人体尿液中锌检测方案(等离子体质谱)

利用NexlON300型电感耦合等离子体-质谱方法测量人类尿液中的微量金属元素 摘要 该应用说明描述了新一-代电感耦合等离子体-质谱(ICP-MS)仪分析尿液中的微量金属元素的分析方法。这个研究将展示如何突破仪器的限制通过通用池技术(UCT)来克服光谱干扰，如何设计出了这独特的接口和离子过滤装置，从而使仪器分析如此困难的基质能达到理想的效果。一些数据将列出来以展示一组UTAKQ冷冻干燥的尿样液参考标准物的卓越的相关性。 介绍 还能让人们对环境污染的来源获得一个更好的理解。传统上说，尿液分析已经通过炉原子吸收法(GFAA)完成。然而，当大量的样品需要进行多元素分析时，使用GFAA就变得非常麻烦并且受到限制，因为GFAA只能一次检测一个元素。此外， ICP-MS对于临床检测元素的检测能力远远强于GFAA。ICP-MS对于生物基质样品检测的优势是被广泛认可的，包括以下几个方面： 优秀的检出限 提高灵敏度 提高样品的检测量 排除干扰。 可靠的同位素分析 利用HPLC4。做元素形态分析 然而，人类的尿液是一种非常复杂的基质，包含了大量的尿素、尿酸、蛋白质、脂肪、钠、钾、重碳酸盐和氯化物，如图1.展示了一个成年人每天大约1.4升尿液的化学降解产物。这些化合物在ICP-MS分析时可以抑制信号，另外，基质中物质在锥孔和离子透镜系统的沉积可能导致信号的漂移。另一个潜在的问题是由于基质中物质与水及等离子体结合而引起的多原子干扰。 图1.一个典型的成年人每天所产生的尿液的化学降解产物。 实验 仪器 在本研究中， PerkinElmer的 NexION@ 300D型， -禾种具有革新意义的新型ICP-MS仪被用于分析一组UTAKQ冷冻干燥的尿液标准样品。由于该仪器独特的设计，使之为适于复杂基质样品的分析的理想仪器。首次一台ICP-MS仪器既可以提供简单方便的操作，又具有卓越的性能：传统的碰撞池及动能甄别功能(KED)，卓越的减少干扰的能力和动态反应池(DRC)极低的检出限。 通过该设计，分析人员可以选择最适当的碰撞/反应池检测技术来分析一个特定的样品，对使用的气体类型没有任何限制。 该 NexION@ 300型 ICP-MS 还有一个独特的三重锥的接口。不像其他的系统只有样品采集锥和截取锥，这个仪器还包括了一个超截取锥以识别和焦聚离子束。接口里的压力小步幅降低，以减少离子的分散，并阻止样品在接口内层表面的沉积。三重锥可以快速而容易的拆卸以利于清洗或替换——这是适合尿液分析重要的因素，因为尿液中的盐和有机物质含量很高。 离子束从三重锥接口中出现，进入一个被设计成独立而小型化的四级杆偏转器(QID)中。该QID使离子束发生90度偏转，使特定质量的离子聚集在池中。中子、未离子化的粒子和光子不受电压影响，可以直接排除，从不对QID内表面造成任何影响。因此， QID中的电压保持恒定，从而使仪器有很低的背景、最低的 漂移，即使分析最具挑战性基质的样品也能获得异常好的稳定性。 样品的准备 选择两份UTAKQ!((Valencia， CA)冷冻干燥的尿液标准参考样品(SRMs)；；正常和高浓度含量范围的尿液(UTAKQ-12111， Lot# 3500： UTAKQ-12110，Lot#3499)。在分析前，这些对照样品需要按照附加上的使用指导加入5ml的1%盐酸溶液，然后用去离子水稀释10倍，在1%硝酸中保存。所有的酸都为光谱级(Optima@ grade ， Fisher Scientific@)。 为了使离子化时的基质效应最小，小正曲线(0.1，1， 15， and 10 ng/L)用空白尿液配置。 方法 尿液，像其他的生物基质材料一样，包含了高水平的含碳化合物、氯化物和其他可溶解性固体，可能在分析中产生对光谱和基质干扰，因而对在此基质中微量金属元素的准确测定造成困难。例如氯化物和碳离子形成ArC+、ArCl+、ArN+和 C10+，就会干扰Cr+、As+、Mn+和V+的检测。因此，运用碰撞池技术来降低这些干扰物的影响是非常重要的。 虽然， DRC和碰撞池/KED模式都是可用的，但由于DRC通过分子离子反应而具有的优越的检测能力，在该分析中，我们倾向于选择DRC。极低的定量限，尤其是对常规UTAK@ SRM水平再稀释10倍的溶液进行检测，就必须使用DRC。由此利用NH3来测定几个过渡元素，利用02来测定砷。 普遍认为NH3是减低氩气光谱干扰的最理想的气体。理由是NH3与氩离子的反应是极快并且放热，但是其相对于第一族过渡金属元素的反应速率却是慢得多。用NH3减少40Ar12C+对 52Cr+的影响为例。因为这两个离子都是质量52，所以在C的干扰下，低水平的Cr就不能被测量。然而，NH3 与 ArC+的反应远比与Cr+的反应快，其机理如下： ( 通过消除ArC+最终使信号对背景增强 ， 才能检测出微量级的Cr。该过程与利用DRC模式来减少其他多原子的干扰是相似的。 ) ( 图2.中展示了在碳离子(异丙醇)的干扰下对52Cr的最佳优化情况。X轴表示反应池中NH3流量，Y轴表示信号强度。很明显，在空白样品中40Ar12C+的信号明显减弱，对1ppb的 52Cr+溶液信号基本不受影响。 ) ( 初始时NH3=0.1 - 0.3ml/m i n， A rC+明显减少 ， 但在一 个碳含量如此高，氨流量如此低的情况下， 1ppb的Cr无法被检测出。在NH流量接近0.7ml/min 时， ArC+的干扰已经减小到低于100，表示从最初的水平上减少 了4-5个数量级。 ) 池中气体流量(mL/min) 图2.为了利用化学反应消除40Ar12C+ 对Cr--+的干扰NH-3反应池气体流量的优化 DRC 的动态带通调节技术立即喷射生成的NH3离子至池中，由此避免副反应的发生(注：最优化的DRC带通调节以RPq值列于表2中)。结果，池中只存在Cr+离子并进入四级杆分析器中。图3.显示了在尿液中检测Cr+的Cr校准曲线(0-5ug/L， Cr)。该水平浓度中的校准曲线的线性证明ArC+的干扰已经被消除。 图3.为检测尿液中52Cr+以0.1、1.0和5.0g/L为校正点的标准曲线 对于砷的检测，分析者可以通过DRC的能力将砷转化成一个新的分析质量来避开干扰。在尿液中， 75As+的主要干扰物是40Ar35Cl+和40Ca35Cl+，虽然ArCl+和池中各种气体都可以快速的反应，但CaCl+由于Ca-Cl键极强的稳定性而表现出化学惰性。结果，通过化学反应不能消除CaCl+的干扰。虽然反应池模式可以处理以上两种干扰，但却要以极大的降低As的灵敏度为代价，这样就使得微量级别元素的检测显得困难。 如前文所示5.，利用As能和02快速反应生成质荷比为91的75As160+，更好的选择是利用02做反应池气体。75As+到75As160+的转化在图4.中予以说明。在该图中，X轴表示气体流量，Y轴表示响应强度；红线是75As+的信号，蓝线是75As160+的信号，两者都是随着02的流量而改变。这些数据清晰的展示随着As+信号的减弱As0+的信号加强，证明了As+到As0+的转化。 图4. As+到AsO+的转化中02流量的最佳优化。仪器操作参数 对于分析尿液的仪器操作条件在表1.中；反应池条件在表2.中。RF大功率(1500watts)对分解尿液和减少基质效应的影响是非常重要的。高RF功率和低样品吸入速度的结合导致产生热等离子体，从而促进更完全的离子化，以降低物质在进采样器和截取锥中的沉积，减少信号漂移。 在DRC模式下检测的元素(As， Cr， Co， Cu， Mn， V)如表2中所示，其他的元素在标准模式下测定，两部分结合为一个方法。标准模式和DRC模式之间的转换时间大约10秒钟。 表1. UTAK@冷冻干燥尿液分析仪器条件 参数 设置 进样系统 低流量喷雾器，带有挡板的 气旋喷雾室 样品吸入速率 0.3ml/min 采样器和截取锥 镍 传输功率 1500瓦特 喷雾器气流量 0.8L/min 清扫 20 每峰点数 1 重复次数 3 驻留时间 100ms 模式 标准模式和DRC 模式切换时间 10s 内标物 除了Y为66Zn的内标，其余都使用In 表2.测定冷冻干燥SRM尿样UTAK常规样品和高水平样品中As， Cr， Co， Cu， Mn， V等元素所需的反应气体和气流量以及反应池RPq值 (质量) 气体 (ml/min) (RPq值) 氧化砷 02 0.7 0.65 (91) 铬(52) NH 0.7 0.75 钴(59) NH 0.7 0.75 铜(65) NH： 0.7 0.75 锰(55) NH 0.7 0.75 (51) NH： 0.7 0.75 结果 表3.正常水平的UTAK@冷冻干燥尿液SRM结果 分析物 记录值 预期值范围 (质量) (ug/L) (g/L) *氧化砷(91) 9.2 8-11 *铬(52) 1.1 1.0-1.4 *沽(59) 1.8 1.4-2.0 铜(65) 118 100-136 铅(208) 0.56 0.5-0.7 *锰(55) 3.2 2.5-3.3 钼(98) 76 60-82 *钒(51) 0.69 0.5-0.7 锌(66) 842 666-900 *表示使用DRC模式 表4.高水平的UTAK@冷冻干燥尿液SRM结果 分析物 记录值 预期值范围 (质量) (ug/L) (ug/L) 铝(27) 35 32-44 氧化砷(91) 99 88-116 镉(114) 5.0 4.2-5.6 铬(52) 7.6 6.3-8.5 铜(65) 171 143-193 铅(208) 132 111-150 锰(55) 3.9 3.0-4.0 钼(98) 98 75-101 (51) 10.8 9-12 锌(66) 1128 1112-1504 *表示使用DRC模式 结论 本工作展示了PerkinElmer 的创新设计 NexION@ 300型ICP-MS仪，是适合尿液中微量金属元素的测定的理想仪器。考虑到高能等离子体形成条件的创新的仪器设计和反应池技术相结合使尿液中微量的和高浓度水平的元素都得到精确的检测。 ( 参考文献 ) ( 1. 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