Study on ICP-MS method for determination of arsenic in urine
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摘要:目的 通过比对和评估不同模式和内标条件下的尿砷测定结果,建立和优化电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定尿中砷含量的分析方法。方法 在标准模式、碰撞反应池模式和动态反应池模式条件下,应用6Li、45Sc、74Ge、89Y、103Rh、115In、159Tb和209Bi等8种内标元素建立标准曲线并测定加标样品和质控样品,比对其相关系数、检出限、准确性和精密度。结果 不同模式和内标条件下相关系数基本一致(0.998 5 ~ 0.999 9),应用45Sc、74Ge、89Y、115In等4种内标的尿砷检出限优于6Li、103Rh、159Tb、209Bi,与此同时45Sc、74Ge、89Y、115In等4种内标碰撞模式和反应模式的检出限(分别为0.003 9、0.003 3、0.004 8、0.003 3 μg/L和0.003 1、0.002 7、0.003 8、0.002 7 μg/L)低于标准模式(0.044 4、0.040 4、0.046 9、0.038 6 μg/L)。在3种模式下,使用74Ge和89Y作为内标,尿砷测定结果均符合《化学试剂电感耦合等离子体质谱分析方法通则》的推荐要求。结论 在碰撞或反应模式下,使用74Ge和89Y作为内标,可有效消除尿的基体效应,该方法的曲线相关系数、检出限、精密度和准确性均符合要求,可应用于ICP-MS法测定尿中砷。
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砷单质有灰砷、黑砷和黄砷三种同素异形体,但砷在地壳中极少以单质状态存在,而是主要以硫化物矿的形式存在,如雌黄(As2S3)、雄黄(As2S2)和砷黄铁矿(FeAsS)等。接触无机砷可引起各种健康危害,如刺激胃肠、减少红细胞和白细胞生成、皮肤改变和肺部刺激等[1]。摄入大量无机砷会增加癌症的发生概率,尤其是皮肤癌、肺癌、肝癌和淋巴癌的发生概率[2]。砷在工业领域被广泛应用,例如它可用于油漆、木材防腐剂、农用化学品和玻璃制造等。接触砷的常见人群主要有使用含砷农用化学品的农民或农场工人,从事玻璃制造的员工,接触含砷土壤的建筑和矿山工人,回收电子产品或电子废物的工人,从事有色金属冶炼的工人等。尿中砷的测定结果是评价体内砷负荷水平的主要指标,也是砷中毒和治疗的重要诊疗依据,因此尿中砷的准确测定在预防医学和临床医学中均具有重要意义[3]。由于尿中含有较高浓度的氯离子,且其本身基体较为复杂,尿砷在测定过程中会受到较多干扰。为解决这些干扰问题,本研究应用了8种内标元素并比对了标准模式、碰撞反应池模式(kinetic energy discrimination,KED)和动态反应池模式(dynamic reaction cell,DRC)在测定加标样品和质控样品中的相关系数、检出限、准确性和精密度,以期为尿中砷电感耦合等离子体质谱法(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)测定方法的建立提供实验基础。
1. 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 仪器设备
NEXION 350X电感耦合等离子体质谱仪(美国PerkinElmer公司);Milli-Q超纯水机(美国Millipore公司)。
1.1.2 主要试剂
硝酸,广州化学试剂厂,优级纯;砷标准溶液[GSBG62028-90(3302)],国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院,1 000 μg/mL;砷标准溶液(GSB 04-1714-2004),国家有色金属及电子材料分析测试中心,1 000 μg/mL;尿中砷元素质量控制样品[GDOHNYBZ025-1,(144.1 ± 14.0)μg/L],广东省职业病防治院,广东省职业卫生检测中心;内标溶液6Li、45Sc、74Ge、89Y、115In、159Tb和209Bi: 10 μg/mL,PERKIN ELMER;103Rh: 1 000 μg/mL,国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院。
1.2 方法
1.2.1 仪器主要参数
高频发射功率1 300 W,等离子气体流量(Ar)15 L/min,辅助气流量(Ar)1.2 L/min,雾化气流量0.90 L/min,真空度1.3 × 10-7 kPa,镍采样锥孔径1.1 mm,镍截取锥孔径0.9 mm,跳峰测量方式。
标准模式: RPq为0.45,测量点/峰为1,扫描40次,停留时间50 ms/次,重复3次。
碰撞模式: 碰撞气流量2.0 L/min,RPq为0.25,测量点/峰为1,扫描40次,停留时间50 ms/次,重复3次。
反应模式: 反应气(O2)流量0.6 L/min,RPq为0.45,测量点/峰为1,扫描40次,停留时间50 ms/次,重复3次。
1.2.2 内标元素的选择
为了考察内标对仪器信号漂移和基体效应的补偿效果,本研究试验了6Li、45Sc、74Ge、89Y、103Rh、115In、159Tb和209Bi等8种元素作为内标元素,分别采用不同内标来进行计算,统计对应的检出限、精密度和回收率。
1.2.3 前处理方法
移取1 mL样品至10 mL容量瓶中,以0.5%(体积分数,下同)硝酸溶液稀释定容至刻度,摇匀后对稀释样品进行检测分析。
1.2.4 标准工作溶液和内标溶液的制备
使用0.5%硝酸溶液将砷标准溶液[GSBG62028-90(3302)]逐级稀释,得到质量浓度分别为5.0、10.0、20.0、30.0、40.0 μg/L的As标准工作溶液。使用0.5%硝酸溶液将内标溶液(6Li、45Sc、74Ge、89Y、115In、159Tb和209Bi: 10 μg/mL,103Rh: 1 000 μg/mL)逐级稀释,配制成200 μg/L的内标工作溶液。
1.2.5 尿砷加标样品的制备
使用砷标准溶液(GSB 04-1714-2004)和正常人混合尿制备浓度为100 μg/L、200 μg/L和400 μg/L的低、中和高浓度的尿砷加标样品。
2. 结果
2.1 不同模式和内标条件下相关系数和检出限比较
从表 1可见,不同模式和内标条件下相关系数(x: 标准溶液质量浓度,y: 目标元素质荷比的内标校正响应值)基本一致。在不同模式下连续测定11次试剂空白,以3倍标准偏差计算方法检出限,结果显示碰撞模式和反应模式下使用45Sc、74Ge、89Y、115In4种内标时砷的检出限分别为0.003 9,0.003 3,0.004 8,0.003 3 μg/L和0.003 1,0.002 7,0.003 8,0.002 7 μg/L,各低于标准模式(0.044 4,0.040 4,0.046 9,0.038 6 μg/L)。在3种模式下,应用45Sc、74Ge、89Y、115In 4种内标的尿砷检出限均优于6Li、103Rh、159Tb、209Bi。
表 1 不同模式和内标条件下相关系数和检出限比较内标 指标 标准模式 碰撞模式 反应模式 6Li 相关系数 0.999 6 0.999 9 0.998 5 检出限/Ug/L) 0.001 9 0.046 2 0.035 5 45Sc 相关系数 0.999 9 0.999 7 0.998 9 检出限/(%/L) 0.044 4 0.003 9 0.003 1 74Ge 相关系数 0.999 9 0.999 9 0.999 7 检出限/(%/L) 0.040 4 0.003 3 0.002 7 89Y 相关系数 0.999 9 0.999 8 0.999 8 检出限/(%/L) 0.046 9 0.004 8 0.003 8 103Rh 相关系数 0.999 9 0.999 9 0.999 7 检出限/Ug/L) 0.0046 0.0029 0.002 5 115In 相关系数 0.999 9 0.999 9 0.999 9 检出限/(%/L) 0.038 6 0.003 3 0.002 7 159Tb 相关系数 0.999 9 0.999 9 0.999 8 检出限/ Ug/L) 0.006 3 0.037 0 0.028 8 209Bi 相关系数 0.999 7 0.999 9 0.999 6 检出限/Ug/L) 0.005 7 0.035 2 0.027 4 2.2 不同模式和内标条件下准确度和精密度指标比较
本研究参考GB/T 39486—2020《化学试剂电感耦合等离子体质谱分析方法通则》 [4]对各模式和内标条件的加标回收率和精密度进行评估。该标准规定精密度可接受范围为 < 10%,加标回收率的可接受范围为70% ~ 125%。选取广东省职业卫生检测中心的尿中砷元素质量控制样品(GDOHNYBZ025—1)对不同模式和内标条件尿砷测定的准确度进行评估。尿砷质控品的标准参考值为(144.1 ± 14.0) μg/L。
2.2.1 标准模式下不同内标条件准确度和精密度指标比较
从表 2可知,在标准模式下,应用45Sc、74Ge、89Y、103Rh、115In、159Tb和209Bi做内标的加标回收率(90.82% ~ 121.88%)符合GB/T 39486—2020的推荐要求。应用74Ge、89Y和115In做内标的尿砷测定值(137.64、130.87和140.79 μg/L)在质控样品的参考值范围[(144.1 ± 14.0)μg/L]内。
表 2 标准模式下尿砷测定结果比较内标 指标 低浓度组 中浓度组 高浓度组 质控样品 尿砷 质量浓度/(pg/L) 100 200 400 144.1 6Li 回收率/% 69.86 70.28 73.23 58.71 RSD/% 1.05 1.30 0.35 2.05 45Sc 回收率/% 100.81 101.27 104.11 88.63 RSD/% 1.56 1.71 0.39 1.08 74Ge 回收率/% 107.27 107.53 110.72 95.52 RSD/% 1.96 1.15 0.17 1.73 89Y 回收率/% 101.76 100.47 104.68 90.82 RSD/% 0.32 2.10 1.58 2.03 103Rh 回收率/% 111.47 110.86 115.31 110.37 RSD/% 1.37 2.00 0.85 1.56 115In 回收率/% 109.45 109.11 113.75 97.7 RSD/% 1.1.68 1.2.20 1.0.51 1.64 159Tb 回收率/% 100.78 100.36 104.56 92.93 RSD/% 1.59 1.34 0.08 1.59 209Bi 回收率/% 116.93 116.95 121.88 108.44 RSD/% 1.21 1.49 0.18 2.15 2.2.2 碰撞模式下不同内标条件准确度和精密度指标比较
从表 3可知,在碰撞模式下,应用45Sc、74Ge、89Y、103Rh、115In和159Tb做内标的加标回收率(91.78% ~ 116.52%)符合GB/T 39486—2020的推荐要求,而且尿砷测定值(132.25、144.56、135.51、146.61、144.17和145.41 μg/L)在质控样品的参考值范围[(144.1 ± 14.0)μg/L]内。
表 3 碰撞模式下尿砷测定结果比较内标 指标 低浓度组 中浓度组 高浓度组 质控样品 尿砷 质量浓度/(pg/L) 100 200 400 144.1 6Li 回收率/% 54.78 66.09 65.92 50.02 RSD/% 0.96 0.22 2.38 0.68 45Sc 回收率/% 104.32 103.03 103.40 91.78 RSD/% 0.77 0.81 1.11 2.42 74Ge 回收率/% 110.21 110.17 111.18 100.32 RSD/% 0.38 1.92 1.87 1.45 89Y 回收率/% 104.49 103.37 104.85 94.04 RSD/% 1.43 0.43 0.94 1.35 103Rh 回收率/% 116.52 111.62 112.1 101.74 RSD/% 1.03 0.36 1.50 1.80 115In 回收率/% 111.60 110.42 111.08 100.05 RSD/% 0.78 0.95 2.16 2.00 159Tb 回收率/% 106.44 106.02 108.80 100.91 RSD/% 1.03 0.28 1.29 1.12 209Bi 回收率/% 126.00 128.02 131.82 126.80 RSD/% 0.01 0.85 0.97 1.96 2.2.3 反应模式下不同内标条件准确度和精密度指标比较
从表 4可见,在反应模式下,应用45Sc、74Ge、89Y和159Tb做内标的加标回收率(83.71% ~ 113.99%)符合GB/T 39486—2020的推荐要求。只有74Ge和89Y做内标的尿砷测定值(148.21、131.55 μg/L)在质控样品的参考值范围[(144.1 ± 14.0)μg/L]内。
表 4 反应模式下尿砷测定结果比较内标 指标 低浓度组 中浓度组 高浓度组 质控样品 尿砷 质量浓度/(pg/L) 100 200 400 144.1 6Li 回收率/% 70.52 65.55 59.29 56.27 RSD/% 0.44 1.89 1.32 0.42 45Sc 回收率/% 85.59 83.71 91.58 197.82 RSD/% 0.72 0.66 3.03 1.16 74Ge 回收率/% 108.48 105.28 107.68 102.85 RSD/% 0.64 0.59 1.22 1.38 89Y 回收率/% 106.59 104.67 91.09 91.29 RSD/% 0.46 2.05 0.45 2.46 103Rh 回收率/% 120.74 125.29 122.42 125.91 RSD/% 1.24 0.67 0.85 1.69 115In 回收率/% 124.46 125.54 129.65 126.26 RSD/% 2.11 0.84 1.13 20.30 159Tb 回收率/% 113.99 111.45 91.30 89.35 RSD/% 1.20 0.93 0.51 2.99 209Bi 回收率/% 154.14 163.35 170.54 197.97 RSD/% 2.14 1.29 2.10 1.89 3. 讨论
目前,尿中砷的测定方法主要有砷斑法、银盐法、氢化物原子荧光光度法等[5-6],然而这些方法以测定无机砷为主,在测定有机砷时操作繁琐,重现性差,不利于对机体的总砷含量进行科学评估[7]。电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)由于具有灵敏度高、检出限低、准确性好、精密度高、线性范围宽、易于进行多元素同时分析等优点,十分适合应用于尿中砷的测定,然而现今我国尚未颁布尿中砷的ICP-MS测定方法。近年来,ICP-MS法测定砷含量主要应用于环境和食品领域,例如水[8]、土壤[9]和食品[10]等,但由于其基体与尿液相差巨大,因此该测定方法难以直接应用于尿砷的测定。应用ICP-MS法测定尿中砷时首先要解决同质异位素重叠和多原子离子的干扰问题,其中多原子离子的干扰对尿中砷测定结果有较大影响,主要是因为尿中氯离子浓度较高,其与氩气结合成的40Ar35Cl+可对75As+产生干扰[11]。对于砷等一些受基体干扰较严重的元素的测定,多原子离子的干扰往往造成检测限偏高,影响测定的准确性。本研究验证了在标准模式下,尿的基体效应对砷测定的检出限有影响,表现为尿砷测定的检出限比碰撞和反应模式高约10倍,但准确性与其他两种模式没有太大差异。本研究也研究了6Li、45Sc、74Ge、89Y、103Rh、115In、159Tb和209Bi等8种内标在尿砷测定中的表现,证明使用74Ge和89Y在标准、碰撞和反应模式下测定尿中砷时均有良好的检出限、精密度和准确性。
综上所述,在碰撞或反应模式下,使用74Ge和89Y作为内标,可有效消除尿的基体效应,该方法的曲线相关系数、检出限、精密度和准确性均符合要求,可应用于尿中砷ICP-MS法的测定。
作者声明 本文无实际或潜在的利益冲突 -
表 1 不同模式和内标条件下相关系数和检出限比较
内标 指标 标准模式 碰撞模式 反应模式 6Li 相关系数 0.999 6 0.999 9 0.998 5 检出限/Ug/L) 0.001 9 0.046 2 0.035 5 45Sc 相关系数 0.999 9 0.999 7 0.998 9 检出限/(%/L) 0.044 4 0.003 9 0.003 1 74Ge 相关系数 0.999 9 0.999 9 0.999 7 检出限/(%/L) 0.040 4 0.003 3 0.002 7 89Y 相关系数 0.999 9 0.999 8 0.999 8 检出限/(%/L) 0.046 9 0.004 8 0.003 8 103Rh 相关系数 0.999 9 0.999 9 0.999 7 检出限/Ug/L) 0.0046 0.0029 0.002 5 115In 相关系数 0.999 9 0.999 9 0.999 9 检出限/(%/L) 0.038 6 0.003 3 0.002 7 159Tb 相关系数 0.999 9 0.999 9 0.999 8 检出限/ Ug/L) 0.006 3 0.037 0 0.028 8 209Bi 相关系数 0.999 7 0.999 9 0.999 6 检出限/Ug/L) 0.005 7 0.035 2 0.027 4 表 2 标准模式下尿砷测定结果比较
内标 指标 低浓度组 中浓度组 高浓度组 质控样品 尿砷 质量浓度/(pg/L) 100 200 400 144.1 6Li 回收率/% 69.86 70.28 73.23 58.71 RSD/% 1.05 1.30 0.35 2.05 45Sc 回收率/% 100.81 101.27 104.11 88.63 RSD/% 1.56 1.71 0.39 1.08 74Ge 回收率/% 107.27 107.53 110.72 95.52 RSD/% 1.96 1.15 0.17 1.73 89Y 回收率/% 101.76 100.47 104.68 90.82 RSD/% 0.32 2.10 1.58 2.03 103Rh 回收率/% 111.47 110.86 115.31 110.37 RSD/% 1.37 2.00 0.85 1.56 115In 回收率/% 109.45 109.11 113.75 97.7 RSD/% 1.1.68 1.2.20 1.0.51 1.64 159Tb 回收率/% 100.78 100.36 104.56 92.93 RSD/% 1.59 1.34 0.08 1.59 209Bi 回收率/% 116.93 116.95 121.88 108.44 RSD/% 1.21 1.49 0.18 2.15 表 3 碰撞模式下尿砷测定结果比较
内标 指标 低浓度组 中浓度组 高浓度组 质控样品 尿砷 质量浓度/(pg/L) 100 200 400 144.1 6Li 回收率/% 54.78 66.09 65.92 50.02 RSD/% 0.96 0.22 2.38 0.68 45Sc 回收率/% 104.32 103.03 103.40 91.78 RSD/% 0.77 0.81 1.11 2.42 74Ge 回收率/% 110.21 110.17 111.18 100.32 RSD/% 0.38 1.92 1.87 1.45 89Y 回收率/% 104.49 103.37 104.85 94.04 RSD/% 1.43 0.43 0.94 1.35 103Rh 回收率/% 116.52 111.62 112.1 101.74 RSD/% 1.03 0.36 1.50 1.80 115In 回收率/% 111.60 110.42 111.08 100.05 RSD/% 0.78 0.95 2.16 2.00 159Tb 回收率/% 106.44 106.02 108.80 100.91 RSD/% 1.03 0.28 1.29 1.12 209Bi 回收率/% 126.00 128.02 131.82 126.80 RSD/% 0.01 0.85 0.97 1.96 表 4 反应模式下尿砷测定结果比较
内标 指标 低浓度组 中浓度组 高浓度组 质控样品 尿砷 质量浓度/(pg/L) 100 200 400 144.1 6Li 回收率/% 70.52 65.55 59.29 56.27 RSD/% 0.44 1.89 1.32 0.42 45Sc 回收率/% 85.59 83.71 91.58 197.82 RSD/% 0.72 0.66 3.03 1.16 74Ge 回收率/% 108.48 105.28 107.68 102.85 RSD/% 0.64 0.59 1.22 1.38 89Y 回收率/% 106.59 104.67 91.09 91.29 RSD/% 0.46 2.05 0.45 2.46 103Rh 回收率/% 120.74 125.29 122.42 125.91 RSD/% 1.24 0.67 0.85 1.69 115In 回收率/% 124.46 125.54 129.65 126.26 RSD/% 2.11 0.84 1.13 20.30 159Tb 回收率/% 113.99 111.45 91.30 89.35 RSD/% 1.20 0.93 0.51 2.99 209Bi 回收率/% 154.14 163.35 170.54 197.97 RSD/% 2.14 1.29 2.10 1.89 -
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