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摘要: ICP-MS 即电感耦合等离子体质谱,该技术是 20 世纪 80 年代初发展起来的一种无机元素分析测试技术。它以独特的接口技术将 ICP 离子源与具有灵敏、快速扫描以及干扰较少等优点的质谱仪相结合,形成一种多元素和同位素分析技术。该技术灵敏度高、检测限低、线性范围宽,可同时测定多种元素,可进行同位素分析,应用范围广范,被公认为最强有力的痕量超痕量无机元素分析技术。目前,该技术广泛地应用于生物医学、药学、食品安全等领域。
关键词: 电感耦合等离子体质谱;食品、药品;痕量分析
1.药学领域
郭红丽等学者筛选出临床使用频率较高的十种中药注射剂,应用 ICP-MS 法测定了 13 种金属元素,包括铅、镉、汞、砷、铜等 2015 年版《中国药典》中明确规定的限量元素。13 种元素线性范围良好,重复性 RSD 小于 5%,平均回收率范围 93.6%~100.8%,可用于中药注射剂中金属定量测定。陈凤琴等也采用此方法测定了替加环素中的 Pd 残留,钯质量浓度在 10~250 μg/L 范围内,线性关系良好,检测限为 3.07 ng/g,精密度、重复性相对标准偏差分别为 0.78%、6.85%,回收率范围为 88.8%~99.2%。张亚红等采用 ICP-MS 法,以 In 为内标,测定阿加曲班原料药中钯的残留量,此方法的建立能满足EMEA关于Pd的残留限度不超过1 μg/g的要求。曾栋等对产地为河南嵩县、山西绛县的栽培药用品种丹参全株及根、茎、叶三个不同部位 52 种无机元素分布情况进行探讨,两地丹参全株中常规元素钾、钙、钠、镁等含量丰富,部分稀土元素含量较高,可用于植物中促进其生长,同地中的三个部位也存在差异。刘威等采用ICP-MS 对牡丹皮煎煮法提取液中 24 种微量元素进行分析,通过煎煮法得到总提取液,经过 0.45 μm 微孔滤膜抽滤,滤液中的元素为可溶态,滤膜上残渣中的为悬浮态。取可溶态溶液通过 LSA-10 树脂柱,用蒸馏水淋洗,收集淋洗液得到无机态的各种元素。再用甲醇淋洗,得到各元素的有机态。可溶态溶液经过人工胃肠模拟试验得到水溶态的各元素。微量元素各种形态之间存在一定相互关系,对中药质量控制和评价时可以作为参考。此方法所需试剂少,减少污染,所需样品量少,节约样品,简便快速,灵敏度高。
2.生物医学
金永久等应用 ICP-MS 技术测定透析前后血液中元素含量,根据透析后结果初步推断,透析液中 Ca、Mn、Fe、Cu、Zn、Se 等含量有所增加,透析过程可能会导致这些元素不同程度的流失,Pb、As 含量过高,需防止急性中毒。张素静等在检测血液中 33 种元素时,比较了加热板加热消解和微波消解,对检测结果进行 t 检验,结果表明无显著性差异,选用了操作简便的加热板消解方法。裴凌鹏等通过测定骨质疏松大鼠股骨中钙、镁、铜等 7 种金属元素的含量研究土家族药刺老苞根皮对此病的治疗作用。将 50 只 SD 大鼠随机分为五组,空白组,泼尼松模型组,刺老苞根皮水提物低、中、高剂量组。实验结果表明,与空白组比较,7 种元素在泼尼松模型组种均降低,p<0.01,而给予中药提取物后,与泼尼松模型组比较,p<0.01,且不同给药剂量之间存在一定的量效关系。贾志立等建立了 ICP-MS法测定大鼠全血中纳米银,以 In 为内标,血样进行微波消解处理后进样测定,方法学结果良好。
3.食品安全
张榕杰等测定了婴幼儿食品中 Al 含量,采用 Sc 做内标元素,可消除进样引起的误差,降低基体效应,奶粉中 Al 残留较少,其他食品中 Al 含量较高。姚春毅等应用 ICP-MS 法研究食品包装材料聚酯类(PET)中锑向四种食品模拟物(水、10%乙醇、3%乙酸水溶液、精炼橄榄油)的迁移规律,在不同温度下,将不同的聚酯材料浸泡在 4 种溶液中,在固定时间吸取浸泡液进行测定,方法学良好,锑的迁出量随着温度增高时间延长而增多,直到达到迁移平衡,尤其应注意用此材料包装的酸性食品,锑迁移量较高,避免食用。张江义等将食品样品微波消解后直接进样,应用动态反应池技术,选择性抑制钾、钠、钙、镁、铝等浓度较高元素的信号强度,同时消除双电荷对砷元素的测定干扰,建立了同时测定食品中共计 10 种主、微量元素的方法,采用国家标准物质 GBW10015(菠菜),GBW10017(奶粉)等进行方法学验证,结果准确可信。孙宁分别采用 ICP-MS 法与国标风光光度法测定面食品中 Al 含量,两种方法的检测限为 0.033mg/kg、0.374 mg/kg,精密度RSD 分别为 1.75%、3.80%,回收率两种方法都较高。通过 t 检验,p>0.05,表明两种方法在统计学上无显著差异。鉴于相关参数的比较及分光光度法操作繁琐,研究者认为 ICP-MS 法更简便快捷。
4.其他领域
除了以上领域外,ICP-MS 还广泛应用于地质科学、环境监测、工业检测、法医检测、毒品检测、新能源检测等其他检测领域。
5.展望
近年来,随着元素形态分析、复杂基体同位素分析、超痕量分析等研究的深入,简单的 ICP-MS 已不能满足分析要求,与其他仪器联用是未来的发展趋势。分离器与 ICP-MS 联用,HPLC-ICP-MS,可用于元素形态分析。GC-ICP-MS,灵敏度极高,对有机金属化合物有显著的优势。IC-ICP-MS,与离子色谱结合,可解决复杂基体中超痕量离子形态的分析。进样系统与 ICP-MS 联用,有 LA(激光剥蚀技术)-ICP-MS,CE(毛细管电泳)-ICP-MS,HG(氢化物发生技术)-ICP-MS,FI(流动注射技术)ICP-MS,ETV(电热蒸发)-ICP-MS,SFC(超临界流体)-ICP-MS等。随着研究的深入,各种联用技术必将在未来的分析领域发挥重大作用。
参考文献
[1]曾栋, 文瑞芝, 潘振球, 等. 电感耦合等离子体质谱法分析异地丹参中52 种无机元素[J]. 药物分析杂志,2010,30(11)2096-2100.
[2]陈凤琴, 宋雪洁, 石莹. 替加环素中钯残留的微波消解-ICP-MS法测定[J]. 中国医药工业,2016,47(2)215-216.
[3]张江义, 王小, 李国敏. 微波消解鄄电感耦合等离子体质谱法同时测定食品中的主、微量元素[J].分析化学研究简报,2014,42(11)1706-1709.
[4]孙宁. 分光光度法与 ICP-MS 法测定面制品中铝含量[J]. 粮油食品科技,2017,25(1)51-53.
[5]張榕杰, 王谢, 刘红丽, 等. 婴幼儿食品中铝含量的 ICP-MS 法测定[J].中国卫生检验,2014,24(24)3525-3526
作者简介: 安莹(1981.03-)女,满族,黑龙江齐齐哈尔人,副教授,硕士主要从事食品安全及高职教育教学等方面的研究。
关键词: 电感耦合等离子体质谱;食品、药品;痕量分析
1.药学领域
郭红丽等学者筛选出临床使用频率较高的十种中药注射剂,应用 ICP-MS 法测定了 13 种金属元素,包括铅、镉、汞、砷、铜等 2015 年版《中国药典》中明确规定的限量元素。13 种元素线性范围良好,重复性 RSD 小于 5%,平均回收率范围 93.6%~100.8%,可用于中药注射剂中金属定量测定。陈凤琴等也采用此方法测定了替加环素中的 Pd 残留,钯质量浓度在 10~250 μg/L 范围内,线性关系良好,检测限为 3.07 ng/g,精密度、重复性相对标准偏差分别为 0.78%、6.85%,回收率范围为 88.8%~99.2%。张亚红等采用 ICP-MS 法,以 In 为内标,测定阿加曲班原料药中钯的残留量,此方法的建立能满足EMEA关于Pd的残留限度不超过1 μg/g的要求。曾栋等对产地为河南嵩县、山西绛县的栽培药用品种丹参全株及根、茎、叶三个不同部位 52 种无机元素分布情况进行探讨,两地丹参全株中常规元素钾、钙、钠、镁等含量丰富,部分稀土元素含量较高,可用于植物中促进其生长,同地中的三个部位也存在差异。刘威等采用ICP-MS 对牡丹皮煎煮法提取液中 24 种微量元素进行分析,通过煎煮法得到总提取液,经过 0.45 μm 微孔滤膜抽滤,滤液中的元素为可溶态,滤膜上残渣中的为悬浮态。取可溶态溶液通过 LSA-10 树脂柱,用蒸馏水淋洗,收集淋洗液得到无机态的各种元素。再用甲醇淋洗,得到各元素的有机态。可溶态溶液经过人工胃肠模拟试验得到水溶态的各元素。微量元素各种形态之间存在一定相互关系,对中药质量控制和评价时可以作为参考。此方法所需试剂少,减少污染,所需样品量少,节约样品,简便快速,灵敏度高。
2.生物医学
金永久等应用 ICP-MS 技术测定透析前后血液中元素含量,根据透析后结果初步推断,透析液中 Ca、Mn、Fe、Cu、Zn、Se 等含量有所增加,透析过程可能会导致这些元素不同程度的流失,Pb、As 含量过高,需防止急性中毒。张素静等在检测血液中 33 种元素时,比较了加热板加热消解和微波消解,对检测结果进行 t 检验,结果表明无显著性差异,选用了操作简便的加热板消解方法。裴凌鹏等通过测定骨质疏松大鼠股骨中钙、镁、铜等 7 种金属元素的含量研究土家族药刺老苞根皮对此病的治疗作用。将 50 只 SD 大鼠随机分为五组,空白组,泼尼松模型组,刺老苞根皮水提物低、中、高剂量组。实验结果表明,与空白组比较,7 种元素在泼尼松模型组种均降低,p<0.01,而给予中药提取物后,与泼尼松模型组比较,p<0.01,且不同给药剂量之间存在一定的量效关系。贾志立等建立了 ICP-MS法测定大鼠全血中纳米银,以 In 为内标,血样进行微波消解处理后进样测定,方法学结果良好。
3.食品安全
张榕杰等测定了婴幼儿食品中 Al 含量,采用 Sc 做内标元素,可消除进样引起的误差,降低基体效应,奶粉中 Al 残留较少,其他食品中 Al 含量较高。姚春毅等应用 ICP-MS 法研究食品包装材料聚酯类(PET)中锑向四种食品模拟物(水、10%乙醇、3%乙酸水溶液、精炼橄榄油)的迁移规律,在不同温度下,将不同的聚酯材料浸泡在 4 种溶液中,在固定时间吸取浸泡液进行测定,方法学良好,锑的迁出量随着温度增高时间延长而增多,直到达到迁移平衡,尤其应注意用此材料包装的酸性食品,锑迁移量较高,避免食用。张江义等将食品样品微波消解后直接进样,应用动态反应池技术,选择性抑制钾、钠、钙、镁、铝等浓度较高元素的信号强度,同时消除双电荷对砷元素的测定干扰,建立了同时测定食品中共计 10 种主、微量元素的方法,采用国家标准物质 GBW10015(菠菜),GBW10017(奶粉)等进行方法学验证,结果准确可信。孙宁分别采用 ICP-MS 法与国标风光光度法测定面食品中 Al 含量,两种方法的检测限为 0.033mg/kg、0.374 mg/kg,精密度RSD 分别为 1.75%、3.80%,回收率两种方法都较高。通过 t 检验,p>0.05,表明两种方法在统计学上无显著差异。鉴于相关参数的比较及分光光度法操作繁琐,研究者认为 ICP-MS 法更简便快捷。
4.其他领域
除了以上领域外,ICP-MS 还广泛应用于地质科学、环境监测、工业检测、法医检测、毒品检测、新能源检测等其他检测领域。
5.展望
近年来,随着元素形态分析、复杂基体同位素分析、超痕量分析等研究的深入,简单的 ICP-MS 已不能满足分析要求,与其他仪器联用是未来的发展趋势。分离器与 ICP-MS 联用,HPLC-ICP-MS,可用于元素形态分析。GC-ICP-MS,灵敏度极高,对有机金属化合物有显著的优势。IC-ICP-MS,与离子色谱结合,可解决复杂基体中超痕量离子形态的分析。进样系统与 ICP-MS 联用,有 LA(激光剥蚀技术)-ICP-MS,CE(毛细管电泳)-ICP-MS,HG(氢化物发生技术)-ICP-MS,FI(流动注射技术)ICP-MS,ETV(电热蒸发)-ICP-MS,SFC(超临界流体)-ICP-MS等。随着研究的深入,各种联用技术必将在未来的分析领域发挥重大作用。
参考文献
[1]曾栋, 文瑞芝, 潘振球, 等. 电感耦合等离子体质谱法分析异地丹参中52 种无机元素[J]. 药物分析杂志,2010,30(11)2096-2100.
[2]陈凤琴, 宋雪洁, 石莹. 替加环素中钯残留的微波消解-ICP-MS法测定[J]. 中国医药工业,2016,47(2)215-216.
[3]张江义, 王小, 李国敏. 微波消解鄄电感耦合等离子体质谱法同时测定食品中的主、微量元素[J].分析化学研究简报,2014,42(11)1706-1709.
[4]孙宁. 分光光度法与 ICP-MS 法测定面制品中铝含量[J]. 粮油食品科技,2017,25(1)51-53.
[5]張榕杰, 王谢, 刘红丽, 等. 婴幼儿食品中铝含量的 ICP-MS 法测定[J].中国卫生检验,2014,24(24)3525-3526
作者简介: 安莹(1981.03-)女,满族,黑龙江齐齐哈尔人,副教授,硕士主要从事食品安全及高职教育教学等方面的研究。