加熱板消解-ICP-MS檢測血液中的33種元素

張素靜，馬 棟，王躍進(jìn)，卓先義

（1.司法部司法鑒定科學(xué)技術(shù)研究所 上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200063；2.山東省濟(jì)南市人民檢察院，山東 濟(jì)南 250002）

隨著我國工業(yè)迅速發(fā)展，金屬元素在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各方面的應(yīng)用日益廣泛，利用金屬毒物投毒和自殺的案例增加，因環(huán)境污染、非法行醫(yī)過程中藥物使用不當(dāng)、長期使用劣質(zhì)化妝品、某些職業(yè)長期接觸金屬元素而引起金屬慢性中毒的事件時有發(fā)生，血液中金屬元素的測定是判斷此類案件的關(guān)鍵所在。

血液中元素的檢測已有較多報(bào)道[1-4]，電感耦合等離子體質(zhì)譜法（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）以靈敏度高、線性范圍寬、可進(jìn)行多元素同時分析以及可進(jìn)行無特定目標(biāo)的篩選等特點(diǎn)，成為目前元素分析中的首選分析技術(shù)[1-7]，自動進(jìn)樣器的應(yīng)用使得其非常適合用于大量樣本的檢測。進(jìn)樣ICP-MS前，血液的處理主要有直接稀釋和濕法消解兩種方法。稀釋法一般是應(yīng)用稀硝酸配合Triton X-100或氨水配合Triton X-100[1-2]，該法操作簡單，可直接稀釋后進(jìn)樣，減少了轉(zhuǎn)移過程中可能導(dǎo)致的外污染。但稀釋法存在嚴(yán)重的基質(zhì)干擾問題，尤其是經(jīng)過冷凍儲藏的不新鮮血液。消解法中近年來應(yīng)用比較廣泛的是微波消解方法，其在高溫高壓下將樣品徹底消解，密閉環(huán)境也可避免易揮發(fā)元素的損失。微波消解方法準(zhǔn)確可靠，但該法所需設(shè)備價(jià)格較高，消解費(fèi)時，且轉(zhuǎn)移過程復(fù)雜，并不適用于大批量樣本的檢測[5，8]。本研究擬建立一種快速準(zhǔn)確的消解方法，利用65%硝酸（HNO3）和雙氧水（H2O2）對血液進(jìn)行消解，ICP-MS 法同時測定血液中33種元素，以適用于大量樣本的檢測以及法醫(yī)毒物分析領(lǐng)域元素的篩選。

1 材料與方法

1.1 試劑

ICP-MS調(diào)諧溶液[鋰（6Li）、釔（89Y）、鉈（205Tl）]1 μg/L、內(nèi)標(biāo)儲備液[鈧（45Sc）、鍺（72Ge）、釔（89Y）、銦（115In）、鋱（159Tb）]10 mg/L、環(huán)境元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液10 mg/L和混合元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液 10 mg/L（美國Agilent公司）；ICP混合元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液10mg/L和100mg/L、Hg標(biāo)準(zhǔn)儲備液1000mg/L、Au標(biāo)準(zhǔn)儲備液1000mg/L、Cs標(biāo)準(zhǔn)儲備液 1000mg/L（美國 Merck 公司）；65%HNO3，超純，（美國Merck公司）；29%～32%H2O2水溶液，優(yōu)級純（美國Alfa Aesar公司）；去離子水，由Milli-Q超純水處理系統(tǒng)制得；血液（上海市中心血站提供）。

1.2 工作溶液配制

內(nèi)標(biāo)工作溶液：將內(nèi)標(biāo)儲備液用5%HNO3溶液稀釋得質(zhì)量濃度為20 μg/L的內(nèi)標(biāo)工作溶液，置于冰箱冷藏保存。

元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：將元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液用5%HNO3逐級稀釋得標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，標(biāo)準(zhǔn)工作溶液置于冰箱冷藏保存。

1.3 儀器條件

1.3.1 儀器

7500Ce電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國Agilent公司），AXL-500自動進(jìn)樣器（美國Agilent公司），電熱板（金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司），MWS-3+微波消解儀（德國Berghof公司），Element A10超純水處理系統(tǒng)（美國Milipore公司），10μL、20μL、20～200μL、100～1000μL移液槍（德國 Eppendorf公司），100～1000 μL可調(diào)移液槍（吉爾森公司），15 mL聚丙烯試管（美國Corning公司），SHZ-3循環(huán)水真空泵（上海華光儀器儀表廠）。1.3.2儀器調(diào)諧與操作參數(shù)

ICP-MS使用前用1μg/L調(diào)諧溶液優(yōu)化儀器工作參數(shù)。蠕動泵轉(zhuǎn)速0.1rps，掃描時間0.1sec。調(diào)諧要求達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)模式靈敏度7Li≥3000、89Y≥8000、205Tl≥4000；標(biāo)準(zhǔn)模式雙電荷Ce2+/Ce+≤3%；標(biāo)準(zhǔn)模式氧化物CeO+/Ce+≤1.5%；靈敏度參數(shù)指標(biāo)RSD＜5%，其余各參數(shù)指標(biāo)RSD＜15%。優(yōu)化后儀器工作參數(shù)設(shè)置見表1，采用在線內(nèi)標(biāo)加入方法。

表1 ICP-MS工作參數(shù)

微波消解儀操作參數(shù)見表2。

表2 微波消解程序參數(shù)

1.4 檢測

1.4.1 微波消解

精確量取0.25mL血液，置于消解罐內(nèi)，加入0.8mL 65%HNO3和0.2 mL 29%～32%H2O2按照消解程序消解，完成后，待消解罐冷卻至室溫，將樣品轉(zhuǎn)移至塑料瓶中，去離子水稀釋至10 mL。混勻后進(jìn)樣檢測。

1.4.2 濕法消解

精確量取0.25mL血液，置于聚丙烯試管中，加入0.8 mL 65%HNO3和 0.2 mL 29%～32%H2O2，加熱板90℃加熱3h，待冷卻至室溫，超純水稀釋至10mL。混勻后由ICP-MS進(jìn)樣檢測。

1.5 空白試驗(yàn)

將0.25mL去離子水按照與血液相同的方法處理后所得溶液為空白溶液。

2 結(jié)果

2.1 方法對比

微波消解方法經(jīng)典，消解徹底，因此我們對所建立的前處理方法與微波消解進(jìn)行對比。對比方法為：同一來源的血液，相同取樣量以及消解試劑，分別按1.4.1和1.4.2處理后，進(jìn)樣檢測。利用SPSS 17.0對兩種方法對同一來源血液消解后ICP-MS檢測的各元素響應(yīng)值與內(nèi)標(biāo)的比值進(jìn)行比較。先對兩種方法所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。由表中結(jié)果可以看出兩種處理方法下33種元素結(jié)果均符合正態(tài)分布（P>0.05），因此可對數(shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗(yàn)。

兩種方法數(shù)據(jù)的t檢驗(yàn)結(jié)果見表4。表4顯示33種元素的結(jié)果無顯著性差異（P>0.05）。表明兩種前處理方法無顯著性差異。

表3 方差齊性檢驗(yàn)

表4 血液方法對比結(jié)果

2.2 線性關(guān)系和檢出限

對1.2項(xiàng)配制的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測定，以元素各質(zhì)量濃度的響應(yīng)值（y）對相應(yīng)質(zhì)量濃度（x，ng/mL）進(jìn)行線性回歸，得到各元素的線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)（r）值。空白溶液處按1.4.2處理。檢出限測定方法為在確定的工作條件下，取11次平行測定空白溶液的響應(yīng)值及3次平行測定一定濃度元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的響應(yīng)值，按下式計(jì)算各元素的檢出限，結(jié)果見表5。檢出限范圍為 0.0002ng/mL （Cs）～21.8ng/mL（Ca）。

檢出限（ng/mL）=[3δ/（S-B）]×C

δ：空白溶液平行測定11次CPS的標(biāo)準(zhǔn)偏差（counts per second，信號強(qiáng)度單位）

S：一定濃度各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的CPS

C：各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度

B：空白溶液的CPS

表5 各元素檢出限及線性關(guān)系

2.3 方法精密度和準(zhǔn)確度

方法精密度和準(zhǔn)確度通過加標(biāo)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。精密量取6份血液，按1.4.2處理后，測定其中各元素本底值，根據(jù)各元素本底值以及線性范圍，確定加標(biāo)濃度。取同一來源的血液24份，其中未加標(biāo)的本底血液、3個濃度點(diǎn)的加標(biāo)血液各6份，同時處理測定后，計(jì)算加標(biāo)回收率即準(zhǔn)確度和精密度。結(jié)果見表6，準(zhǔn)確度為91%～112%，日內(nèi)精密度為0.5%～8.9%，日間精密度為0.4%～10.9%。

表6 血液精密度和準(zhǔn)確度

續(xù)表6

3 討論

3.1 消解條件選擇

HNO3相比于HClO4等試劑，對樣本分析產(chǎn)生的多原子離子干擾更少，H2O2分解產(chǎn)生水，消解徹底，這兩種試劑在濕法消解中較為常用[9]。

從儀器對酸度的要求（樣品酸性越強(qiáng)對儀器的損害越大）以及實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)成本考慮，實(shí)驗(yàn)過程中使用的試劑越少越好，實(shí)驗(yàn)采用的0.8mL 65%HNO3的用量大大降低了HNO3的用量。H2O2的加入使得消解更加徹底，不增加樣品的酸性，并且試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加入H2O2消解后與相同條件下不加入H2O2消解所得溶液相比，加入H2O2消解得到的溶液顏色淡且透亮，并且加樣過程中管壁上沾染的血液也被消解。

本課題組建立的微波消解方法的消解時間為61 min[4]，而D'Ilio S[5]在實(shí)驗(yàn)中微波消解為90℃下消解5h。本研究采用加熱板直接加熱消解血液，消解不在高溫高壓下進(jìn)行，因此考察消解時間較長，分別為2 h和3h。結(jié)果2h時，血液消解不完全，消解時間為3h，消解完全。

試驗(yàn)中80℃時血液消解不完全，90℃時消解完全。

3.2 干擾消除

對于被測元素選擇合適的質(zhì)量數(shù)可以減少多原子離子等的干擾。選擇合適的內(nèi)標(biāo)，并使用在線內(nèi)標(biāo)檢測方法，可以減少和校正基質(zhì)效應(yīng)。采用屏蔽炬技術(shù)（shield torch）和優(yōu)化儀器參數(shù)，來降低雙電荷及氧化物的干擾。

4 結(jié)論

本研究建立了ICP-MS檢測血液中33種元素的方法，前處理方法采用不增加溶液酸度的H2O2和65%HNO3的混合消解試劑，樣品在試管內(nèi)消解后可直接稀釋進(jìn)樣，無需轉(zhuǎn)移，操作簡單，適合大量樣本的檢測。

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