馬景晶,房怡君,杜永鋒,王璽凱

(西安市中心醫(yī)院,西安 710003)

鋁是地殼中含量最多的金屬元素,主要以生物不可利用的不溶形式(硅鋁酸鹽)存在于礦物、巖石、黏土和土壤中,為非機(jī)體必需微量元素。在20世紀(jì)中葉以前,鋁被認(rèn)為是不被人體腸胃吸收的無毒元素,屬于安全物質(zhì)。伴隨著時(shí)代進(jìn)步,鋁及鋁的化合物逐漸被應(yīng)用于各行各業(yè)及日常生活中,與人關(guān)系越發(fā)密切。而研究[1]發(fā)現(xiàn),鋁被人過量攝入后,會(huì)產(chǎn)生急性中毒癥狀,除約15%可能被排泄外,大部分會(huì)蓄積在機(jī)體內(nèi)并與其中多種重要蛋白質(zhì)、酶等結(jié)合,影響機(jī)體生化反應(yīng)。當(dāng)其蓄積到一定劑量時(shí),會(huì)引起器官或組織,如中樞神經(jīng)系統(tǒng)等的損傷。監(jiān)測(cè)生物鋁暴露量可通過測(cè)定尿液中鋁含量實(shí)現(xiàn),測(cè)定方法有原子吸收光譜法[2-3]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法[4-6]等。其中基于電感耦合等離子體技術(shù)的儀器價(jià)格昂貴、維修成本高,不適合推廣使用;原子吸收光譜法是主流方法,但存在準(zhǔn)確度和靈敏度略低等缺點(diǎn)。鑒于此,本工作通過優(yōu)化儀器工作條件,以氯化鈀溶液作為基體改進(jìn)劑,以石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定人尿中鋁的含量,方法準(zhǔn)確、快速,有一定應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

GF97-AA 型石墨爐原子吸收光譜儀,配鋁元素空心陰極燈和長壽命熱解涂層石墨管;UPL-Ⅱ-H型超純水機(jī)。試驗(yàn)所用器皿均用10%(體積分?jǐn)?shù))硝酸溶液浸泡過夜,并用水清洗后再使用。

鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液:100 mg·L－1,編號(hào)為GBW 080219。

鋁標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液:1 000μg·L－1,用1%(體積分?jǐn)?shù),下同)硝酸溶液稀釋鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液制得。

基體改進(jìn)劑:500 mg·L－1氯化鈀溶液,介質(zhì)為2%(體積分?jǐn)?shù),下同)硝酸溶液。

基體匹配鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:在5支10 mL 容量瓶中分別加入人空白尿液2.5 mL,再各加入適量鋁標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液,用基體改進(jìn)劑定容,配制成鋁質(zhì)量濃度分別為0,12.50,25.00,50.00,100.00μg·L－1的基體匹配鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

硝酸、氯化鈀、硝酸鎂、磷酸二氫銨均為優(yōu)級(jí)純;試驗(yàn)用水為超純水,電阻率不小于18.2 MΩ·cm。

1.2 儀器工作條件

通帶寬度0.5 nm;燈電流15 m A;進(jìn)樣體積10μL;檢測(cè)波長309.3 nm;測(cè)定方式為峰面積;四線氘燈背景扣除。石墨爐升溫程序見表1。

表1 石墨爐升溫程序Tab.1 Heating program of graphite furnace

1.3 試驗(yàn)方法

用聚乙烯尿杯收集尿樣,按樣品-硝酸體積比100∶1加入硝酸,混勻。分取0.25 mL于貝克曼杯中,加入0.75 mL 基體改進(jìn)劑,混勻,按照儀器工作條件測(cè)定。隨同進(jìn)行樣品空白試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 基體改進(jìn)劑的選擇

尿樣成分較為復(fù)雜,包括大量無機(jī)鹽和有機(jī)物等基體成分。如果灰化溫度過低,基體成分灰化不充分,背景值較高;如果灰化溫度過高,則易導(dǎo)致鋁元素?fù)p失。為改善灰化效果,盡量去除尿樣中基體成分,增強(qiáng)原子化階段原子吸收信號(hào),減少背景吸收,試驗(yàn)選擇加入基體改進(jìn)劑。常見相關(guān)基體改進(jìn)劑有硝酸、硝酸鎂、磷酸二氫銨等[2-3]。其中硝酸經(jīng)常被用作基體改進(jìn)劑的助溶劑,可以分解有機(jī)物,消除基體干擾,但硝酸溶液體積分?jǐn)?shù)過高時(shí),會(huì)導(dǎo)致背景吸收增大,石墨管壽命縮短[7];硝酸鎂主要用作助灰劑,在干燥和灰化階段鎂元素可以氧化物形式與待測(cè)元素形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵,從而延緩待測(cè)元素氣化和減少待測(cè)元素?fù)p失,但是國產(chǎn)分析純硝酸鎂試劑空白值偏高,在一定程度上增加了尿樣的背景吸收;磷酸二氫銨能降低氯化物對(duì)基體的干擾,是檢測(cè)鉛、鎘元素的首選基體改進(jìn)劑,但是其對(duì)吸光度測(cè)量具有干擾現(xiàn)象。氯化鈀可以提高灰化溫度、消除共存物質(zhì)干擾、提高靈敏度,但其價(jià)格昂貴。鑒于此,試驗(yàn)選擇在25.00μg·L－1基體匹配鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液中分別加入1%(體積分?jǐn)?shù))硝酸溶液、250 mg·L－1硝酸鎂溶液、20 g·L－1磷酸二氫銨溶液和500 mg·L－1氯化鈀溶液,每種基體改進(jìn)劑均按照試驗(yàn)方法平行測(cè)定6次,計(jì)算不同基體改進(jìn)劑所得測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見表2。

表2 不同基體改進(jìn)劑所得測(cè)定結(jié)果(n＝6)Tab.2 Determination results obtained with different matrix modifiers(n＝6)

結(jié)果顯示,和其他基體改進(jìn)劑相比,以500 mg·L－1氯化鈀溶液為基體改進(jìn)劑時(shí),背景峰低平,背景吸光度較低,基體干擾明顯減少[8],同時(shí)鋁吸光度較高,RSD 較低。因此,試驗(yàn)選擇以500 mg·L－1氯化鈀溶液為基體改進(jìn)劑。

2.2 石墨爐升溫程序參數(shù)的選擇

2.2.1 干燥溫度

干燥階段主要為了去除溶劑。干燥溫度過高時(shí)升溫速率過快,容易導(dǎo)致尿樣飛濺,引起樣品損失,反之則干燥不徹底。試驗(yàn)選擇以兩步升溫程序進(jìn)行干燥,可以有效解決以上問題。

2.2.2 灰化溫度

灰化階段主要為了去除易揮發(fā)的基體和降低待測(cè)物分子吸收。為了得到最佳灰化溫度,以25.00μg·L－1基體匹配鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液及25.00μg·L－1鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液為待測(cè)對(duì)象,在1 000～1 600 ℃灰化溫度內(nèi)測(cè)量鋁吸光度,結(jié)果見圖1。

圖1 灰化溫度對(duì)鋁吸光度的影響Fig.1 Effect of ashing temperature on the absorbance of aluminum

由圖1可知,當(dāng)灰化溫度為1 300～1 500℃時(shí),兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液中鋁吸光度均較大,隨后降低。因此,試驗(yàn)設(shè)置了1 300,1 500 ℃兩步灰化程序。

2.2.3 原子化溫度

為了得到最佳原子化溫度,以25.00μg·L－1基體匹配鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液及25.00μg·L－1鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液為待測(cè)對(duì)象,在2 000～2 500 ℃原子化溫度內(nèi)測(cè)量鋁吸光度,結(jié)果見圖2。

圖2 原子化溫度對(duì)鋁吸光度的影響Fig.2 Effect of atomic temperature on the absorbance of aluminum

結(jié)果可知,當(dāng)原子化溫度為2 300 ℃時(shí),兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液中鋁吸光度較大且峰形較好。因此,試驗(yàn)選擇以此溫度進(jìn)行原子化,并設(shè)置了較長的原子化時(shí)間,以消除鋁元素峰的拖尾現(xiàn)象。

2.3 背景扣除方法的選擇

目前,原子吸收光譜儀常用扣背景方法有氘燈扣背景法和塞曼效應(yīng)扣背景法等。在檢測(cè)尿液中鋁時(shí),多采用雙光束-塞曼效應(yīng)扣背景法,所得基線可保持長時(shí)間穩(wěn)定且光能量在交流縱向磁場(chǎng)中損失較少,檢出限較低。而氘燈扣背景法對(duì)檢測(cè)波長350 nm 以下光譜帶校正能力很強(qiáng),光能量損失更少,靈敏度更好。因此,試驗(yàn)選用氘燈扣背景法進(jìn)行分析。

2.4 工作曲線和檢出限

按照試驗(yàn)方法測(cè)定基質(zhì)匹配鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,以鋁的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),其對(duì)應(yīng)的吸光度為縱坐標(biāo)繪制工作曲線。結(jié)果顯示,鋁工作曲線的線性范圍在100 μg·L－1以內(nèi),線性回歸方程為y＝6.800×10－3x＋2.150×10－2,相關(guān)系數(shù)為0.999 1。

按照試驗(yàn)方法重復(fù)分析樣品空白11次,以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(s)計(jì)算檢出限(3s),所得結(jié)果為0.29μg·L－1。

2.5 精密度和回收試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法對(duì)人尿樣進(jìn)行低、中、高等3個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),每個(gè)濃度水平做6個(gè)平行樣,計(jì)算回收率和測(cè)定值的RSD,結(jié)果見表3。

表3 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n＝6)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

2.6 穩(wěn)定性試驗(yàn)

當(dāng)天分析完加標(biāo)尿樣(加標(biāo)量25.00μg·L－1)后,將尿樣分成兩份,均儲(chǔ)存于4 ℃冰箱中,再于第7,14 d分析,計(jì)算測(cè)定值與第1 d測(cè)定值的相對(duì)偏差。結(jié)果顯示,第7,14 d的測(cè)定值均有所下降,相對(duì)偏差分別為－5.8%和－6.7%,絕對(duì)值均小于10%,說明尿樣在14 d內(nèi)可以保持穩(wěn)定。

2.7 樣品分析

采用本方法分析有鋁暴露史20人(暴露組)以及無鋁暴露史15人(對(duì)照組)的尿樣。結(jié)果表明,暴露組尿樣中鋁檢出水平(5.9～49.3μg·L－1)大于對(duì)照組的(3.9～11.3μg·L－1),說明方法可用于實(shí)際樣品分析。

本工作優(yōu)化了基體改進(jìn)劑、石墨爐升溫程序以及背景扣除方法,最大程度降低了基體干擾,方法的準(zhǔn)確度、靈敏度和精密度較好,可用于人尿中鋁含量的測(cè)定。