新型碘離子選擇性電極法快速測定尿碘評價

王 君，鄭靜雨

(1.武漢科技大學醫(yī)學院，湖北 武漢 430065;2.武漢能斯?jié)h儀器有限責任公司，湖北 武漢 430070)

尿碘水平是反應(yīng)人群碘營養(yǎng)狀況的最佳指標[1]。但尿液中成分復(fù)雜，碘含量低且個體差異很大，因此對檢測方法的敏感性、準確度、抗干擾能力及穩(wěn)定性等方面的技術(shù)要求都較高。目前，國內(nèi)外公認的準確測定尿碘的方法是等離子色譜質(zhì)譜聯(lián)用法[2]和砷鈰催化分光光度法，前者因儀器設(shè)備昂貴，我國沒有采用。砷鈰催化分光光度法是我國普遍采用的尿碘測定方法，已制定為衛(wèi)生行業(yè)標準(WS/T 107-2006)，但該方法操作復(fù)雜、費時、試劑有毒且干擾多，需要專門的設(shè)備及具有熟練操作能力的檢測人員，而且測定速度慢，不適于大量尿樣的現(xiàn)場檢測[3-4]。因此，尋找一種簡便、快速測定尿碘的方法非常必要且急迫。

離子選擇電極的測定方法由于設(shè)備簡單、價廉輕便，被測離子與干擾離子一般不需要進行化學分離，具有敏感性高、特異性強、抗干擾能力強等優(yōu)點，適用于快速檢測[5-6]。人體尿中碘幾乎都是無機離子，用離子選擇電極的方法測定尿碘是最簡單快捷的方法。但是，用傳統(tǒng)工藝制作的碘離子選擇性電極測定尿碘時，碘離子對氯離子(Cl－)的選擇性系數(shù)只有10-3左右，而人體尿液共存Cl－含量通常比碘離子高103左右，存在嚴重干擾，應(yīng)用受到限制。楊景芝等[7]應(yīng)用碘離子選擇性電極測定尿碘，采用校正系數(shù)除去Cl－和尿肌酐的干擾，并調(diào)節(jié)pH值測定，雖取得了一定進展，但人群因個體差異，尿液中Cl－和尿肌酐含量差別較大，校正系數(shù)不易簡單確定。

我們對新型碘離子選擇性電極尿碘檢測方法的技術(shù)指標進行測試和評價，并與國家衛(wèi)生行業(yè)標準方法《尿中碘的砷鈰催化分光光度測定方法》(WS/T 107-2006)進行比對，以明確該方法的臨床應(yīng)用價值。

材料和方法

一、儀器和試劑

1.儀器 N-03型碘測試儀(微機離子計，分辨率 0.1 mV)

2.電極 新型碘離子選擇性電極、銀-氯化銀參比電極均由武漢能斯?jié)h儀器有限責任公司研制并提供。見圖1。

圖1 新型碘離子選擇性電極

3.試劑 試劑用水均用無碘水(2 L蒸餾水加 0.5 g K2CO3、0.2 g KMnO4重蒸餾)配制。試驗用 KI、NaCl、KNO3、KCl試劑為優(yōu)級純。以下試驗用試劑為分析純:Ca2+、Mg2+、F-、Fe2+、Mn2+、Cu2+、Cr6+、Co2+、Hg2+、HPO4-、NH4+、尿素、肌酐、甘氨酸。

4.碘標準溶液 碘溶液濃度為100 mg/L(0.1 mg/mL)。碘標準溶液配制方法:精密稱定0.1307 g KI，用水稀釋至 1 L，密封、遮光、4 ～6℃條件下保存。

二、新型碘離子選擇性電極法的性能參數(shù)

試驗方法和檢驗規(guī)則參照中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T 9362-1999《離子選擇電極技術(shù)條件》，工作條件包括溫度、相對濕度等，在規(guī)定的條件下使用應(yīng)能正常工作，性能指標包括斜率、響應(yīng)時間、pH值范圍、內(nèi)阻、重復(fù)性、穩(wěn)定性、選擇系數(shù)等。

三、干擾試驗

1.測定依據(jù) 離子選擇電極的“選擇性系數(shù)(Kpol)”。用Kij表示離子i對離子j的選擇性系數(shù)，或稱干擾離子j對被測離子i的干擾程度。用擴展的能斯特公式描述[8]:E=E0±Slg(ai+)。式中ai:待測離子活度;aj:干擾離子活度;zi:被測離子的離子電荷數(shù);zj:干擾離子的離子電荷數(shù);Kij:離子i對離子j的選擇性系數(shù)。采用分別溶液法由下列公式計算選擇性系數(shù):

2.測定方法 設(shè)定電極斜率S不變，取5個碘標準溶液各5 mL上機測定繪制標準曲線，再配制 Cl-、HPO4-、NH4+、KNO3、Ca2+、Mg2+、F-干擾離子各濃度溶液逐級稀釋，上機測定直到取得數(shù)據(jù)穩(wěn)定后取值，計算結(jié)果。

四、檢測樣本與測定方法

取門診尿樣共126例，試驗方法采用雙盲對比試驗，將尿樣同時取2份，用N-03型碘測試儀安裝新型碘離子選擇性電極法測定，與砷鈰催化分光光度法相對照。

N-03型碘測試儀采用標準加入法測定計算，計算公式[9]為 cx=c△(10△E/S－ 1)－1。式中 c△:加入標準溶液后試液濃度的增量;△E:測量的電壓值。

測定樣本:用斜率液確定電極斜率S;把樣本等分2份，每份5 mL。一份直接測定，另一份中加入50 μL濃度為100 mg/L的碘標準溶液搖勻測定，把測量的電壓值代入上式計算。

砷鈰催化分光光度法按中華人民共和國衛(wèi)生行業(yè)標準WS/T 107-2006測定。

五、使用新型碘離子選擇性電極測定標準物質(zhì)(質(zhì)控物質(zhì))

取國家碘缺乏病參照實驗室凍干人尿中碘成份分析物質(zhì)(GBW09108～GBW09110)。按說明書加入去離子水，測定方法與測定樣本相同，重復(fù)測定10次。

六、統(tǒng)計學方法

采用SPSS 11.5統(tǒng)計軟件對新型碘離子選擇性電極法與砷鈰催化分光光度法測定尿碘結(jié)果進行配對t檢驗及相關(guān)分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

一、新型碘離子選擇性電極法性能參數(shù)試驗

離子選擇性電極的性能參數(shù)是表示離子選擇性電極性能的重要指標。離子選擇性電極性能的好壞直接影響到離子選擇性電極的使用及測量數(shù)據(jù)的準確性。新型碘離子選擇性電極法的性能參數(shù)完全符合中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T 9362-1999《離子選擇電極技術(shù)條件》要求，具體數(shù)據(jù)如下:斜率≥55 mV;響應(yīng)時間＜2 min;適用pH值范圍為2～10;內(nèi)阻 ＜500 kΩ;重復(fù)性誤差 ＜2 mV;穩(wěn)定性 ＜±8 mV/24 h;檢測范圍50～690 μg/L;適用溫度范圍5～60℃。

二、干擾試驗

新型碘離子選擇性電極的碘離子對Cl-、S2-、HPO4-、NH4+、KNO3、Ca2+、Mg2+、F-、Fe2+、Mn2+和Cu2+的選擇性系數(shù)分別為 1.7 ×10-7、1.6 ×10-7、3.7 ×10-7、8.9 ×10-7、1.9 ×10-7、2.3 × 10-7、2.6 ×10-7、1.8 ×10-7、1.9 ×10-7、7.2 ×10-7和 6.3 ×10-7，均達到10-7數(shù)量級;對 Cr6+、Co2+和 Hg2+的選擇性系數(shù)分別為6.4 ×10-6、7.6 ×10-6和 7.9 ×10-6。有機物質(zhì)中，25 g/L 尿素、1.5 g/L 肌酐、5 g/L 甘氨酸均不干擾測定。

三、方法應(yīng)用

新型碘離子選擇性電極法和砷鈰催化分光光度法測定126份樣本尿碘的結(jié)果差異無統(tǒng)計學意義(t=0.527，P=0.604)，見表 1。相關(guān)分析顯示2種方法的相關(guān)性良好，回歸方程Y=0.9729X+4.4845，r=0.9787。見圖 2。

采用新型碘離子選擇性電極測定低、中、高3種濃度尿碘標準物質(zhì) GBW09108、GBW09109和GBW09110，相對標準偏差(RSD)分別為4.66%、4.75%和2.47%，與標準值的相對誤差分別為4.77%、2.51%和2.92%，精密度分別為 4.3、8.1 和5.4 μg/L，提示新型碘離子選擇性電極的測定準確度符合要求。見表2。回收率為90.8% ～104.5%。

表1 2種方法測定尿碘結(jié)果比較 (μg/L)

圖2 新型碘離子選擇性電極與

表2 新型碘離子選擇性電極法測定凍干人尿中碘成分分析物質(zhì) (μg/L)

討 論

尿中碘含量較低，成分復(fù)雜，受飲食及排泄的影響明顯，個體差異也比較大。因此對測定方法在敏感性、準確度、抗干擾能力、穩(wěn)定性等方面的技術(shù)要求都比較高。離子選擇電極方法優(yōu)點是靈敏、快速、成本低。

碘離子選擇性電極是屬于晶體膜類電極，傳統(tǒng)工藝制作方法是以硫化銀(Ag2S)為骨架材料，與碘化銀(AgI)按一定比例混合，研磨至極細粉末，在一定壓力條件下焙燒而成。碘離子選擇性電極的晶體感應(yīng)膜有2種晶體結(jié)構(gòu)變體[9]:“閃鋅礦型γ-立方型變體”(簡稱“γ型”)和“纖鋅礦型β-六方型變體”(簡稱“β型”)，“γ型”晶體結(jié)構(gòu)容易轉(zhuǎn)變成“β型”。二者的性能特別是抗干擾能力有較大區(qū)別，當晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“γ型”時，晶面角守恒、均勻性、對稱性較好，表面研磨拋光后無缺陷。此時電極性能最好，特別是抗干擾能力最強，碘離子對Cl－選擇性系數(shù)接近理論值(1×10-7)。目前市面上使用的碘離子選擇性電極由于制作工藝方面的原因，晶體結(jié)構(gòu)多呈現(xiàn)“β型”，碘離子對Cl－的選擇性系數(shù)只有10-3，抗干擾能力較差。

要使感應(yīng)膜呈現(xiàn)“γ型”晶體結(jié)構(gòu)，制作時工作壓力要達到 2.5 ×109Pa[7]，同時還要解決晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變問題而且保持長期穩(wěn)定。為此，我們對含有AgI和Ag2S極細粉末混合物在壓力條件下焙燒制作晶體感應(yīng)膜的全過程作了深入分析研究，用掃描電鏡對電極感應(yīng)膜晶體表面進行仔細地觀察分析、利用X射線衍射和電子衍射對電極感應(yīng)膜晶體結(jié)構(gòu)以及形成的過程進行分析，記錄了在晶體膜形成“γ型”晶體結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)變成“β型”的溫度、壓力、環(huán)境、時間等條件。經(jīng)過多次試驗，改進了制作工藝，解決了成型溫度和晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變這2個影響碘電極性能問題。實際制作時，選擇適當AgI和Ag2S比例配方，加入一定比例稀土元素使“γ型”晶體結(jié)構(gòu)成型時的內(nèi)能達到最小，降低制作時的工作壓力。稀土元素的另一個重要功能是能夠使晶體結(jié)構(gòu)始終存在向“γ型”轉(zhuǎn)變趨向，使晶體結(jié)構(gòu)保持“γ型”。

新型碘離子選擇性電極法由于采用了全新的制作工藝，簡化了工藝步驟，降低了工藝條件，提高了成品率，成批電極性能一致性能好。本研究數(shù)據(jù)表明，該方法在提高抗干擾能力方面有了突破，一直困擾離子選擇性電極測定碘離子的主要問題——干擾問題得到了很好的解決，干擾物質(zhì)如Cl－、S2－和有機物質(zhì)不再干擾測定;也解決了使用離子選擇性電極快速低成本測定尿碘所面臨的主要問題。通過對國家標準參考物質(zhì)的測定并應(yīng)用該方法快速檢測126例現(xiàn)場尿樣的尿碘含量，將結(jié)果與砷鈰催化分光光度法進行對比，結(jié)果顯示新型碘離子選擇性電極法的碘離子對Cl－選擇性系數(shù)達到10-7數(shù)量級，尿液中Cl－不再干擾測定。有機物如尿肌酐、尿素、甘氨酸等也不干擾測定，其準確度與砷鈰催化分光光度法一致，準確性能夠得到保障。此外，新型碘離子選擇性電極配置微機離子計，測定一份樣本只需1 min左右，且尿碘測定儀小型化、微型化、掌上操作，為基層檢查、篩查、預(yù)防保健和家庭個人使用提供了新的選擇。

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