王 君，鄭靜雨

(1.武漢科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北 武漢 430065;2.武漢能斯?jié)h儀器有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430070)

尿碘水平是反應(yīng)人群碘營養(yǎng)狀況的最佳指標(biāo)[1]。但尿液中成分復(fù)雜，碘含量低且個(gè)體差異很大，因此對(duì)檢測(cè)方法的敏感性、準(zhǔn)確度、抗干擾能力及穩(wěn)定性等方面的技術(shù)要求都較高。目前，國內(nèi)外公認(rèn)的準(zhǔn)確測(cè)定尿碘的方法是等離子色譜質(zhì)譜聯(lián)用法[2]和砷鈰催化分光光度法，前者因儀器設(shè)備昂貴，我國沒有采用。砷鈰催化分光光度法是我國普遍采用的尿碘測(cè)定方法，已制定為衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(WS/T 107-2006)，但該方法操作復(fù)雜、費(fèi)時(shí)、試劑有毒且干擾多，需要專門的設(shè)備及具有熟練操作能力的檢測(cè)人員，而且測(cè)定速度慢，不適于大量尿樣的現(xiàn)場檢測(cè)[3-4]。因此，尋找一種簡便、快速測(cè)定尿碘的方法非常必要且急迫。

離子選擇電極的測(cè)定方法由于設(shè)備簡單、價(jià)廉輕便，被測(cè)離子與干擾離子一般不需要進(jìn)行化學(xué)分離，具有敏感性高、特異性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于快速檢測(cè)[5-6]。人體尿中碘幾乎都是無機(jī)離子，用離子選擇電極的方法測(cè)定尿碘是最簡單快捷的方法。但是，用傳統(tǒng)工藝制作的碘離子選擇性電極測(cè)定尿碘時(shí)，碘離子對(duì)氯離子(Cl－)的選擇性系數(shù)只有10-3左右，而人體尿液共存Cl－含量通常比碘離子高103左右，存在嚴(yán)重干擾，應(yīng)用受到限制。楊景芝等[7]應(yīng)用碘離子選擇性電極測(cè)定尿碘，采用校正系數(shù)除去Cl－和尿肌酐的干擾，并調(diào)節(jié)pH值測(cè)定，雖取得了一定進(jìn)展，但人群因個(gè)體差異，尿液中Cl－和尿肌酐含量差別較大，校正系數(shù)不易簡單確定。

我們對(duì)新型碘離子選擇性電極尿碘檢測(cè)方法的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)，并與國家衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法《尿中碘的砷鈰催化分光光度測(cè)定方法》(WS/T 107-2006)進(jìn)行比對(duì)，以明確該方法的臨床應(yīng)用價(jià)值。

材料和方法

一、儀器和試劑

1.儀器 N-03型碘測(cè)試儀(微機(jī)離子計(jì)，分辨率 0.1 mV)

2.電極 新型碘離子選擇性電極、銀-氯化銀參比電極均由武漢能斯?jié)h儀器有限責(zé)任公司研制并提供。見圖1。

圖1 新型碘離子選擇性電極

3.試劑 試劑用水均用無碘水(2 L蒸餾水加 0.5 g K2CO3、0.2 g KMnO4重蒸餾)配制。試驗(yàn)用 KI、NaCl、KNO3、KCl試劑為優(yōu)級(jí)純。以下試驗(yàn)用試劑為分析純:Ca2+、Mg2+、F-、Fe2+、Mn2+、Cu2+、Cr6+、Co2+、Hg2+、HPO4-、NH4+、尿素、肌酐、甘氨酸。

4.碘標(biāo)準(zhǔn)溶液 碘溶液濃度為100 mg/L(0.1 mg/mL)。碘標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法:精密稱定0.1307 g KI，用水稀釋至 1 L，密封、遮光、4 ～6℃條件下保存。

二、新型碘離子選擇性電極法的性能參數(shù)

試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則參照中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 9362-1999《離子選擇電極技術(shù)條件》，工作條件包括溫度、相對(duì)濕度等，在規(guī)定的條件下使用應(yīng)能正常工作，性能指標(biāo)包括斜率、響應(yīng)時(shí)間、pH值范圍、內(nèi)阻、重復(fù)性、穩(wěn)定性、選擇系數(shù)等。

三、干擾試驗(yàn)

1.測(cè)定依據(jù) 離子選擇電極的“選擇性系數(shù)(Kpol)”。用Kij表示離子i對(duì)離子j的選擇性系數(shù)，或稱干擾離子j對(duì)被測(cè)離子i的干擾程度。用擴(kuò)展的能斯特公式描述[8]:E=E0±Slg(ai+)。式中ai:待測(cè)離子活度;aj:干擾離子活度;zi:被測(cè)離子的離子電荷數(shù);zj:干擾離子的離子電荷數(shù);Kij:離子i對(duì)離子j的選擇性系數(shù)。采用分別溶液法由下列公式計(jì)算選擇性系數(shù):

2.測(cè)定方法 設(shè)定電極斜率S不變，取5個(gè)碘標(biāo)準(zhǔn)溶液各5 mL上機(jī)測(cè)定繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，再配制 Cl-、HPO4-、NH4+、KNO3、Ca2+、Mg2+、F-干擾離子各濃度溶液逐級(jí)稀釋，上機(jī)測(cè)定直到取得數(shù)據(jù)穩(wěn)定后取值，計(jì)算結(jié)果。

四、檢測(cè)樣本與測(cè)定方法

取門診尿樣共126例，試驗(yàn)方法采用雙盲對(duì)比試驗(yàn)，將尿樣同時(shí)取2份，用N-03型碘測(cè)試儀安裝新型碘離子選擇性電極法測(cè)定，與砷鈰催化分光光度法相對(duì)照。

N-03型碘測(cè)試儀采用標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定計(jì)算，計(jì)算公式[9]為 cx=c△(10△E/S－ 1)－1。式中 c△:加入標(biāo)準(zhǔn)溶液后試液濃度的增量;△E:測(cè)量的電壓值。

測(cè)定樣本:用斜率液確定電極斜率S;把樣本等分2份，每份5 mL。一份直接測(cè)定，另一份中加入50 μL濃度為100 mg/L的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液搖勻測(cè)定，把測(cè)量的電壓值代入上式計(jì)算。

砷鈰催化分光光度法按中華人民共和國衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WS/T 107-2006測(cè)定。

五、使用新型碘離子選擇性電極測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(質(zhì)控物質(zhì))

取國家碘缺乏病參照實(shí)驗(yàn)室凍干人尿中碘成份分析物質(zhì)(GBW09108～GBW09110)。按說明書加入去離子水，測(cè)定方法與測(cè)定樣本相同，重復(fù)測(cè)定10次。

六、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)新型碘離子選擇性電極法與砷鈰催化分光光度法測(cè)定尿碘結(jié)果進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)及相關(guān)分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

一、新型碘離子選擇性電極法性能參數(shù)試驗(yàn)

離子選擇性電極的性能參數(shù)是表示離子選擇性電極性能的重要指標(biāo)。離子選擇性電極性能的好壞直接影響到離子選擇性電極的使用及測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。新型碘離子選擇性電極法的性能參數(shù)完全符合中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 9362-1999《離子選擇電極技術(shù)條件》要求，具體數(shù)據(jù)如下:斜率≥55 mV;響應(yīng)時(shí)間＜2 min;適用pH值范圍為2～10;內(nèi)阻 ＜500 kΩ;重復(fù)性誤差 ＜2 mV;穩(wěn)定性 ＜±8 mV/24 h;檢測(cè)范圍50～690 μg/L;適用溫度范圍5～60℃。

二、干擾試驗(yàn)

新型碘離子選擇性電極的碘離子對(duì)Cl-、S2-、HPO4-、NH4+、KNO3、Ca2+、Mg2+、F-、Fe2+、Mn2+和Cu2+的選擇性系數(shù)分別為 1.7 ×10-7、1.6 ×10-7、3.7 ×10-7、8.9 ×10-7、1.9 ×10-7、2.3 × 10-7、2.6 ×10-7、1.8 ×10-7、1.9 ×10-7、7.2 ×10-7和 6.3 ×10-7，均達(dá)到10-7數(shù)量級(jí);對(duì) Cr6+、Co2+和 Hg2+的選擇性系數(shù)分別為6.4 ×10-6、7.6 ×10-6和 7.9 ×10-6。有機(jī)物質(zhì)中，25 g/L 尿素、1.5 g/L 肌酐、5 g/L 甘氨酸均不干擾測(cè)定。

三、方法應(yīng)用

新型碘離子選擇性電極法和砷鈰催化分光光度法測(cè)定126份樣本尿碘的結(jié)果差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.527，P=0.604)，見表 1。相關(guān)分析顯示2種方法的相關(guān)性良好，回歸方程Y=0.9729X+4.4845，r=0.9787。見圖 2。

采用新型碘離子選擇性電極測(cè)定低、中、高3種濃度尿碘標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) GBW09108、GBW09109和GBW09110，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為4.66%、4.75%和2.47%，與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差分別為4.77%、2.51%和2.92%，精密度分別為 4.3、8.1 和5.4 μg/L，提示新型碘離子選擇性電極的測(cè)定準(zhǔn)確度符合要求。見表2?；厥章蕿?0.8% ～104.5%。

表1 2種方法測(cè)定尿碘結(jié)果比較 (μg/L)

圖2 新型碘離子選擇性電極與

表2 新型碘離子選擇性電極法測(cè)定凍干人尿中碘成分分析物質(zhì) (μg/L)

討 論

尿中碘含量較低，成分復(fù)雜，受飲食及排泄的影響明顯，個(gè)體差異也比較大。因此對(duì)測(cè)定方法在敏感性、準(zhǔn)確度、抗干擾能力、穩(wěn)定性等方面的技術(shù)要求都比較高。離子選擇電極方法優(yōu)點(diǎn)是靈敏、快速、成本低。

碘離子選擇性電極是屬于晶體膜類電極，傳統(tǒng)工藝制作方法是以硫化銀(Ag2S)為骨架材料，與碘化銀(AgI)按一定比例混合，研磨至極細(xì)粉末，在一定壓力條件下焙燒而成。碘離子選擇性電極的晶體感應(yīng)膜有2種晶體結(jié)構(gòu)變體[9]:“閃鋅礦型γ-立方型變體”(簡稱“γ型”)和“纖鋅礦型β-六方型變體”(簡稱“β型”)，“γ型”晶體結(jié)構(gòu)容易轉(zhuǎn)變成“β型”。二者的性能特別是抗干擾能力有較大區(qū)別，當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“γ型”時(shí)，晶面角守恒、均勻性、對(duì)稱性較好，表面研磨拋光后無缺陷。此時(shí)電極性能最好，特別是抗干擾能力最強(qiáng)，碘離子對(duì)Cl－選擇性系數(shù)接近理論值(1×10-7)。目前市面上使用的碘離子選擇性電極由于制作工藝方面的原因，晶體結(jié)構(gòu)多呈現(xiàn)“β型”，碘離子對(duì)Cl－的選擇性系數(shù)只有10-3，抗干擾能力較差。

要使感應(yīng)膜呈現(xiàn)“γ型”晶體結(jié)構(gòu)，制作時(shí)工作壓力要達(dá)到 2.5 ×109Pa[7]，同時(shí)還要解決晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變問題而且保持長期穩(wěn)定。為此，我們對(duì)含有AgI和Ag2S極細(xì)粉末混合物在壓力條件下焙燒制作晶體感應(yīng)膜的全過程作了深入分析研究，用掃描電鏡對(duì)電極感應(yīng)膜晶體表面進(jìn)行仔細(xì)地觀察分析、利用X射線衍射和電子衍射對(duì)電極感應(yīng)膜晶體結(jié)構(gòu)以及形成的過程進(jìn)行分析，記錄了在晶體膜形成“γ型”晶體結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)變成“β型”的溫度、壓力、環(huán)境、時(shí)間等條件。經(jīng)過多次試驗(yàn)，改進(jìn)了制作工藝，解決了成型溫度和晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變這2個(gè)影響碘電極性能問題。實(shí)際制作時(shí)，選擇適當(dāng)AgI和Ag2S比例配方，加入一定比例稀土元素使“γ型”晶體結(jié)構(gòu)成型時(shí)的內(nèi)能達(dá)到最小，降低制作時(shí)的工作壓力。稀土元素的另一個(gè)重要功能是能夠使晶體結(jié)構(gòu)始終存在向“γ型”轉(zhuǎn)變趨向，使晶體結(jié)構(gòu)保持“γ型”。

新型碘離子選擇性電極法由于采用了全新的制作工藝，簡化了工藝步驟，降低了工藝條件，提高了成品率，成批電極性能一致性能好。本研究數(shù)據(jù)表明，該方法在提高抗干擾能力方面有了突破，一直困擾離子選擇性電極測(cè)定碘離子的主要問題——干擾問題得到了很好的解決，干擾物質(zhì)如Cl－、S2－和有機(jī)物質(zhì)不再干擾測(cè)定;也解決了使用離子選擇性電極快速低成本測(cè)定尿碘所面臨的主要問題。通過對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的測(cè)定并應(yīng)用該方法快速檢測(cè)126例現(xiàn)場尿樣的尿碘含量，將結(jié)果與砷鈰催化分光光度法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示新型碘離子選擇性電極法的碘離子對(duì)Cl－選擇性系數(shù)達(dá)到10-7數(shù)量級(jí)，尿液中Cl－不再干擾測(cè)定。有機(jī)物如尿肌酐、尿素、甘氨酸等也不干擾測(cè)定，其準(zhǔn)確度與砷鈰催化分光光度法一致，準(zhǔn)確性能夠得到保障。此外，新型碘離子選擇性電極配置微機(jī)離子計(jì)，測(cè)定一份樣本只需1 min左右，且尿碘測(cè)定儀小型化、微型化、掌上操作，為基層檢查、篩查、預(yù)防保健和家庭個(gè)人使用提供了新的選擇。

[1]WHO，UNICEF，ICCIDD.Assessment of iodine deficiency disorders and monitoring their elimination.A guide for program managers[M].2nd edition.Geneva:World Health Organization，2001:31-37.

[2]Gélinas Y，Krushevska A，Barnes RM.Determination of total iodine in nutritional and biological samples by ICP-MS following their combustion within an oxygen stream[J].Anal Chem，1998，70(5):1021-1025.

[3]陳美蓮.尿碘測(cè)定實(shí)驗(yàn)條件的探討[J].中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2007，17(1):152-153.

[4]嚴(yán)繼東，曹麗軍.尿碘砷鈰催化分光光度測(cè)定法的注意事項(xiàng)[J].環(huán)境與健康雜志，2008，25(1):48.

[5]高 強(qiáng)，陳 立，趙 穎，等.化學(xué)法與電極法測(cè)定血清鈣的方法學(xué)對(duì)比與評(píng)估[J].檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)，2006，21(4):440-441.

[6]張春旭，王偉祥，高 鋒.酶法、化學(xué)法與電極法測(cè)定血清電解質(zhì)的方法學(xué)對(duì)比與評(píng)估[J].檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)，2004，19(3):256-257.

[7]楊景芝，楊世鉞，孫衍華，等.用離子選擇性電極快速測(cè)定尿碘[J].中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，1992，26(3):176-177.

[8]石 杰.儀器分析[M].第2版.鄭州:鄭州大學(xué)出版社，2003:230-231.

[9]Jiri Koryta Kapel Stulik.離子選擇電極[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1987:161-163.