高基質(zhì)進(jìn)樣-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定職業(yè)接觸人員血中鉈

張 飛， 華 夏， 袁家英， 游 釩， 葉仁才， 丁 麗, 趙建美

1. 四川省疾病預(yù)防控制中心， 四川 成都 610041 2. 四川省食品藥品審查評價(jià)及安全監(jiān)測中心， 四川 成都 610017 3. 成都中醫(yī)藥大學(xué)， 四川 成都 610032 4. 涼山州疾病預(yù)防控制中心， 四川 涼山 615000 5. 成都醫(yī)學(xué)院， 四川 成都 610500

引 言

鉈(Thallium， Tl)是一種銀白色的劇毒金屬， 其對人體的毒性強(qiáng)于汞、 鎘和鉛等金屬元素[1-2]。 鉈常見于輕工業(yè)和重工業(yè)的生產(chǎn)和作業(yè)過程中[3-4]。 短時(shí)間內(nèi)接觸大量鉈后可出現(xiàn)接觸反應(yīng)， 如頭暈、 頭痛、 乏力、 咽部燒灼感、 惡心、 嘔吐、 腹痛等一過性癥狀[5]。 長時(shí)間低劑量或者短時(shí)間高劑量暴露在鉈環(huán)境中， 也可引起慢性中毒或者急性中毒。 慢性鉈中毒起病隱襲， 可出現(xiàn)周圍神經(jīng)、 視神經(jīng)損害及脫發(fā)等癥狀； 急性鉈中毒可出現(xiàn)多水平的神經(jīng)系統(tǒng)損害， 其周圍神經(jīng)病變以下肢為主[5-6]。 據(jù)報(bào)道， 全血鉈濃度的平均背景為0.05～0.5 μg·L-1， 中毒水平為8～800 μg·L-1， 致死濃度為4 mg·L-1[7]。 對血液中鉈濃度進(jìn)行監(jiān)測， 可為評價(jià)其對人體的危害程度及健康影響提供依據(jù)。 因此， 全血中鉈濃度的檢測對于接觸鉈勞動(dòng)者的職業(yè)健康具有非常重要的意義[8]。

目前， 國內(nèi)血中鉈沒有國家標(biāo)準(zhǔn)檢測方法， 國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的方法有伏安法(voltammetry)、 中子活化分析(neutron activation analysis)和原子吸收光譜法(atomic absorption spectrometry， AAS)等[9-11]。 AAS是研究相對較多的方法， 但因血液的基體復(fù)雜及AAS方法背景吸收較強(qiáng)， AAS用于血中鉈檢測時(shí)， 需要對血液樣品進(jìn)行徹底消解破壞有機(jī)物或者需要對標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行基體匹配， 才可能避免因樣品與標(biāo)準(zhǔn)溶液的原子化溫度與原子化速率不一致而導(dǎo)致測定結(jié)果的偏差[12]。 樣品微波消解或者濕法消解酸用量大、 耗時(shí)長； 對標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行基體匹配操作繁瑣。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma mass spectrometry， ICP-MS)是一種無機(jī)元素和同位素分析測試技術(shù)， 具有檢出限低、 動(dòng)態(tài)線性范圍寬及分析速度快等優(yōu)點(diǎn)[13]， 已經(jīng)成功應(yīng)用于環(huán)境、 食品及醫(yī)藥等研究領(lǐng)域中元素的分析[14-16]， 但I(xiàn)CP-MS用于職業(yè)接觸人員全血中鉈的分析卻很少報(bào)道。 本研究利用高基質(zhì)進(jìn)樣(high matrix introduction， HMI)方法， 建立并優(yōu)化了全血中鉈的HMI-ICP-MS檢測方法， 具有較高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性， 可為制定國家標(biāo)準(zhǔn)方法提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent7700X電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國 Agilent 公司)； 肝素鈉采血管(江蘇康健醫(yī)療用品有限公司)； PL-J40D型恒溫水浴超聲儀(東莞康士潔超聲波科技有限公司)； Milli-Q?Reference純水機(jī)(美國Millipore公司)。

Tl單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg·mL-1， 國家有色金屬及電子材料分析測試中心)； AG-INTSTD-ASL-1內(nèi)標(biāo)溶液(美國AccuStandard公司)； Seronorm Trace Elements Whole Blood L-2凍干全血質(zhì)量控制樣品和Seronorm Trace Elements Whole Blood L-3凍干全血質(zhì)量控制樣品(挪威SERO AS公司)； BV-Ⅲ硝酸(北京化學(xué)試劑研究所)。 實(shí)驗(yàn)用水均為超純水(18.2 MΩ·cm-1)。

1.2 樣品采集與預(yù)處理

全血樣品采集與預(yù)處理： 用肝素鈉為抗凝劑的采血管采集職業(yè)健康檢查人群肘靜脈血3.00 mL。 全血樣品的采集與分析經(jīng)過倫理委員會(huì)批準(zhǔn)， 且被采集者知情同意。 采集的全血樣品置于-70 ℃條件下保存， 試驗(yàn)前一天取出4 ℃條件下解凍， 臨用時(shí)取出恢復(fù)至室溫。 同時(shí)在采樣現(xiàn)場， 用采血針抽取3.00 mL超純水到采血管， 其余步驟與樣品采集相同， 作為樣品空白。

恢復(fù)至室溫的樣品充分搖震混勻后， 準(zhǔn)確移取0.20 mL至15 mL離心管中， 加入4.8 mL 0.1% Triton X-100+0.5%硝酸混合溶液， 渦旋振蕩后， 8 000 r·min-1離心5 min后取上清液測定。 同時(shí)做全程序空白對照(用超純水代替樣品， 用與樣品前處理相同的試劑和步驟進(jìn)行操作)。

凍干全血質(zhì)量控制樣品的預(yù)處理： 向凍干全血中準(zhǔn)確加入3.00 mL純水， 輕輕震搖30 min后， 準(zhǔn)確移取0.20 mL至15 mL離心管中， 其余操作同全血樣品預(yù)處理。

1.3 方法

使用1 μg·L-1的Li， Y和Co等元素的混合液作為質(zhì)譜調(diào)諧液， 優(yōu)化各項(xiàng)儀器參數(shù)， 具體參數(shù)見表1。 在儀器最優(yōu)的工作條件下， 在線加入1 mg·L-1209Bi內(nèi)標(biāo)溶液， 分別測定標(biāo)準(zhǔn)溶液、 空白溶液和樣品溶液。 以205Tl濃度為橫坐標(biāo)， 以205Tl與209Bi的計(jì)數(shù)值(counts per second， CPS)比值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并計(jì)算溶液中鉈濃度。 若測定結(jié)果超過本法的測定范圍， 用0.1% Triton X-100+0.5%硝酸混合溶液加大稀釋倍數(shù)后再進(jìn)行測定。

表1 高基質(zhì)進(jìn)樣-電感耦合等離子體質(zhì)譜條件

2 結(jié)果與討論

2.1 等離子體模式選擇

生物樣品的基體成分比較復(fù)雜， 其中電解質(zhì)、 蛋白質(zhì)和有機(jī)化合物等含量一般較高[7, 17]， 痕量元素的ICP-MS分析易受到來自樣品基質(zhì)產(chǎn)生的干擾。 試驗(yàn)中， 要對樣品進(jìn)行前處理和大倍數(shù)稀釋后得到低濃度的總?cè)芙夤腆w(TDS)來減少干擾造成的分析結(jié)果誤差。 傳統(tǒng)消解技術(shù)對樣品進(jìn)行前處理雖可減少基質(zhì)效應(yīng)對分析過程產(chǎn)生的影響， 但是這樣增加了樣品的處理時(shí)間和成本， 同時(shí)也增加了污染的機(jī)率。 常規(guī)稀釋法易造成檢出限變差、 廢液體積增加及污染可能性增加的缺點(diǎn)。 HMI是采用由計(jì)算機(jī)控制且可重現(xiàn)的“氣溶膠稀釋”(采用潔凈、 干燥的氬氣稀釋樣品)來減少基體的抑制效應(yīng)。 HMI可以簡單的非基質(zhì)匹配校準(zhǔn)進(jìn)行樣品分析， 增加高基體樣品分析的準(zhǔn)確性和減少操作復(fù)雜性。 因此， 為獲得操作簡單、 分析速度快和準(zhǔn)確度高的分析方法， 選擇HMI等離子體模式進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.2 樣品前處理方法的選擇

進(jìn)一步考察HMI等離子體模式下， 凍干全血質(zhì)量控制樣品用不同條件處理對鉈ICP-MS測定結(jié)果的影響。 分別準(zhǔn)確移取0.20 mL溶解好的凍干全血質(zhì)量控制樣品溶液至15 mL離心管中， 分別按照以下方法進(jìn)行處理： 方法1， 加入濃硝酸500 μL和過氧化氫200 μL， 靜置10 min后， 將離心管放置于90 ℃水浴消解1 h(消解過程中蓋子稍微擰松)。 待消解完成后， 使消解溶液降至室溫(可采用冰水浴迅速降溫)， 旋開離心管蓋， 加水定容至5.00 mL待測； 方法2， 加入濃硝酸500 μL， 其余步驟同方法1； 方法3， 加入4.8 mL 0.1% Triton X-100+0.5%硝酸混合溶液， 渦旋振蕩后， 8 000 r·min-1離心5 min后取上清液測定； 方法4， 加入4.8 mL 1% Triton X-100+0.5%硝酸混合溶液， 其余同方法3； 方法5， 加入4.8 mL 0.1% Triton X-100+0.1%硝酸混合溶液， 其余同方法3。 每種方法在半個(gè)月內(nèi)進(jìn)行6次平行預(yù)處理和測定， 結(jié)果見表2。 方法1和方法2測定結(jié)果除個(gè)別值超過質(zhì)控值參考范圍外， 其余測定結(jié)果均在參考范圍內(nèi)， 偏離可能是樣品處理過程的污染造成的。 方法3、 方法4和方法5這3種曲拉通稀釋前處理方法測定結(jié)果均在質(zhì)量控制樣品參考值范圍內(nèi)， 表明3種稀釋液均能夠溶解細(xì)胞膜使全血中的鉈釋放到溶液中。 曲拉通稀釋前處理方法較酸消解方法簡單快速且污染機(jī)率較小， 為獲得分析結(jié)果更高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度， 本試驗(yàn)選用方法3進(jìn)行全血樣品分析。

表2 不同處理方法血中鉈的HMI-ICP-MS分析結(jié)果(n=6)

2.3 方法性能指標(biāo)

2.3.1 線性范圍與檢出限

用5% HNO3配制濃度為0.20 μg·L-1Tl標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用溶液， 臨用時(shí)， 用1% HNO3逐級稀釋， 配制成濃度為0.00， 0.08， 0.20， 0.40， 0.80， 2.00和4.00 μg·L-1Tl標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。 在優(yōu)化的工作條件下測定鉈標(biāo)準(zhǔn)系列溶液和內(nèi)標(biāo)的CPS強(qiáng)度[圖1(a)]， 并以二者CPS比值為縱坐標(biāo)， 以鉈濃度為橫坐標(biāo)， 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[圖1(b)]， 回歸方程為Y=0.010 33X+0.000 12，R=0.999 9， 具有良好的線性關(guān)系。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)系列和內(nèi)標(biāo)質(zhì)譜圖(a)； 鉈的標(biāo)準(zhǔn)曲線(b)

在最優(yōu)的儀器條件下連續(xù)測定10次空白溶液， 以空白溶液響應(yīng)值3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對應(yīng)的濃度作為檢出限， 以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對應(yīng)的濃度為定量限[18]。 空白溶液測得的檢出限為0.005 μg·L-1， 定量限為0.02 μg·L-1； 本方法取樣量為0.20 mL， 定容體積為5.00 mL， 方法檢出限為0.12 μg·L-1， 方法定量下限為0.42 μg·L-1； 測定范圍為0.42～100 μg·L-1(以血樣25倍稀釋計(jì))。

2.3.2 精密度和準(zhǔn)確度

采用在采集的職業(yè)接觸人員全血樣品中加標(biāo)回收的方式評估方法的準(zhǔn)確度和精密度。 分別制備高、 中、 低三個(gè)水平的加標(biāo)樣品， 按照建立的方法進(jìn)行7次平行預(yù)處理和測定進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)和批內(nèi)精密度； 在實(shí)驗(yàn)室重復(fù)7次預(yù)處理和測定進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)和批間精密度[19]。 由檢測結(jié)果(表3)可知， 血中鉈的平均回收率在92.7%～103.8%， RSD為1.71%～4.77%， 表明， 本方法的準(zhǔn)確度及精密度良好。

表3 方法回收率與精密度(n=7)

2.3.3 方法穩(wěn)定性

在HMI-ICP-MS條件下， 通過連續(xù)監(jiān)測50個(gè)樣品(包括標(biāo)準(zhǔn)溶液、 質(zhì)量控制樣品和采集的全血樣品)內(nèi)標(biāo)元素209Bi的CPS信號變化評估該方法的穩(wěn)定性。 CPS信號的變化(圖2)為+7.7%， 表明方法穩(wěn)定性較好。

圖2 內(nèi)標(biāo)元素信號的變化

2.3.4 實(shí)際樣品檢測

為了驗(yàn)證建立的新方法在實(shí)際樣品檢測中的實(shí)用性， 對采集的30份職業(yè)接觸人員全血進(jìn)行鉈濃度測定， 每個(gè)樣品重復(fù)測定3次。 測定時(shí)按照10%的比例進(jìn)行平行測定， 并且每進(jìn)行10個(gè)樣品測定后進(jìn)行質(zhì)量控制樣品測定， 作為檢測過程中的質(zhì)量控制手段。 樣品空白與試劑空白均為未檢出。 30份樣品中有4份鉈含量(分別為0.198， 0.234， 0.212和0.292 μg·L-1)大于方法檢出限， 但低于方法定量限， 其余26份血樣均低于方法檢出限， 且30份血樣鉈含量均在平均背景范圍內(nèi)， 表明30位職業(yè)接觸人員鉈內(nèi)暴露水平很低， 其工作場所鉈對人體基本無潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié) 論

建立了HMI-ICP-MS法測定職業(yè)接觸人員血中有毒物質(zhì)鉈的檢測方法， 通過對等離子體模式和樣品前處理的選擇， 提高了方法的準(zhǔn)確度、 精密度和穩(wěn)定性。 本方法操作簡單、 快速， 實(shí)用性強(qiáng)， 對職業(yè)接觸人員全血中鉈含量的測定實(shí)用性很強(qiáng)。