采用NexION 2000 ICP-MS分析尿液中的微量元素
很多原因给测定生物体液当中的微 量元素带来了挑战，例如：基体具 有复杂的性质，各种金属元素的浓 度相差甚远，等。在常见的待分析生物体液（尿液、血液和血清）中， 尿液尤为特别，它的功能是排出生物机体当中的废物。因此，尿液是一种 成分极为复杂的混合物，不同的尿液样品可能千差万别，并会受到食物、 环境和工业接触因素的影响。鉴于此，通常不同样品的尿液基体和待测元 素水平相去甚远，给分析造成了难度。
在检测尿液中的微量金属元素时主要需要攻克两大难关：基体产生的多原 子离子干扰的存在和用于评估污染物接触的某些元素的含量极低，包括砷 （as）、镉（cd）、汞（hg）等。perkinelmer nexion® 2000 icp 质谱仪 （icp-ms）的通用池系统具有标准（standard）、碰撞（ked）和反应（drc） 三种模式，并具有三个气路，可选择的碰撞 / 反应气体种类也很丰富，所以 nexion 2000 能够有效地排除干扰，准确地测定低的浓度水平。
考虑到尿液基体的复杂性，我们通常采用基体匹配法进 行校准。本文介绍了 nexion 2000 icp-ms 可以采用水溶 液，而非基体匹配校准溶液在正常和较高的浓度水平下 准确地测定常见的待测元素。这项功能主要基于一种全 新的固态射频发生器，它能带来更好的等离子体耦合效 率和优异的*稳定性。除了射频发生器以外，nexion 2000 的三路气体通道也具有较高的灵活性，可以有针对 性地处理各种干扰，从而获得优的方法检测限值（mdl）。
实验：样品和样品制备
为了确定该方法的准确性，采用了三种标准物质：尿 液 中 的 微 量 元 素（utak® laboratories inc., valencia, california, usa）、clinchek® 尿 液 质 控 样（recipe chemicals and instruments gmbh, munich,germany） 和冻干尿液中的 nist 2670a 有毒元素标样（national institute of standards and technology, rockville,maryland, usa）。我们分析了每一种标准物质的两种浓度水平（正 常浓度 / 水平 1，高浓度 / 水平 2）。 尿液样品用 0.5% hno3（veritas, double distilled, gfs chemicalsinc., powell, ohio）+0.05% triton-x（sigmaaldrich ™ , st. louis,missouri, usa）+2% 甲 醇（alfa aesar ™ , tewksbury,massachusetts, usa），（全部 v/v） + 0.25 mg/l 金（au）+ 内部标准溶液稀释 10 倍。硝酸 可使溶液中的元素保持稳定，但只能使用低浓度硝酸， 以防止蛋白质和细胞碎片沉淀 1。triton-x 可溶解可能进 入尿液样品的细胞。使用甲醇提高雾化效率和离子化， 同时金元素用来保持汞的稳定。后，由于所有的标样 和待测样品都稀释相同的倍数，所以直接将内标添加至 稀释液即可。
为了确定非基体匹配法的稳定性，用两种方法制备校准 溶液：（1）在冻干的尿溶液中和（2）在水溶液中，无 任何基体匹配。对照两条校准曲线进行分析，并比较结果
仪器条件：
所有的分析都是使用 smartintro ™高通量 / 高基体进样 系统，其他 nexion 2000 icp-ms 参数见表 1。为了提高 样品通量，流量控制模式为高通量阀和 1ml 定量环。载 体溶液和清洗溶液与样品稀释液一样，但没有添加内标。 为了获得检出限，检测方法中使用了三种模式。 表 2 为血液和血清分析中各元素的质量数和检测模式。 在同一个方法文件中可以同时采用 3 种碰撞 / 反应气是 nexion 2000 系统的*之处，全部待测元素的分析仅 需一次进样，无须将其分为单独的组合，也无需使用折 中的方法，这可有效提升仪器使用的便利性和性能。
结果和讨论：由于对尿液缺乏特定的要求和标准，所以各个实验室分 析的元素各不相同：有些分析特定的元素组合，有些则 分析单个元素。因此本文选定的元素是尿液分析中具有 代表性的元素。
如前文提到的，nexion 2000 icp-ms 可使用 drc、ked 或标准模式，三路碰撞 / 反应气灵活切换，以获得优化的分析条件。在 drc 模式下，氨气是消除铬和锰中碳 基和氯基干扰的有效反应气体，可帮助用户获得 ppt 级检出限。另一方面，氧气是消除镉（moo+ ）和汞（wo+ ） 中金属氧化物干扰的有效反应气体，还能为硒的分析 排除 m/z 78 的多种干扰。过渡金属所受质谱干扰种类比 较多，所以碰撞模式下的氦是排除干扰的选择。对 于没有多原子离子干扰的重金属元素，更适合采用标准 模式。
由于多种元素在非暴露样品、正常水平样品中的浓度 水平极低，所以步就是评估该方法的定量报告限 （rl），rl= 方法检测限值（mdl）×5（业界惯用的 倍数）。确定 mdl 的方法是：分析稀释液 7 次，用标 准偏差乘以 10（将稀释因子考虑在内），如果置信区 间为 99%1 则乘以 3.14。表 3 列出的是尿液中待测元 素的 mdl 和 rl。在此水平下，分析的大挑战是控 制污染 / 本底，造成污染的原因有很多，包括（但不限于） 试剂、实验室环境和样品制备。
为了论证分析的准确性，利用基体匹配法配制校准溶 液，对三种标样进行了测定。表 4 至表 6 的结果显 示了该方法的准确性，所有的回收率都在标准值的 ±20% 以内，绝大多数介于 ±10% 以内。
为了证明 nexion 2000 icp-ms 稳定的等离子体 可以有效消除尿液基体对各元素离子化的影响， 对照了 clinchek® 标准物质采用基体匹配法配 制校准溶液测得的结果和利用水溶液配制校准 溶液得到的结果，见图 1。结果说明，虽然基 体匹配校准回收率接近 100%，但两种校准方 法的回收率均介于标准值的 ±10% 以内，因此 说明 nexion 2000 系统可以在无需基体匹配标 准品的情况下分析尿液样品，大幅减少实验室 运行成本。
在确定了该方法的准确性以后，接下来在 10 小 时内分析了尿液样品，以验证仪器和方法的稳 定性。以每 10 个样品加一个质控样的方式，评 估信号值的漂移。图 2 显示的是在 10 小时内
质控样的所有元素的回收率，均在 ±5% 以内，说明此方法 具有较高的*稳定性，并有效克服了基体效应。
结论：本文证明 perkinelmer nexion 2000 icp-ms 可以 对尿液样品进行准确、稳定的分析。无论使用基 体匹配或者水溶液校准曲线，全新*的固态射 频发生器生成稳定的等离子体，都可以获得稳定 的结果。得益于通用池技术和在单个方法中使用 三种碰撞 / 反应气体技术，可以采用适合的干 扰消除方法消除干扰，确保实现优异的低浓度水 平分析功能，有效降低仪器因素对检测结果偏差 的影响。在单次分析过程中切换三种碰撞/反应气， 可以在不牺牲灵敏度的情况下获得干扰消除 效果，并由此得到更好的准确性和 mdl。
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在检测尿液中的微量金属元素时主要需要攻克两大难关：基体产生的多原 子离子干扰的存在和用于评估污染物接触的某些元素的含量极低，包括砷 （as）、镉（cd）、汞（hg）等。perkinelmer nexion® 2000 icp 质谱仪 （icp-ms）的通用池系统具有标准（standard）、碰撞（ked）和反应（drc） 三种模式，并具有三个气路，可选择的碰撞 / 反应气体种类也很丰富，所以 nexion 2000 能够有效地排除干扰，准确地测定低的浓度水平。
考虑到尿液基体的复杂性，我们通常采用基体匹配法进 行校准。本文介绍了 nexion 2000 icp-ms 可以采用水溶 液，而非基体匹配校准溶液在正常和较高的浓度水平下 准确地测定常见的待测元素。这项功能主要基于一种全 新的固态射频发生器，它能带来更好的等离子体耦合效 率和优异的*稳定性。除了射频发生器以外，nexion 2000 的三路气体通道也具有较高的灵活性，可以有针对 性地处理各种干扰，从而获得优的方法检测限值（mdl）。
实验：样品和样品制备
为了确定该方法的准确性，采用了三种标准物质：尿 液 中 的 微 量 元 素（utak® laboratories inc., valencia, california, usa）、clinchek® 尿 液 质 控 样（recipe chemicals and instruments gmbh, munich,germany） 和冻干尿液中的 nist 2670a 有毒元素标样（national institute of standards and technology, rockville,maryland, usa）。我们分析了每一种标准物质的两种浓度水平（正 常浓度 / 水平 1，高浓度 / 水平 2）。 尿液样品用 0.5% hno3（veritas, double distilled, gfs chemicalsinc., powell, ohio）+0.05% triton-x（sigmaaldrich ™ , st. louis,missouri, usa）+2% 甲 醇（alfa aesar ™ , tewksbury,massachusetts, usa），（全部 v/v） + 0.25 mg/l 金（au）+ 内部标准溶液稀释 10 倍。硝酸 可使溶液中的元素保持稳定，但只能使用低浓度硝酸， 以防止蛋白质和细胞碎片沉淀 1。triton-x 可溶解可能进 入尿液样品的细胞。使用甲醇提高雾化效率和离子化， 同时金元素用来保持汞的稳定。后，由于所有的标样 和待测样品都稀释相同的倍数，所以直接将内标添加至 稀释液即可。
为了确定非基体匹配法的稳定性，用两种方法制备校准 溶液：（1）在冻干的尿溶液中和（2）在水溶液中，无 任何基体匹配。对照两条校准曲线进行分析，并比较结果
仪器条件：
所有的分析都是使用 smartintro ™高通量 / 高基体进样 系统，其他 nexion 2000 icp-ms 参数见表 1。为了提高 样品通量，流量控制模式为高通量阀和 1ml 定量环。载 体溶液和清洗溶液与样品稀释液一样，但没有添加内标。 为了获得检出限，检测方法中使用了三种模式。 表 2 为血液和血清分析中各元素的质量数和检测模式。 在同一个方法文件中可以同时采用 3 种碰撞 / 反应气是 nexion 2000 系统的*之处，全部待测元素的分析仅 需一次进样，无须将其分为单独的组合，也无需使用折 中的方法，这可有效提升仪器使用的便利性和性能。
结果和讨论：由于对尿液缺乏特定的要求和标准，所以各个实验室分 析的元素各不相同：有些分析特定的元素组合，有些则 分析单个元素。因此本文选定的元素是尿液分析中具有 代表性的元素。
如前文提到的，nexion 2000 icp-ms 可使用 drc、ked 或标准模式，三路碰撞 / 反应气灵活切换，以获得优化的分析条件。在 drc 模式下，氨气是消除铬和锰中碳 基和氯基干扰的有效反应气体，可帮助用户获得 ppt 级检出限。另一方面，氧气是消除镉（moo+ ）和汞（wo+ ） 中金属氧化物干扰的有效反应气体，还能为硒的分析 排除 m/z 78 的多种干扰。过渡金属所受质谱干扰种类比 较多，所以碰撞模式下的氦是排除干扰的选择。对 于没有多原子离子干扰的重金属元素，更适合采用标准 模式。
由于多种元素在非暴露样品、正常水平样品中的浓度 水平极低，所以步就是评估该方法的定量报告限 （rl），rl= 方法检测限值（mdl）×5（业界惯用的 倍数）。确定 mdl 的方法是：分析稀释液 7 次，用标 准偏差乘以 10（将稀释因子考虑在内），如果置信区 间为 99%1 则乘以 3.14。表 3 列出的是尿液中待测元 素的 mdl 和 rl。在此水平下，分析的大挑战是控 制污染 / 本底，造成污染的原因有很多，包括（但不限于） 试剂、实验室环境和样品制备。
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为了证明 nexion 2000 icp-ms 稳定的等离子体 可以有效消除尿液基体对各元素离子化的影响， 对照了 clinchek® 标准物质采用基体匹配法配 制校准溶液测得的结果和利用水溶液配制校准 溶液得到的结果，见图 1。结果说明，虽然基 体匹配校准回收率接近 100%，但两种校准方 法的回收率均介于标准值的 ±10% 以内，因此 说明 nexion 2000 系统可以在无需基体匹配标 准品的情况下分析尿液样品，大幅减少实验室 运行成本。
在确定了该方法的准确性以后，接下来在 10 小 时内分析了尿液样品，以验证仪器和方法的稳 定性。以每 10 个样品加一个质控样的方式，评 估信号值的漂移。图 2 显示的是在 10 小时内
质控样的所有元素的回收率，均在 ±5% 以内，说明此方法 具有较高的*稳定性，并有效克服了基体效应。
结论：本文证明 perkinelmer nexion 2000 icp-ms 可以 对尿液样品进行准确、稳定的分析。无论使用基 体匹配或者水溶液校准曲线，全新*的固态射 频发生器生成稳定的等离子体，都可以获得稳定 的结果。得益于通用池技术和在单个方法中使用 三种碰撞 / 反应气体技术，可以采用适合的干 扰消除方法消除干扰，确保实现优异的低浓度水 平分析功能，有效降低仪器因素对检测结果偏差 的影响。在单次分析过程中切换三种碰撞/反应气， 可以在不牺牲灵敏度的情况下获得干扰消除 效果，并由此得到更好的准确性和 mdl。
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