生物材料中重金属的检测及质量控制

关于生物材料中重金属的检测及质量控制一、生物材料检测的方法现状二、AAS在生物材料重金属检测中的应用三、常见的注意事项四、质量控制

第2页,共46页，2024年2月25日，星期天一、生物材料检测的方法现状

第3页,共46页，2024年2月25日，星期天生物材料检测的方法现状人体生物材料中金属含量是反应体内重金属负荷的重要指标，利用现代化的仪器检测人体生物材料中金属的含量是预防重金属中毒的主要手段。目前，我们门诊需做的金属元素

每周：铅、镉、砷、汞、铬、镍、锰，

经常有：铜、锌、铊、钴、铝、铟；

偶尔有铍、钒、钙、镁、钾、铁、锂、锗、硒、锡、钇、镓、钨等等，将近30种金属元素。第4页,共46页，2024年2月25日，星期天而我国有限值的金属有4种，在GBZ226-2010职业性铊中毒诊断标准指出尿铊的生物限值为20µg/g肌酐，如表1.化学毒物监测指标采样时间生物接触限值美国中国砷、无机砷以及可溶性无机化合物尿中代谢物工作周末35µg/L/镉及其无机化合物1.尿镉2.血镉不限1、5µg/g肌酐2、5µg/L1、5µg/g肌酐2、45nmol/L（5µg/L）铬尿中总铬1.工作周末的班2.班中1、25µg/L2、10µg/L30µg/g肌酐钴1.尿钴2.血钴工作周末的班末工作周末的班末1、15µg/L2、1µg/L/铅1.血铅2.尿铅不限1、30µg/dL1、400µg/L2、0.34µmol/L汞1、尿中总无机汞2、血中总无机汞1、班前2、工作周末的班末1、35µg/g肌酐2、15µg/L35µg/g肌酐铊尿中铊//20µg/g肌酐五氧化二钒尿中钒工作周末的班末50µg/g/第5页,共46页，2024年2月25日，星期天引言有国家标准检测方法有10种金属元素，如表2，有的方法在修订，有的方法很少用；目前的国标方法基本是原子吸收，可以预见有原子荧光、电感耦合等离子体的方法逐步补充。元素应用标准方法Be尿中铍的石墨炉原子吸收光谱测定方法(WS/T46-1996)GFAASCd尿中镉的石墨炉原子吸收光谱测定方法(WS/T32-1996)尿中镉的火焰原子吸收光谱测定方法(WS/T31-1996)血中铅、镉的石墨炉原子吸收光谱测定方法(WS/T174-1999)GFAA/FASSCr尿中铬的石墨炉原子吸收光谱法(WS/T37-1996)修订血中铬的石墨炉原子吸收光谱测定方法(WS/T38-1996)修订GFAASCu尿中铜的石墨炉原子吸收光谱法(WS/T94-1996)血清中铜的火焰原子吸收光谱法(WS/T93-1996)GFAA/FASSPb尿中铅的石墨炉原子吸收光谱测定方法(WS/T18-1996)血中铅的TritonX-100稀释-石墨炉原子吸收光谱法(WS/T20-1996)血中铅的酸脱蛋白-石墨炉原子吸收光谱法(WS/T174-1996)血中铅,镉的石墨炉原子吸收光谱测定方法(WS/T174-1999)GFAASNi尿中镍的石墨炉原子吸收光谱测定方法(WS/T44-1996)修订血中镍的石墨炉原子吸收光谱测定方法(WS/T45-1996)修订GFAASV尿中钒的催化极谱法(WS/T35-1996)很少用此法Zn尿中锌的石墨炉原子吸收光谱测定方法(WS/T95-1996)FAASHg尿中汞冷原子吸收光谱法(一)碱性氯化亚锡还原法(WS/T25-1996)修订尿中汞冷原子吸收光谱法(二)酸性氯化亚锡还原法(WS/T26-1996)修订GFAASAs尿中砷的原子荧光光谱法（WS/T474-2015）AFS第6页,共46页，2024年2月25日，星期天二、AAS在生物材料重金属检测中的应用

第7页,共46页，2024年2月25日，星期天

优点检出限低，灵敏度高分析精度好选择性好应用范围广仪器设备相对比较简单，易于掌握用样量小缺点严重的背景吸收，因此必须校正背景；有的元素“记忆效应”很大，精密度差；曲线的时效性

线性范围窄石墨炉的优点和缺点

第8页,共46页，2024年2月25日，星期天2.1生物材料样品的前处理

石墨炉测定生物材料样品，背景吸收大，基体干扰严重，样品要经过前处理才能进样测定。样品前处理的原则：要求样品应尽量简单有效，少用试剂或繁杂操作，以便减少污染。样品的前处理主要有湿法消解、微波消解、基体改进剂稀释等，其中基体改进剂稀释是一种简单有效的前处理手段，也是应用最广泛的前处理手段。第9页,共46页，2024年2月25日，星期天2.1生物材料样品的前处理

常用的基体改进剂及其作用机制

1.硝酸镁：硝酸镁在一定温度下生成氧化镁，其作用机理是使待测元素嵌入镁的氧化物晶格中，延迟了待测元素的气化，从而提高待测元素的灰化温度；但可能有氧化镁分子吸收的缘故，所以背景吸收比较大。

2.铵盐：加入为铵盐，生成的氯化铵可在380度分解，从而减小各种氯化物的基体干扰。第10页,共46页，2024年2月25日，星期天2.1生物材料样品的前处理

3.磷酸盐：磷酸根的存在，使得待测元素在升温初期与其生成磷酸盐，升温后生成含氧磷酸络合物，粘在石墨管表面上，从而降低待测元素的挥发度,提高了灰化温度。

4.钯盐：钯盐首先被石墨管中的活性碳还原为单质Pd，单质钯可以对CO、H2、碳氢化合物与金属氧化物的反应起催化作用，从而降低了被分析元素的挥发度，还有一个作用机理，就是钯与被分析元素形成化合物，提高其灰化温度.第11页,共46页，2024年2月25日，星期天2.1生物材料样品的前处理

5.TritonX-100、十二烷基硫酸纳等有机试剂：主要用于生物样品中做改进剂，起消除基体元素干扰、稳定溶液、对待测元素的增感作用。第12页,共46页，2024年2月25日，星期天2.2仪器参数选择2.2.1空心阴极灯的选择一般空心阴极灯上均标有最大使用电流或可使用的电流范围，实验室要求灯能量稳定，增益在仪器要求范围。在实际分析中可进行以下条件试验：喷入一定浓度的标准溶液，改变灯电流，测定吸光度，由吸光度-灯电流曲线选择合适的灯电流。2.2.2吸收波长（分析线）的选择常选用最灵敏的共振线进行分析。但是，有些元素(如Co、Ni等)的最灵敏线并不是共振线。此外，当存在光谱干扰、待测元素浓度过高，或最灵敏线位于远紫外或红外区时，也可选用次灵敏线或其它吸收线。例如，测Zn时常选用最灵敏的213.9nm波长，但当Zn的含量高时，为保证工作曲线的线性范围，可改用次灵敏线307.5nm波长进行测量。

第13页,共46页，2024年2月25日，星期天2.2仪器参数选择2.2.3狭缝的选择狭缝宽度影响光谱通带宽度与检测器接受的能量。对于测量波长处于无光谱干扰的元素如Cu、Pb、Cd可选用较宽的光谱通带，入射光束投射到检测器的强度较大，放大倍数可适当减少，从而可以提高信噪比，有利于精密度的提高。对于测量波长附近有光谱干扰的元素(如Ni、Cr、Mn、Co)，应选择最小的光谱通带，防止非吸收线进入检测器，来提高灵敏度，改善标准曲线的线性关系，否则其它的光谱线有干扰，并使标准曲线向下弯曲，难以准确定量。

第14页,共46页，2024年2月25日，星期天2.2仪器参数选择2.2.4石墨炉程序升温的选择化合物在石墨炉内整个原子化过程中，随着温度的升高，经历着复杂的物理与化学变化。石墨炉的升温程序包括：干燥、灰化、原子化、净化阶段，待测样品经过一系列的加温就是为了得到更多的自由原子，提高测定的灵敏度和检出限。第15页,共46页，2024年2月25日，星期天2.2仪器参数选择

干燥温度是指通过加热使试样中的水分或溶剂蒸发掉的温度。一般干燥分2-3个阶段，100摄氏度左右，干燥时间50-60s。

灰化温度是指通过加热使试样中的基体灰化掉，只留下被测试样品的温度。

灰化温度和升温方式的选择原则：一般在不产生待测元素损失的情况下，尽量选择比较高的灰化温度，并采用阶梯升温方式，

如：测Cd时，选择灰化温度在800℃以下；测Pb时，选择700～900℃；测Mn时，选择900～1000℃

；测Ni时，选择1000～1300℃，测Cr时采用1000～1200℃。灰化时间不宜过长，生物材料一般30-50s。第16页,共46页，2024年2月25日，星期天2.2仪器参数选择

原子化温度原子化温度是由元素及其化合物的性质所决定的。最佳的原子化温度应该是在刚好出现最大吸光度时对应的温度。原子化温度选择的原则是：能得到最大吸收信号的最低温度，如：测Cd时，一般选择原子温度在1500～1700℃；测Pb时，一般选择1600～1800℃；测Mn时，一般选择1200～1400℃

；测Ni时，一般选择2200～2400℃，测Cr时一般采用2000～2300℃。

原子化时间选择的原则是：必须使吸收信号能在原子化阶段回到基线。一般3-5s。净化温度除去石墨管内上一次测试时样品的残留，一般比原子化温度要高100～200摄氏度。第17页,共46页，2024年2月25日，星期天2.3实例分析Varian(1300/2400）第18页,共46页，2024年2月25日，星期天2.3实例分析Varian(1400/2400）第19页,共46页，2024年2月25日，星期天2.3实例分析选择最佳灰化温度和原子化温度时，做温度与吸光度的曲线图第20页,共46页，2024年2月25日，星期天2.3实例分析谱图由纷乱变为对称、规律第21页,共46页，2024年2月25日，星期天2.3实例分析胶体钯在测定血铅中的条件灰化温度1000℃,原子化温度1900

℃。

第22页,共46页，2024年2月25日，星期天胶体钯在测定血铅中的应用

一、广东省医学基金课题进展第23页,共46页，2024年2月25日，星期天2.3实例分析胶体钯在测定血铅中的条件灰化温度1000℃

第24页,共46页，2024年2月25日，星期天胶体钯在测定血铅中的峰型

第25页,共46页，2024年2月25日，星期天胶体钯在测定血铅中的峰型

胶体钯测定血铅加标回收

样品

测定含量(μg/L)

平均含量(μg/L)

回收率(%)

精密度RSD(%)

1

2

3

本底血

6.596.29

6.546.47/

2.5加标20.0

25.1426.7427.0126.2999.13.8加标40.0

45.7947.2546.1946.4199.81.6第26页,共46页，2024年2月25日，星期天胶体钯测定血铅加标回收

一、广东省医学基金课题进展样品

测定含量(μg/L)

平均含量(μg/L)

回收率(%)

精密度RSD(%)

1

2

3

本底血

6.596.29

6.546.47/

2.5加标20.0

25.1426.7427.0126.2999.13.8加标40.0

45.7947.2546.1946.4199.81.6第27页,共46页，2024年2月25日，星期天第28页,共46页，2024年2月25日，星期天背景值为负原因是原子化时，光强度增大。1、新石墨管出现这种情况，降低原子化温度；2.旧石墨管可能是积碳影响，用1%硝酸或酒精清洗石墨管，重新安装使用。第29页,共46页，2024年2月25日，星期天背景值为正首先应排除记忆效应的影响，例如:血铅，做了几十次血铅后会发现，空烧时没有吸收峰，但是进硝酸试剂空白时吸收值很大，做样品时吸收值也正常，原因是石墨管平台有积碳，部分铅被碳化包裹，空烧时没有吸收值，加酸后溶解出部分铅出现吸收峰。清洗石墨管，石墨炉体。第30页,共46页，2024年2月25日，星期天峰型拖尾

1、测Cr、Ni等高温元素，原子化温度不够；2、石墨管性能下降或平台表面发生变化有残留的现象。第31页,共46页，2024年2月25日，星期天峰型扁平主要是原子化温度偏低，提高后可以形成尖锐的峰。第32页,共46页，2024年2月25日，星期天峰出的过早原因是灰化温度过高或者灰化时间太长，过早出现可能提示在灰化阶段元素已经开始损失，灵敏度也较低，应降低灰化温度或减少灰化时间。第33页,共46页，2024年2月25日，星期天三、注意事项及问题分析

第34页,共46页，2024年2月25日，星期天3.1空心阴极灯做实验前，等需要预热30min。不可使用过大的灯电流。空心阴极灯安装和拆除过程一定要保持电源关闭状态。仪器开机运行后出现基线漂移时，会出现“changingBOC”或者说无法调零，一般是灯能量不足引起的，此时可加大灯电流。第35页,共46页，2024年2月25日，星期天3.2进样针、石墨管和石墨炉体

石墨管寿命短，一般是仪器条件或者硬件设备上的问题，不是石墨管的问题。可通过以下几个检查判断：A:确保进行针平稳地注入石墨管中；B:观察干燥有没有飞溅或爆沸，确保干燥时间是足够的；C:确保工作气的压力是正常的，压力大，会对石墨管损耗甚至将石墨管压碎；D:确保排风装置正常，使用过程中气液分离不当对石墨管的寿命有较大的影响。空白信号高，首先可对石墨管进行空烧，如果仍然高，则可能来自石墨管和石墨炉体，对石墨炉体要经常清洗，保持清洁，进样针也是一样需要经常清洗。第36页,共46页，2024年2月25日，星期天3.3分光系统

注意石墨炉体两侧的石英窗。避免使用棉签清洗，可以使用擦镜纸擦拭，或使用洁净的洗耳球吹去表明的灰尘。

保持分光系统中的各个镜子的清洁。第37页,共46页，2024年2月25日，星期天3.4循环水系统

循环水的温度的设置不应过低，防止空气中的水在仪器中凝结。循环水系统中应加入干净的去离子水，避免加入强酸和强缄或其他有机试剂。定期更换循环水，以防阻塞管道。第38页,共46页，2024年2月25日，星期天四、质量控制

第39页,共46页，2024年2月25日，星期天4.1化学试剂和实验用水的选择

选择化学试剂和实验用水是做好原子吸收光谱法的良好开端。分析测定时，试剂空白的大小直接影响测定结果的准确性和复现性。因此，实验时应该把试剂空白降到可以忽略。所以在原子吸收实验中，实验室用水一般分为：重蒸馏水、去离子水、超纯水等，其次无机酸的纯度也是试剂空白的一个重要因素，尽量使用优质酸或纯酸。以确保检测质量。

第40页,共46页，2024年2月25日，星期天4.2容器的选择

洁净的容器是做好原子吸收光谱法的重要条件。对于μg/L级或其以下级的无机物分析应避免使用玻璃器皿，塑料器皿像由PP(聚丙烯)，PE(聚乙烯)等构成的是合适的，但是在使用之前应检测空白的水平，因为有些金属氧化物被作为塑料的增塑剂加入其中。所有器皿