电感耦合等离子体—质谱法在公共卫生检验中的应用进展

1、电感耦合等离子体一质谱法在公共卫生检验中的应用进展张念东(广丙南丹疾病预防控制中心广丙南丹547200)【关键词】电感耦合等离子一质谱卫生检验应用【中图分类号】r126【文献标识码】a【文章编号】2095-1752 (2013) 11-0348-03电感耦合等离子一质谱(icp-ms)技术从1980年发表首篇里程碑文 献1】至今已有30多年，自1983年第一台icp-ms商品仪器问世，这项新型无机 元素分析测试技术，它以独特的接口技术将icp的高温电离特性与四级杆质谱仪 的灵敏快速扫描的优点相结合，形成一种新型的元素或同位素分析技术2。它 是最近30年来发展及应用比较快的一种分析仪器，可以实现

2、对水、食品、环境、 高纯材料、半导体、化学化工、地质勘探、核科学、生物学、医学临床、药物、 农业土壤等科学研究中的痕量和超痕量元素进行高灵敏多元素快速测定，icp ms可对质量数范围6260的元素同时进行检测。现对电感耦合等离子体一质谱 法(icp-ms)原理及其在公共卫生检验中的应用进展作一综述。1电感耦合等离子一质谱法(icpms)基木原理icp-ms由离子源和质谱仪两个主要部分构成。样品溶液经过雾化由 载气送入icp炬焰中，经过蒸发、解离、原子化、电离等过程，转化为带正电荷 的正离子，经离子采集系统进入质谱仪，质谱仪根据质荷比进行分离。对于一定 的质荷比，质谱积分面积与进入质谱仪中的离子

3、数成正比。即样品的浓度与质谱 的积分面积成正比，通过测量质谱的峰面积来测定样品中元素的浓度。icpms 具有以下特点1: (1)在正常气压下进样，便于与流动注射、氢化物发生、电 热蒸发、气相色谱、高效液相色谱等进样技术和分离技术联用；(2) icp离子源 的超高温，几乎可以使样品完全蒸发和电离；(3)，图谱简单，检出限可达fg/ml 级，分析速度快，动态线性范围宽；(4)单电荷离子产率高，可用于定量分析； (5)离子初始能量低，可使用简单的质量分析器如四级杆、tof等；(6)可同吋进行多元素分析、同位素分析及元素形态分析。但icpms分析技术也存在 一些缺点：（1） icp离子源产生的高温几乎

4、使进入其中的所有原子、分子电离。 同质异位素、基体以及在高温下经化学反应生成的分子离子将严重干扰测定；（2） 对固体样品的痕量和超痕量分析，一般要求进行样品前处理，但这样容易引入来 自试剂、容器、环境的污染。2 icpms在公共卫生检验中的应用2.1在食品卫生检测中的应用在食品卫生检验中，特别是近几年来开 展的国家食品安全风险监测，主要采用icpms检测食品中的旮害金属元素含 量。王柯等3】用icpms同吋测定软饮料样品中的cr、cu、zn、as、cd、sb 等6种金属元素含量，并参加了 fapas即全球实验室食品分析水平评估计划的能 力验证，结果令人满意。同吋比较了直接稀释法（样品原液、稀释

5、10倍的溶液、 稀释20倍的溶液）及微波消解法对样品测试的影响，结果方法间无显著差异， 故选择了简便快捷的直接稀释法,考虑到节约样品，建议采用稀释20倍的溶液。 张妮娜等4采用微波消解样品，使用电感耦合等离子质谱法对啤洒及酿造麦汁 中的 na、mg、k、ca、fe、al、ni、cu、zn、mn、cd、mo、as、cr、ba、hg、 pb等17种无机元素同时进行测定。其结果是17种元素加标冋收率在86%108% 之间，工作曲线相关系数均大于0.999，相对标准偏差在0.86%4.08%之间。方 法线性范围宽，灵敏度、精密度和准确度好，是一种简便、快速分析啤酒和酿造 麦汁中无机元素的方法。杨瑞春等

6、5】以硝酸一过氧化氢体系，使用微波消解仪 消化处理样品，不经分离富集，使用电感耦合等离子体，以li、rh、in作为内标 元素，直接测定根茎类蔬菜样品中的sc （钪）、丫（钇）、la （镧）、ce （铈）、pr （镨）、nd （钕）、sm （钐）、eu （铂）、gd （钆）、tb （铽）、dy （铜）、ho （钬）、 er （餌）、tm （铥）、丫b （镱）、lu （镥）等16种稀土元素含量，按样品分析程序 测定11份样品空白溶液，按3倍仪器响应值标准偏差与标准曲线斜率的比值计 算仪器检出限，按10倍仪器响应值标准偏差与标准曲线斜率的比值计算仪器定 量下限。取试样为l.og，定容至25.0ml,

7、计算方法检出限。该方法具奋操作简单， 快速、灵敏度高、重现性好等优点。彭荣飞等6】按gb/t5009.81-2003方法对不锈钢容器进行清洗和浸泡前 处理，上机前浸泡液用硝酸酸化，使硝酸浓度为0.2%,不锈钢浸泡液直接用 icp-ms进行cr、ni、as、cd、pb等5种金属元素含量分析，采用基体匹配和混 合内标法来消除基体干扰，碰撞池技术来消除质谱干扰。结果：方法的检出限 0.04µg/l0.4µg/l,精度优于 2.0%，冋收率为 98.0%101%，3 个 样品的分析结果与国家标准方法一致。彭荣飞等7对酱油样品稀释后用icp-ms 直接进行酱汕中p

8、b和as含量测定。戴京晶等8采用压力罐消解泡打粉及面制 品样品后，以钪作为内标补偿基体效应，用icp-ms法测定样品中的铝。周萍等 9】运用m位素稀释电感耦合等离子体质谱方法测定fapas食物样品中微量铅，建 立了准确测定食物中微量铅的方法。许萍等10】运用icpms测定橡胶产品中的 锌，其结果与国家标准方法（分光光度法）比较，差异无显著性（p0.05），方 法准确、简便并ii快速。2.2在水质卫生检验中的应用日常水质卫生监测是icpms应用到 基层实验室的一个标志。gb/t 5750.15750.132006生活饮用水标准检验方法11中，使用icpms检测生活饮用水及其水源水中的金属元素有银

9、、铝、砷、 硎、钡、铍、钙、镉、钴、铬、铜、铁、钟、锂、镁、锰、钢、钠、镍、铅、锑、 硒、锶、锡、钍、铊、钛、铀、钒、锌、汞等31种元素。侯建荣等12采用icp 一ms测定广州市饮用水中al、mn、fe、cu、zn、as、se、pb、cd和hg等10 种微量元素，水样不需要前处理，调好仪器测试条件后直接上机测定，采用标准 曲线法定量，用混合内标法校正基体干扰和漂移。整个方法的检出限介于 0.014µg/l 1.043µg/l，精密度优于 5.8%，问收率介于 93.0% 110.0%，该方法简单、快速和准确。农晋琦等13测定了深圳市饮用水中fe、mn、c

10、u、zn、as、se、hg、cd、k、pb、ag、al、na、ca、mg、si、ba、b、be、ni、sb、v、co 等 23 元素， 其检测限完全满足gb5749-2006生活饮用水卫生标准中限值14要求。谢建滨 等15分析了水源水、出厂水和末梢水中cu、mo、as、cd、pb、ag、al、ba、b、 be、ni、sb、v、co、cr、se、tl 等 17 种元素，各元素检出限在 0.003µg/l 0.254µg/l,可通过简单的软件操作来消除多元素离子的干扰。谭玲等16 采用icpms测定多个北京市售矿泉水中的碘元素，优化了最佳实验条件，选 择11

11、5ln内标，采用内标法校正干扰，采用精密度考察方法的重现性，不同浓度 矿泉水样品中碘含量的相对标准偏差均小于5%，以加标冋收考察方法的准确性， 加标冋收率在92.7%109.5%。方法线性范围宽、精密度好、快速、灵敏、适用 于矿泉水中碘元素的测定。2.3在生物材料检验中的应用在健康保健、临床治疗、突发公共卫生 事件和职业卫生检验中，常需分析人体血液及尿样中必需微量元素和奋害金属元 素。以往主要采用的分析方法是化学法、分光光度法、原子荧光法和原子吸收法， 这些方法的缺点是没有一种方法可分析所有的元素，一次只能分析一种元素，速 度太慢，而il方法的干扰较大，经常难以得到准确的结果。彭荣飞等17采用

12、 0.1%triton x100+0.1%hn03+200µg/lau 对全血稀释 20 倍后用 icpms 直接测定 be、al、co、mo、pb、cd、v、cr、mn、ni、as、sb、hg 和 tl 等 14 种有毒元素，并采用碰撞池/反应池技术来消除质谱干扰，实验结果令人满意，ii方法简便、快速、准确。汤銎等18采用同样方法直接测定全血中的cr、cd、pb和hg等4种奋害金属元 素，但稀释液成分不完全相同，采用0.1%tritonx100+1%hn03对全血稀释10 倍后测定，方法的检出限为0.20µg/l0.52µg/l，精

13、密度优于3.0%,冋收率为94.0102%，标准参考物的分析结果令人满意，完全可以满足血液中 痕量有毒元素的分析要求。丁亮等19在hno3+h2o2介质中微波消解全血样品， 以in、se、丫、tb、bi作为内标补偿基体效应，用icpms测定消解液中cd、pb、as和hg4种有毒元素。结果表明所建立的方法简便、快速、准确、结果令人满 意，可用于人体血样中奋毒元素的测定。彭荣飞等20采用0.1%hn03+0.1%triton x100对血清直接稀释20倍后用icpms进行分析，大大简化了前处理的步骤， 缩短了整个样品的分析吋间，奋效地避免了采用复杂样品前处理带来污染的可能。 在测定过程中，采用了混

14、合内标技术来消除基体干扰，使测定血清中li、mg、ca、fe、cu和zn 6个元素的结果更为准确。整个方法的检出限均小于0.3mg/l,精密度优于2.0%，冋收率为97.6%101%。对2批标准参考物质的分析结果与 证书相符，整个方法非常快速并il准确。徐淑暖等21用1%硝酸把尿样稀释20倍，无需消化和加多种试剂，直 接用 icpms 测定尿样中的 be、cr、mn、co、ni、cu、as、sr、cd、sn、sb、tl和pb等13种金属元素。采用内标法，标准加入法，基体匹配法有效降低了有 关干扰的影响，在050µg/l范围内存很好的线性关系，检出限、精密度 和加标冋收率都符

15、合检验要求，适用于单个或多个元素的测定。林少美等22用 0.1%triton x100+0.5g/l edta+2%氨水混合溶液稀释血液和尿液30倍，直接用 电感耦合等离子体质谱法测定铅镉含量。在混合稀释溶液中，氨水主要起到溶解 红细胞的作用，edta对待测元素起到稳定作用，减少由于沉淀或吸附而造成待 测元素的损失，triton x100使整个溶液体系均匀稳定以防止雾化器和矩管的堵 塞。刘华章等23采用碰撞池icpms测定高盐样品如食盐、调味品和尿液中的 cr、v、as和se等4种金属兀素。在分析食盐、海水、调味品和尿液等高盐样 品吋，非质谱干扰主要来源于样品中的盐分。针对高盐样品选用耐高盐接

16、u （xi 接口）其口径大，易保持信号平衡，降低非质谱干扰。张利明等24用1.0%硝酸 将唾液样品10倍稀释，利用icpms在cct模式下，检测唾液中的总砷，为砷 暴露人群的无创检验提供了可能。2.4在卫生检验其他方面的应用电感耦合等离子体质谱法在工作场 所空气、化妆品以及中药材卫生检验方面也到了较好的应用。张爱华等25以微 孔滤膜采集工作场所空气中的金属及其化合物，20ml 2mol的硝酸溶液作为消解 液，电热板上加热消解样品，用icpms测定be、v、cr、mn、co、ni、cu、zn、mo、cd、sb、ba、tl和pb等14种金属元素及其化合物含量。该方法具有 简便、快速、准确、线性范围

17、宽，灵敏度高等优点，能满足工作场所空气中有害 元素的检测要求。侯建荣等26分别采用hno3h2so4湿式消解和hno3hf 微波消解化妆品粉底液样品，用icpms对消化液中的砷进行测定，结果显示 使用hno3h2so4湿式消解进行前处理获得的结果偏低，hno3hf微波消解 化法获得结果优于前者。庞靖等27采用电感耦合等离子体质谱法同吋测定枸杞中的 na、mg、al、k、ca、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、as、se、ag、cd、 hg、pb等19种元素，实验结果表明该方法能满足其痕量分析的要求。沈梅26】 采用微波消解一icpms法测定中药材姜黄中的cu、as、cd、hg、pb

18、等5种元 素含量，为不同产地及不同种类的中药材中重金属含量测定提供了方法。商博东 等28】采用高压消解法，以72ge、115ln、209bi作为内标消除非质谱干扰，碰撞 反应池消除质谱干扰，采用icpms测定中药提取物中的pb、cd、as、hg。方 法准确、可靠、精密，可满足正常来样检测的需要，便于推广。3结束语随着国家经济的发展，人们生活水平的提高，国家对食品安全，饮水安 全，职业卫生安全，公共场所卫生安全，健康保健及临床治疗等方面的卫生指标 制定会越来越严格，对卫生检验要求也越来越高。icp-ms以其元素分析范围广， 检出限低，动态范围宽，测定干扰少，分析速度快、精密度高、准确性好，分析

19、所需样品量少、定性定量可靠性高等突出优点，必将广泛应用于卫生检验中。但 也由于icp-ms在检测过程中对实验用水、试剂、环境的要求高；气体、泵油、 炬管、锥等消耗品使用增加了检测成本，而且仪器价格也比较高。这些问题也是 制约其0前未能得到迅速发展和普及的主要原因。参考文献1】杨元，现代分析测试技术在卫生检验中的应用m.成都：四川大学出版社，2008： 369370.2】杨元，现代分析测试技术在卫生检验中的应用m.成都：四川大学出版社，2008： 379.3】王柯，王欣美，李丽敏等jcpms法对软饮料样品中6种元素测定的国际比 对及其结果分析.中国卫生检验杂志，2009，19 (5)： 1036

20、1038.4】张妮娜，刘丽萍，张勐等.微波消解一电感耦合等离子质谱法测定啤酒及酿造 麦汁中17种元素j.中国卫生检验杂志，2008，18 (11)： 2281.5】杨瑞春，翟志雷，郝大情等.电感耦合等离子体质谱法测定根茎类蔬菜中16 种稀土元素.中国卫生检验杂志，2010, 20 (11)： 27482752.6】彭荣飞，陈安，侯建荣，黄聪等.碰撞池icp-ms同吋测定不锈钢浸泡液中cr、 ni、as、cd 和 pbj.中国卫生检验杂志，2011, 21 (7)： 1611.7】彭荣飞，侯建荣，黄聪等.icpms直接测定酱油中的pb和as的研究.中 国卫生检验杂志，2008, 18 (7)：

21、1315.8】戴京晶，刘奋，曾维，周海涛等.压力罐消解一icpms法测定泡打粉及面制 品中的铝.中国卫生检验杂志，2008，18 (10)： 2023.9】周萍，黄文耀.同位素稀释电感耦合等离子体质谱测定食物中的铅.中国卫 生检验杂志，2012，22 (10)： 2317.10 许萍，潘心红，侯建荣等.icpms测定橡胶产品浸泡水中锌的探讨j.中 国卫生检验杂志，2012，22 (7)： 1553.11 gb/t 5750.15750.132006生活饮用水标准检验方法.s.12 侯建荣，卓召模，彭荣飞，潘心红等.电感耦合等离子体质谱法测定饮用水 中10种微量元素j.中国卫生检验杂志，2008

22、，18 (7)： 12881289.13 农晋琦，陆坤明，朱蓉.icpms同吋测定饮用水中23种元素的研究j.光 谱实验室，1999，16 (3)： 272277.14 gb57492006生活饮用水卫生标准s.15 谢建滨，刘桂华.icpms法测定水源水、出厂水、末梢水中17种微量元素 j.环境与健康杂志，2000, 17 (3)： 175177.16 谭玲，刘丽萍，吕超等.电感耦合等离子体质谱法(icp-ms)测定矿泉水中 的碘.中国卫生检验杂志，2009，19 (12)： 2750.17 彭荣飞，林国帧，甘平胜，黄聪等.碰撞池icpms直接测定全血中痕量金 属元素的研究.中国卫生检验杂志，2007, 17 (8)： 1433.18 汤鑒，应英，谭莹等.碰撞池icpms直接测定全血中有害痕量金属元素儿 中国卫生检验杂志，2011, 21 (12)： 2851.19 丁亮，张森，周志荣等.全血中4种有