电感耦合等离子体质谱应用

时间：2025-07-09

电感耦合等离子体质谱方法在生物样品分析中的应用

陈杭亭3　曹淑琴33　曾宪津

(中国科学院长春应用化学研究所,国家电化学和光谱研究分析中心,长春130022)

摘　要　介绍了电感耦合等离子体质谱方法在生物样品分析中应用研究的新进展。针对ICP-MS的特

点阐述了样品处理、进样方式、干扰校正的主要方法和应注意的问题。

关键词　电感耦合等离子体质谱,生物样品,评述

1　引　　言

自从1983年第一台电感耦合等离子体质谱仪问世以来,电感耦合等离子体质谱(ICP2MS)技术得到迅速地发展,并在地质、环境、生物、医学、冶金和化工等领域得到广泛的应用。已有许多文献对此作了

1～21〕9,10〕11〕综合性评述〔,其中包括ICP2MS进样和联用技术的进展〔、混合气等离子体〔、ICP2MS的干扰和

14,15〕14,15〕22〕校正〔,以及在各领域的应用〔。Jarvis等〔的专著对ICP2MS从原理到应用都作了详细的阐述,

23〕已有中译本出版〔。

近年来,环境科学和生命科学的迅速进步,极大地推动了ICP2MS法生物样品分析的研究深入开展。许多微量元素在生物体中的存量很低,却对生物代谢起极其重要作用。Zn、Cu、Fe、Mn、Mo、Si、V等是目前公认的人体必需的微量元素,它们主要通过形成结合蛋白、酶、激素和维生素起作用;As、Cd、Hg、Pb、Tl等则是公认的人体有害元素。此外,元素在生物体中的作用与它的形态也有密切关系,例如,CrΓ可引起皮炎、肺癌等疾病,而适量的Cr 则对人体的健康大有益处。因此,研究微量元素与人体健康关系,通过对环境和生物样品微量元素检测的方法监测和控制污染,预报和诊断某些疾病,补充某些微量元素以达到增强体质或治疗某些疾病的目的等,都已成为生命科学、医学和环境科学的重要研究领域。快速准确测定生物样品中的微量元素及其形态也成为分析化学研究的重点之一。此类样品元素含量低、样品量一般较少,需要高灵敏度的分析方法。ICP2MS与等离子体发射光谱法(ICP2AES)相比,检出限低约3个数量级,一般可低于10-12水平;由于全部元素同位素总和仅300余个,质谱比光谱简单得多,谱干扰明显减少;ICP2MS与石墨炉原子吸收法(GF2AAS)相比尽管某些元素的检出限相当,但对易生成难熔化合物的Al、W、Mo、Ti、稀土等元素优势则十分明显,ICP2MS多元素同时测定也远优于GF2AAS的单元素逐个测定,同位素比测定更是ICP2MS方法的特有功能。本文就ICP2MS在生物样品分析中的应用现状做一简单介绍。

2　样品制备

尽管出现许多样品引入技术,溶液气溶胶引入仍是ICP2MS最常用的方式。因此,样品制备成为ICP2MS分析的首要环节。生物样品制备主要有如下方法。

(1)直接稀释法　主要用于血液、尿等生物体液制备,优点是试剂空白低、方法简单,但稀释后某些元素的检出能力变差,样品与标准溶液的粘度差异可能成为影响方法准确度的因素。应该指出,由于血

3516351614035液和尿液中碳及NaCl浓度较高,由此产生40Ar12C、ClO、ClOH、ArCl等多原子离子干扰,直接稀释

法不宜测定V、Cr、As等元素。

(2)干灰化法　该方法消耗试剂少、空白值低、稀释倍数小,但可使Cd、Pb、Sn、Zn等元素部分损失,As、Hg、Se等全部损失。适量加入Mg、Ca、Al的硝酸盐作助灰化剂可减少易挥发组分损失。溶解残渣应优先选择硝酸,它与其他酸相比对后续测定一般不产生干扰,最终溶液的酸度应小于10%,浓度高的酸　　2000203224收稿;2000209218接受

本文系国家自然科学基金资助项目(No.20057029)

33核工业部北京化工冶金研究院

液对采样锥和截取锥的腐蚀作用不容忽视。

(3)湿法消解　浓硝酸的强氧化性可迅速破坏大部分有机物,有时将硝酸与硫酸或高氯酸混合使

24〕用。Tan等〔对硝酸、盐酸、硫酸的5%溶液在30～80的质谱峰作了扫描,并与去离子水作了详细比较。

4038401640140161硝酸溶液与去离子水相同,主要的多原子离子的背景峰有40Ar40Ar、ArAr、ArO、ArH、ArOH和12C16O

371640354037321632163233163416等,而盐酸和硫酸则增加了如35Cl16O、ClO、ArCl、ArCl、SO、SO2、S2、SO、SO等许多与Cl和S

相关的多原子离子背景峰。因此,含有高氯酸和硫酸溶液的质谱背景能够严重影响V、Cr、As、Se、Zn等元素的测定,硝酸或硝酸-过氧化氢体系是ICP2MS方法的最理想选择。微波炉密封消解技术近年来得

25、26〕到越来越广泛的应用〔,高温高压下可迅速消解样品,除了大大减少试剂消耗量以外,还可以使As、

B、Hg、Se等易气化元素较好地保留在溶液中。

3　进样方式

常规的气动雾化方式存在一些明显的缺点,如进样效率低(<3%),不适合小体积样品分析,对溶液中溶解固体总量的承受能力低等等。流动注射(FI)、超声雾化(USN)、电热蒸发(ETV)、悬浮雾化(SN)、氢化物发生(HG)、激光烧蚀(LA)和液相色谱(LC)等进样方式都是针对以上缺点的改进技术。