Determination of urinary beryllium with a new colloidal palladium matrix modifier
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摘要:目的 以胶体钯作为基体改进剂，建立尿铍的石墨炉原子吸收光谱测定方法。方法 尿样经体积分数0.2%硝酸+0.1% Triton X-100溶液稀释后，以胶体钯作为基体改进剂，采用石墨炉原子吸收光谱法测定其中铍的含量。结果 该方法测定尿铍的胶体钯用量为5 μL，最佳灰化和原子化温度分别为1 200℃和2 400℃，铍质量浓度在0.10~5.0 μg/L范围时线性关系良好，最低检出浓度为0.10 μg/L，相关系数r大于0.999 0，平均加标回收率在96.0%~106.7%之间，相对标准偏差为0.92%~1.23%。结论 以胶体钯作为基体改进剂测定尿铍时，检测方法的精密度、准确度和灵敏度均能满足检测要求，且基体改进剂用量少、操作简单，可应用于职业卫生日常生物样品监测和应急中毒检测中铍中毒的快速检测。
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铍是最轻的碱土金属元素，具有超强的X线透射能力，有“金属玻璃”之称，其合金是航空、航天、军工、电子、核能等领域不可替代的战略金属材料。铍及其化合物的广泛应用会引起人群铍暴露和铍中毒机会增加，其主要通过呼吸、食物和饮水等途径进入人体[1-2]，可沉积在肺脏、肝脏和骨骼等处。职业性接触铍及其化合物可导致以肺部损害为主的职业性铍病，在2017年世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中，铍及其化合物被归为Ⅰ类致癌物[3-4]。人体吸入或食入的铍主要通过肾脏排出，因此尿铍常作为一个铍暴露的监测指标[3]。目前尿铍的主要检测方法有电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法[5]和石墨炉原子吸收光谱法（GF-AAS）[6]。ICP-MS仪器昂贵，实验室配备率较低，方法较难推广；而石墨炉原子吸收光谱法中使用的基体改进剂较为复杂，配制不便。国内学者针对尿铍的检测方法开展了相关研究，如王立等[7]用体积分数0.2%的硝酸溶液稀释尿样，质量分数1%的硝酸镁溶液作为基体改进剂直接测定尿铍；王辉、周岩等[8-9]选择用体积分数1%的硝酸溶液稀释尿样，硝酸镧作为基体改进剂测定尿铍，但这些盐类基体改进剂消除基体干扰的效果受其自身纯度、稳定性或者溶解度的影响很大。
胶体钯是一种纳米级活性钯粒子，具有纯度高和性能优良等优点，近年来开始被用作基体改进剂进行各种金属元素的测定。有研究[10-13]以胶体钯作为基体改进剂，采用石墨炉原子吸收光谱法测定全血中铅、镉等金属元素，取得了很好的检测效果，但目前少有报道使用胶体钯作为基体改进剂测定尿中铍。本研究拟采用ColpdTM胶体钯作为基体改进剂，建立尿铍的石墨炉原子吸收光谱测定方法，现将结果报告如下。
1. 材料与方法
1.1 仪器与试剂
Agilent 240Z石墨炉原子吸收光谱仪（配自动进样器和塞曼扣背景装置）；铍空心阴极灯（美国Agilent公司）；Milli-Q Reference超纯水系统（美国Millipore公司）。
铍标准溶液（质量浓度100 μg/mL，国家钢铁研究院）；硝酸（HNO3，质量分数65%，优级纯，德国Merck公司）；氯化钯（PdCl2，分析纯，天津科密欧有限公司）；胶体钯（成都微检生物科技有限公司）；Triton X-100（美国Sigma公司）；去离子水（电阻率 > 18.2 MΩ·cm）；铍标准贮备液（质量浓度10.0 mg/L和1.0 mg/L）：临用前用体积分数5%硝酸溶液稀释配制；尿样稀释液：体积分数0.2%硝酸+ 0.1%Triton X-100溶液；氯化钯基体改进剂：体积分数0.02% PdCl2 + 1.0% HNO3 + 0.10% Triton X-100溶液。
1.2 标准曲线绘制和样品测定
1.2.1 仪器工作条件
仪器工作条件设定：波长为234.9 nm，灯电流为5 mA，狭缝宽度为1.0 nm，峰面积定量，塞曼扣背景方式，程序升温条件见表 1。
表 1 石墨炉程序升温条件步骤 温度/℃ 时间/s 流量/（L/min） 1 干燥1 85 5 0.3 2 干燥2 95 40 0.3 3 干燥3 120 10 0.3 4 灰化1 1 200 5 0.3 5 灰化2 1 200 5 0.3 6 灰化3 1 200 2 0.0 7 原子化1 2 400 0.8 0.0 8 原子化2 2 400 2.0 0.0 9 清除 2 600 2.0 0.3 1.2.2 工作曲线标准系列配制和测定
采用铍标准贮备液（质量浓度1.0 mg/L）和5% HNO3配制浓度依次为0、0.012 5、0.025 0、0.037 5、0.050 0、0.100 0、0.150 0、0.200 0、0.250 0 mg/L的铍标准系列。用移液枪移取0.2 mL尿样到事先加入0.78 mL稀释液和20 μL标准系列的进样杯中混匀，配制成浓度依次为0、0.25、0.50、0.75、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 μg/L的铍工作曲线。
1.2.3 样品前处理和测定
将尿样恢复至室温后混匀，用移液枪移取0.2 mL到预先加入0.8 mL稀释液的进样杯中，混匀后供测定。同时以水代替尿样配制试剂空白后混匀待测；尿铍质控样按照样品前处理方法处理。样品和胶体钯加入量分别为10 μL和5 μL。按照1.2.1中的仪器条件对加标尿样、试剂空白和尿质控样进行测定，测得样品吸光度值减去试剂空白吸光度值后，由标准曲线获得待测元素的质量浓度（μg/L）。
2. 结果与分析
2.1 尿样稀释液浓度的选择
因为尿样中所含有机物较多，本身具有较大的表面张力，因此在稀释液中加入一定浓度的表面活性剂Triton X-100保证进样体积的准确性和稳定性；同时分别加入体积分数0.2%、0.5%、1.0%的硝酸溶液以比较不同浓度的稀释液对检测灵敏度的影响。配制3份加标浓度为5.0 μg/L的尿样，分别用以上3种不同浓度稀释液处理后上机进行测定，每份尿样测定3次。结果显示3种稀释液下尿样吸光度的差异不大，均在0.21 ~ 0.22之间，相对标准偏差（RSD）均小于3%。由于酸度越大，对石墨管损耗就越大，为了延长石墨管的使用寿命，我们选择0.2% HNO3 + 0.1% Triton X-100溶液作为尿样稀释液。
2.2 胶体钯加入量的选择
采用空白尿样配制加标浓度为3.0 μg/L样品，在胶体钯用量分别为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、8.0 μL时测定吸光度值以考察其用量对灵敏度的影响。结果显示，随着胶体钯用量增加，吸光度先呈平稳升高趋势，在3.0 μL处出现平台期，但在4.0、5.0、6.0 μL时检测结果的相对标准偏差小，检测结果更稳定。见图 1。故本实验选择加入5.0 μL胶体钯。
2.3 胶体钯和氯化钯基体改进剂的性能效果比较
2.3.1 灰化和原子化温度的优化
为了选择最佳的灰化和原子化温度，用胶体钯作为基体改进剂对加标质量浓度为3.0 μg/L的尿样进行测定。从1 100 ℃开始以50 ℃递增至1 500 ℃进行灰化温度优化，从2 100 ℃开始以100 ℃递增至2 700 ℃进行原子化温度优化，以吸光度值为纵坐标，温度为横坐标，得到灰化温度和原子化温度-吸光度曲线，同时用氯化钯作为基体改进剂对同一尿样在相同条件下进行升温程序优化。结果显示，与氯化钯法相比，胶体钯法在1 100 ~ 1 300 ℃内的吸光度值均较氯化钯法高，1 200 ℃时吸光度值达到最高；同时发现原子化温度在2 100 ~ 2 700 ℃时，胶体钯法的吸光度值均较氯化钯法高，在2 200 ~ 2 400 ℃时保持相对平稳的趋势。见图 2。本实验分别选择1 200 ℃和2 400 ℃作为最佳灰化温度和原子化温度。
2.3.2 胶体钯法的线性范围、相关系数和方法检出限
尿铍在质量浓度为0.10 ~ 5.0 μg/L时呈良好线性关系，线性回归方程为Y = 0.044 10 X + 0.007 54，相关系数r为0.999 3，方法检出限为0.03 μg/L。
2.3.3 精密度实验
应用空白尿样配制低、中、高3种不同加标浓度的尿样，加标浓度分别为0.5、1.5、3.0 μg/L，每组稀释6个样品进行测定，计算同组别6个样品检测结果的RSD，通过不同组别加标样品检测结果的RSD值大小对胶体钯法的精密度进行评价。结果显示：3组加标尿样测定结果的RSD为0.92% ~ 1.23%，精密度良好。见表 2。
表 2 精密度实验和准确度实验结果组别 加标浓度/
（μg/L）本底值/
（μg/L）测定值/（μg/L） 均值/
（μg/L）RSD/% 回收率/% 质控结果/
（μg/L）参考值范围/（μg/L） 1 2 3 4 5 6 低 0.5 0 0.481 0.485 0.472 0.482 0.476 0.481 0.48 0.98 96.0 4.83 4.1 ~ 6.2 中 1.5 0 1.583 1.590 1.617 1.591 1.594 1.617 1.60 0.92 106.7 高 3.0 0 3.082 3.137 3.172 3.161 3.196 3.151 3.15 1.23 105.0 2.3.4 准确度实验
应用空白尿样配制低、中、高3种不同加标浓度的尿样（步骤同2.3.3），加标浓度分别为0.5、1.5、3.0 μg/L，每组稀释6个样品进行测定，计算同组别6个样品检测结果的均值，继而进行各个组别加标回收率计算（步骤同2.3.3）。选择挪威Sero公司的尿质控样L-2作为质控样品进行测定，通过加标样品和质控样品的测定结果对检测方法的准确度进行评价。结果显示：3组加标尿样的加标回收率为96.0% ~ 106.7%，质控样的测定结果为4.83 μg/L，结果在参考值范围4.1 ~ 6.2 μg/L内。见表 2。
2.3.5 方法的应用
采用本研究建立的方法对某次中毒竞赛尿样进行铍的定量检测，6次检测结果分别为42.12、42.28、41.76、42.72、41.80、41.52 μg/L，均值为42.03 μg/L，参考值范围为（36.0 ~ 44.0）μg/L，结果满意。
3. 讨论
本研究建立的方法使用的基体改进剂是一种成核粒径5 nm左右的纳米级活性胶体钯，它从干燥阶段开始就通过“嵌套效应”以及高比表面积所产生的捕集效应有效保护待测元素在升温过程中不逸失，显著提升待测元素的灰化温度，最大限度消除基质干扰。另外纳米级的超微粒径还可以增加钯在石墨管壁的涂镀效应，从而延长普通石墨管的寿命，降低分析成本，优势更为明显。
胶体钯加入量会影响检测方法的灵敏度和稳定性，加入量过少可能无法很好地消除基体的背景干扰。通过实验优化发现，胶体钯加入量达到3.0 μL后，检测结果的灵敏度基本保持稳定，但在4.0、5.0、6.0 μL时检测结果的稳定性更好，综合考虑灵敏度和稳定性的要求选择5.0 μL作为合适的加入量。灰化温度和原子化温度的选择需要考虑方法的精密度、准确度和灵敏度，同时兼顾对石墨管的影响，本实验优化后发现胶体钯可将灰化温度提高至1 500 ℃，在1 200 ℃时吸光度值达到最佳，吸光度值在原子化温度为2 200 ℃出现平台期，在2 200 ℃ ~ 2 400 ℃范围内保持相对平稳的趋势，之后吸光度值开始下降，本实验选择灰化温度1 200 ℃，原子化温度2 400 ℃进行检测，在此温度下进行检测能有效消除基体干扰，检测方法的精密度、准确度和灵敏度均能满足检测的要求。另外，本方法选择的胶体钯基体改进剂用量少，且无需配制，直接使用，免去了配制过程中可能带来的污染和危险。
综上所述，本研究建立的方法具有灵敏度高、检出限低、精密度高和步骤简单等优点，可应用于职业卫生日常生物监测和应急中毒检测中铍中毒的快速检测。
作者声明 本文无实际或潜在的利益冲突 -
表 1 石墨炉程序升温条件
步骤 温度/℃ 时间/s 流量/（L/min） 1 干燥1 85 5 0.3 2 干燥2 95 40 0.3 3 干燥3 120 10 0.3 4 灰化1 1 200 5 0.3 5 灰化2 1 200 5 0.3 6 灰化3 1 200 2 0.0 7 原子化1 2 400 0.8 0.0 8 原子化2 2 400 2.0 0.0 9 清除 2 600 2.0 0.3 
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表 2 精密度实验和准确度实验结果
组别 加标浓度/
（μg/L）本底值/
（μg/L）测定值/（μg/L） 均值/
（μg/L）RSD/% 回收率/% 质控结果/
（μg/L）参考值范围/（μg/L） 1 2 3 4 5 6 低 0.5 0 0.481 0.485 0.472 0.482 0.476 0.481 0.48 0.98 96.0 4.83 4.1 ~ 6.2 中 1.5 0 1.583 1.590 1.617 1.591 1.594 1.617 1.60 0.92 106.7 高 3.0 0 3.082 3.137 3.172 3.161 3.196 3.151 3.15 1.23 105.0
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期刊类型引用(1)
1. 黄旭良，陈榕，李永财，黄英河，胡培仪，李霞. 胶体钯在涂钼石墨管-原子吸收光谱法测定尿锰中的应用研究. 职业卫生与应急救援. 2022(04): 486-489 . 
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