金属元素在生命体系中起着重要的作用，然而，大部分重金属元素却对人体有伤害作用，甚至引起中毒或癌变。当前，重金属污染问题日益严重，它们进入环境后不会像某些小分子有机污染物那样易于分解，而是长期残留于环境中，产生蓄积性毒性和危害作用。重金属可经食物链中生物的积累和放大作用，在较高级生物体内成千万倍地富集，然后通过食物进入人体，在人体的某些器官中积蓄起来造成慢性中毒。例如铅是一种累积性的毒物，通过食物链进入人体经由血液循环形成铅毒，而使人体的神经系统和造血系统发生障碍；汞是毒性极强且易于蓄积的元素，进入生物体的无机汞离子会转变为有机汞(如甲基汞和乙基汞)，产生更大的毒性^[1]。重金属不仅对人的神经系统、造血系统、呼吸系统和肾脏等具有严重的破坏能力，一些重金属还具有致癌作用。因此，对环境介质、食品样品以及生物体系中的重金属进行定性分析和定量检测，对环境化学、食品安全、生命科学以及工农业生产等都具有重要意义^[2-4]。

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)是目前金属元素分析中较为先进的检测技术，具有检测限低、线性范围宽、抗干扰性强和多元素同时检测等优点，得到越来越广的应用^[5-7]。本研究采用水浴酸消化—ICP-MS技术，建立了在全血复杂基体中同时测定铅、镉、汞、砷、硒、锑、铬、铊、锰、钴、钼、铜、铋等13种重金属及钙、镁、铁、锌等4种营养元素的分析方法，为开展重金属污染对人体健康的影响研究提供了准确、快速、简便的检测手段。

1 材料与方法 1.1 仪器设备

电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS，Agilent 7700x型，美国)，包括八极杆碰撞反应池、屏蔽炬、电热板；Milli-Q超纯水系统(美国Millipore公司)；真空采血管及离心管(美国BD公司)。

1.2 试剂

硝酸(超高纯，日本多摩化学工业株式会社，体积浓度55%)；高纯液氩及高纯氦(纯度大于99.999%)；锰(Mn)、铜(Cu)、砷(As)、硒(Se)、镉(Cd)、铬(Cr)、铅(Pb)、锑(Sb)、钼(Mo)、汞(Hg)、钴(Co)、铊(Tl)、铋(Bi)、钙(Ca)、镁(Mg)、锌(Zn)和铁(Fe)等单元素标准溶液(中国计量科学研究院或国家有色金属及电子材料分析测试中心)；钴(Co)、镱(Yb)、铊(Tl)、锂(Li)和铈(Ce)质谱调谐液(混合溶液浓度为1.0 μg/L，美国Agilent公司)；钪(Sc)、锗(Ge)、铑(Rh)和铼(Re)内标溶液(国家有色金属及电子材料分析测试中心)；质控样品为全血标准物质-Seronormμ Trace Elements Whole Blood L-1(LOT 1003191，有效期至2015年6月)及Seronormμ Trace Elements Whole Blood L-2(LOT 1103129，有效期至2016年5月)，皆购自挪威Sero公司；实验过程所用的水为18.2 MΩ/cm的超纯水。

1.3 血样的前处理

准确量取200 μL全血样品于15 mL离心管中，加入250 μL硝酸，放置1~ 2 h，沸水浴消化3 h至溶液呈淡黄色，冷却，超纯水定容至5.0 g，上机测试，血样前处理过程中同时做样品空白。

1.4 样品分析

采用5%(体积浓度)硝酸配制标准系列溶液及内标溶液，分别引入空白样品、标准系列溶液、待测样品与内标溶液，进行ICP-MS分析，具体仪器参数如表 1所示。

1.5 质量控制

实际样品的测试过程中，需采用不同浓度水平的全血标准物质(1.2) 与样品同步处理分析，测定值应在标准值的范围之内，同时，间隔10~20份样品重复测定同一样品，观察仪器的稳定性。

2 结果与讨论 2.1 样品前处理方法的选择

血液中含有大量的有机物质，待测金属元素含量很低，基体复杂，采用微波消解技术分解样品是较好的选择。然而，在临床检验或流行病学研究中，样本数量大，微波消解每次最多只能处理12个样品，耗时长；为适应实际工作的需要，建立简便、快捷的前处理方法十分重要。从目前国内学者已报道的文献来看，全血样品的前处理方法常见的主要有：微波消解法(聚四氟乙烯消解罐)、微波消解法(石英消化管)和直接稀释法。每一种前处理方法都有其优缺点，微波消解法^[7-8]需要匹配相应的聚四氟乙烯消解罐或石英消化管，能够将血样消解，但耗材成本较高，操作步骤多且繁冗，清洗的过程直接影响到测定结果，存在较大的污染风险；直接稀释法^[9]会因为样品的差异降低测试液均匀性和稳定性，影响测定的稳定性，并可能损害仪器。与其他前处理方法相比，水浴酸消化方法简便、易操作，省去消化液转移步骤，避免消化罐等容器的洗涤，很大程度上减少了多个环节带来的污染，容易获得测定值极低的样品空白，从而提高了分析方法的灵敏度，保证数据的可靠性及稳定性。

2.2 仪器参数的优化

由于血液中许多待测金属元素含量甚微(低至ng/mL)，而血液中又含有较高浓度的有机化合物、蛋白质或电解质盐类等(mg/mL以上)，对痕量金属元素的准确测定会产生一定的干扰，因此必须优化仪器参数来降低多原子离子、氧化物及样品基体等因素的干扰。

采用八极杆反应系统(ORS)技术和屏蔽系统(Shield-Torch)可消除质谱型干扰。He气是惰性气体，不产生分子离子的干扰，经过碰撞多原子离子(特别是氩化物分子离子)会在池体内发生分离，即碰撞诱导解离(CID)，同时采用动能歧视(KED)技术消除分子离子的干扰，在设置八极杆和四级杆上的偏转电压时，八极杆电压必须要比四级杆电压高3~ 5 V。

另外，从整体的稳定性及基体的抑制效应综合考虑分析灵敏度，优化仪器调谐参数。

合理调整矩管位置及设置ICP功率，优化氧化物指标。低氧化性不仅可以确保样品基体很好的分离，减少样品锥上的堆积现象，还可以确保高电离能元素获得较好的灵敏度及耐用性，因此，仪器调谐参数优化的好坏，不仅直接影响分析的准确性，且影响着整个实验过程的长期稳定性。

2.3 定量方法的改进

内标校正根据质量数与待测元素接近、在溶液中化学性质与待测元素相似，且在样品溶液中不存在的内标元素选择原则，选择Sc、Ge、Re和Rh为内标，Agilent 7700x的ICP-MS具有双蠕动泵进样系统，可简化操作步骤，采用在线添加方式，于样品混合后的内标Sc、Ge浓度为200 μg/L，Re、Rh的浓度为50 μg/L，通过内标校正消除基体干扰和待测元素的信号漂移。

基体匹配由于制备后的样品与标准样品的基体存在一定的差异，本研究所使用的内标不仅用5%的硝酸溶液配制，且在内标溶液中需加入20%的异丙醇(在线混合后为1%)作为碳元素的来源进行基体匹配，从而改善和提高待测元素(特别是As、Se)的分析准确度。

2.4 方法的其他影响因素及应对措施

痕量元素的准确分析本身有一定的难度，在复杂基体中分析痕量元素，对分析者来说无疑又是一种挑战。随着ICP-MS技术不断进步，其抗干扰性不断增强，已成为痕量元素的重要分析手段，因此复杂基体样品中准确测定痕量元素，关键在于分析者在操作过程中如何降低背景、降低空白。

使用高纯度试剂及洁净的容器尽量采用超纯试剂或采用酸蒸馏器纯化硝酸；挑选抗凝剂杂质少的抗凝管采集样品；通过空白试验选择洁净的离心管；避免使用移液枪头直接移取浓硝酸，尽量采用耐酸(如聚全氟乙丙烯FEP)管移取浓硝酸等措施是保证样品空白值低的关键。

仪器进样系统的清洗每个样品测试完后，依次用0.2%(V/V)半胱氨酸—5%(V/V)的硝酸清洗液、5%(V/V)硝酸清洗液清洗进样系统，以减少记忆效应。

引进集成智能化样品引入系统(ISIS)本研究采用ISIS进样系统，最大限度地减少样品高盐基质成分对样品引入系统和等离子体的负载，即相同的采集时间该系统仅引入样品基底量是传统方法的10%~20%，减少了基体效应；同时ICP-MS蠕动泵以固定的转速0.1 rps传送溶液，提高在线内标的稳定性；由于测定分析和管路清洗是同时进行，很大程度上缩短了样品的分析时间(2.5 min/样品)，在20 h里可以检测近400份样品，适用于大批量样品的快速检测。

2.5 方法的评价与应用

线性关系ICP-MS有着很宽的线性范围，利用其特点，血液中不同水平的多种金属元素，即质量浓度水平从ng/L至mg/L的多种金属元素得以同时测定。各金属元素的线性关系及背景等量浓度值详见表 2。在本研究中，17种金属元素相关系数均大于0.9995。表 2中“背景等量浓度”是指测定纯水或样品时，与待测元素质量数处的背景绝对计数值相当的元素浓度值，它包含了方法的灵敏度、仪器的噪声信号背景、空白样品溶液的污染背景、仪器的记忆效应背景和分子离子干扰背景等影响分析方法准确度的多个重要因素，因而低浓度范围曲线想获得较好的线性关系，必须尽量降低背景等量浓度，比如使用高纯度的试剂、洁净的容器等。从表 2可以看出，17种金属元素的背景等量浓度远低于相应标准曲线下限浓度。

方法检出限在抗凝管中加入2.0 mL超纯水制成样品空白，取0.2 mL与样品同步处理，7个独立样品空白测定值的3倍标准偏差所对应的浓度为检出限，以取样量0.2 mL，定容至5.0 g来计算方法检出限，实验结果见表 3。

方法准确度与精密度采用2种不同浓度水平(Whole Blood L-1和L-2) 的全血标准物质Seronorm^TM Trace Elements Whole Blood L-1及L-2，与实际样品同步处理进行分析，以观察方法的准确性。实验表明：各元素实际测定结果均在标准值的不确定范围内，且独立7次测定的相对标准偏差(RSD)小于10%(个别元素测定值在检出限附近，RSD为15%)，部分测定结果的RSD在5%左右，表明所研究方法具有很好的准确性和精密度(表 3)。

方法的稳定性方法应用于3批共910份全血样品中重金属元素的检测。在实际样品的测试过程中，每测定40份样品间隔重复测定同1个标样，对整个实验过程进行质量控制，同时考察方法的长期稳定性。表 4给出了3批次实验中各金属元素重复测定的相对标准偏差。从表中可以看出，除了第1批样品中Bi元素相对标准偏差为13.2%以外，其他批次各元素相对标准偏差均小于10%，说明方法稳定性好。

3 结论

本文探索了建立水浴酸消化—电感耦合等离子体质谱同时测定全血样品中多种金属元素的分析方法。该方法操作简便、灵敏度高、抗干扰性强，ISIS系统的引用使每批实验可连续稳定分析样品大于12 h(大约可分析300~400份样品)，连续20 h分析期间，同一样品间隔重复测定的相对标准偏差在10%以内，方法稳定可靠，适用于大批量血样中多种重金属及营养元素的同时测定。