻克两大难关：基体产生的多原子离子干扰的存在和用于评估污染物接触的某些元素的含量极低，包括砷(As)、镉(Cd)、汞(Hg) 等。PerkinElmer NexION@ 2000 ICP质谱仪(ICP-MS)的通用池系统具有标准 (Standard)、碰撞(KED) 和反应 (DRC)三种模式，并具有三个气路，可选择的碰撞/反应气体种类也很丰富，所以NexlON 2000能够最有效地排除干扰，准确地测定最低的浓度水平。 考虑到尿液基体的复杂性，我们通常采用基体匹配法进行校准。本文介绍了 NexlON 2000 ICP-MS可以采用水溶液，而非基体匹配校准溶液在正常和较高的浓度水平下准确地测定常见的待测元素。这项功能主要基于一种全新的固态射频发生器，它能带来更好的等离子体耦合效率和优异的长期稳定性。除了射频发生器以外， NexlON2000的三路气体通道也具有较高的灵活性，可以有针对性地处理各种干扰，从而获得最优的方法检测限值(MDL)。 实验 样品和样品制备 为了确定该方法的准确性，采用了三种标准物质：尿液中的微量元素(UTAK Laboratories Inc.， Valencia，California， USA) 、ClinChek@尿液质控空(RecipeChemicals and Instruments GmbH， Munich，Germany)和冻干尿液中的 NIST 2670a 有毒元素标样 (NationalInstitute of Standards and Technology， Rockville，Maryland，USA)。我们分析了每一种标准物质的两种浓度水平(正常浓度/水平1，高浓度/水平2)。 尿液样品用0.5% HNO， (Veritas， Double Distilled， GFSChemicalsInc.，Powell，Ohio) +0.05% Triton-X (Sigma-Aldrich TM ， St. Louis，Missouri， USA)+2% 甲醇(AlfaAesar TM， Tewksbury，Massachusetts， USA) ，(全部v/v)+ 0.25 mg/L 金 (Au)+内部标准溶液稀释10倍。硝酸可使溶液中的元素保持稳定，但只能使用低浓度硝酸，以防止蛋白质和细胞碎片沉淀1。Triton-X可溶解可能进入尿液样品的细胞。使用甲醇提高雾化效率和离子化，同时金元素用来保持汞的稳定。最后，由于所有的标样和待测样品都稀释相同的倍数，所以直接将内标添加至稀释液即可。 为了确定非基体匹配法的稳定性，用两种方法制备校准溶液： (1)在冻干的尿溶液中和(2)在水溶液中，无任何基体匹配。对照两条校准曲线进行分析，并比较结果。 仪器条件 所有的分析都是使用 SMARTintro TM高通量/高基体进样 系统，其他 NexION 2000 ICP-MS 参数见表1。为了提高 样品通量，流量控制模式为高通量阀和1mL定量环。载 体溶液和清洗溶液与样品稀释液一样，但没有添加内标。 为了获得最佳检出限，检测方法中使用了三种模式。 表2为血液和血清分析中各元素的质量数和检测模式。在同一个方法文件中可以同时采用3种碰撞/反应气是NexlON 2000 系统的独特之处，全部待测元素的分析仅需一次进样，无须将其分为单独的组合，也无需使用折中的方法，这可有效提升仪器使用的便利性和性能。 表1.仪器参数 参数 说明/值 进样速率 ~300ul/分钟 雾化器 MEINHARDC型 雾室 玻璃旋流雾室 雾室温度 2°C 射频功率 1600W 表2.待测元素与分析模式 元素 质量数 分析模式 碰撞/反应气 Cr 52 DRC 氨 Mn 55 DRC 氨 Co 59 KED 氨 Ni 60 KED 氨 Cu 63 KED 氨 AsO 91 DRC 氧 Se 78 DRC 氧 Mo 95 KED 氨 Cd 111 DRC 氧 Sb 121 STD Hg 202 DRC 氧 TI 205 STD --- Pb 208 STD --- 由于对尿液缺乏特定的要求和标准，所以各个实验室分析的元素各不相同：有些分析特定的元素组合，有些则分析单个元素。因此本文选定的元素是尿液分析中具有代表性的元素。 如前文提到的， NexlON 2000 ICP-MS 可使用 DRC、KED或标准模式，三路碰撞/反应气灵活切换，以获得最优化的分析条件。在DRC 模式下，氨气是消除铬和锰中碳基和氯基干扰的最有效反应气体， 可帮助用户获得 ppt级检出限。另一方面，氧气是消除镉(MoO*) 和汞 (WO*)中金属氧化物干扰的最有效反应气体，还能为硒的分析排除 m/z 78 的多种干扰。过渡金属所受质谱干扰种类比较多，所以碰撞模式下的氦是排除干扰的最佳选择。对于没有多原子离子干扰的重金属元素，更适合采用标准模式。 由于多种元素在非暴露样品、正常水平样品中的浓度水平极低，所以第一步就是评估该方法的定量报告限(RL)， RL=方法检测限值(MDL)×5(业界惯用的倍数)。确定MDL的方法是：分析稀释液7次，用标准偏差乘以10(将稀释因子考虑在内)，如果置信区间为99%则乘以3.14。表3列出的是尿液中待测元素的MDL和RL。在此水平下，分析的最大挑战是控制污染/本底，造成污染的原因有很多，包括(但不限于)试剂、实验室环境和样品制备。 为了论证分析的准确性，利用基体匹配法配制校准溶液，对三种标样进行了测定。表4至表6的结果显示了该方法的准确性，所有的回收率都在标准值的±20%以内，绝大多数介于±10%以内。 表3.尿液中待测元素的检测限值和定量报告限值 元素 MDL 定量报告限值 (MDL*5) (ug/L) (ug/L) Cr 0.007 0.037 Mn 0.005 0.026 Co 0.006 0.029 Ni 0.061 0.305 Cu 0.034 0.171 As 0.021 0.104 Se 0.029 0.104 Mo 0.016 0.079 Cd 0.010 0.050 Hg 0.039 0.144 Sb 0.004 0.021 TI 0.004 0.020 Pb 0.008 0.042 表4. ClinChek 尿液标准物质的分析结果 ClinChek水平1 ClinChek水平 2 元素 标准值(ug/L) 实测值1 ((ug/L) %回收率 标准值 (ug/L) 实测值(pg/L) %回收率 Cr 4.07 3.97 98 19.9 20.0 100 Mn 3.91 3.88 99 19.4 19.4 100 Co 2.03 1.94 96 34.7 35.3 102 Ni 5.92 5.94 100 43.0 42.4 99 Cu 36.7 36.7 100 91.9 95.6 104 As 43.0 42.3 98 83.3 85.8 103 Se 29.9 28.6 96 83.3 86.0 103 Mo 23.9 23.0 96 101 102 101 Cd 2.46 2.37 96 14.4 14.5 101 Hg 2.30 2.62 114 17.3 17.4 101 Sb 11.1 11.2 101 45.4 45.3 100 TI 7.24 7.12 98 19.0 18.9 99 Pb 24.0 22.5 94 65.0 64.8 100 表5.UTAK 尿液标准物质的分析结果 正常水平 高水平 元素 标准值(ug/L) 实测值(ug/L) %回收率 标准值(ug/L) 实测值(pg/L) %回收率 Cr 2.94 2.81 95 9.42 9.17 97 Mn 1.19 1.19 100 2.21 2.50 113 Co 1.05 1.03 98 7.50 7.64 102 Ni 4.14 3.62 87 35.7 34.6 97 Cu 123 118 96 165 161 98 As 9.43 8.84 94 107 108 101 Se 55.2 64.2 116 78.0 87.2 112 Mo 77.8 81.1 104 102 106 104 Cd 0.02

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