赛默飞iCAP TQ ICP-MS 用于临床研究的全元素分析

引言：生物样品中的痕量元素分析为临床研究和法医毒理研究提供了重要支撑依据。临床研究领域中痕量元素分析的一个引人关注的例子是探索人体中钛基人工骨和牙种植体的降解。随着近对二氧化钛潜在致癌性的研究，人体内钛的终去向受到越来越多临床研究的重视。因此需要建立稳健的分析方法，以满足不同生物样品比如人体体液和组织中钛的定性和定量分析的需求。但是建立生物样品中的全元素分析方法是具有挑战性的，因为钛在这些类型样品中的含量低，且单四极杆 ICP-MS 不能消除潜在的同量异位素干扰。 ICP-MS 技术的进步带来了三重四极杆（TQ）ICP-MS 仪器，既满足灵敏度的需求，也能够消除多原子干扰和同量异位素干扰。本文重点介绍一种稳健的方法，采用 Thermo ScientificTM iCAPTM TQ ICP-MS 来分析人血清参考标准样品中的钛和其它痕量元素。

样品制备：取参考标准样品（SeronormTM Trace Elements in Serum L-1 和 L-2，SERO，挪威）和一定体积人尿液置于清洗过（在 2% 的稀硝酸中浸泡 72 小时，然后用超纯水冲洗干净）的聚丙烯容器中，用稀硝酸（0.5% m/m Fisher Scientific）和四甲基氢氧化铵（TMAH，2% m/m SIGMA-ALDRICH）的水溶液（超纯水，18 MΩ cm）按照 10 倍重量比稀释。标准空白、系列标准溶液和一个质控（QC）样需经过相同的步骤，用单元素标准（SPEX CertiPrep）代替参考标准样品。表 1 列举了元素及终浓度。所有的样品和标准均加入混合内标溶液（含 10 µg•L-1 Ge，Y， Rh，Te 和 Bi）

仪器：iCAP TQ ICP-MS 的三重四极杆改进了消除干扰的效果，本文将它与单四极杆（SQ）ICP-MS 进行比较。第yi级四极杆（Q1）去除所有不需要的离子，比如可能在碰撞 / 反应池（CRC）中形成干扰的前级离子。第二级四极杆（Q2）通过适当的反应气来选择性地改变干扰物或目标元素的质量数。

第三级四极杆（Q3）分离出产物离子，通过第二级的质量过滤器去除所有残留的干扰，实现无干扰分析。在本分析方法中，采用 TQ mass shift 模式检测目标元素钛（见图 1）。在 Q2 阶段，钛与氨气（NH3）反应生成 m/z 114 的（48Ti（NH3）3NH）离子簇。

Qtegra ISDS 软件的方法开发助手 Reaction Finder 能够自动为每个元素选择模式。本文选用了多种分析模式测量钛，与 TQ mass shift 模式的消除干扰效果进行比较：

SQ-KED — 单四极杆模式，纯氦气作为碰撞气，应用动能歧视（KED），无 Q1 过滤，Q3 质量设置为 48

SQ-NH3 — 单四极杆模式，NH3 作为反应气，无 Q1 过滤，Q3 产物离子质量设置为 114

TQ- NH3 — 三重四极杆模式，NH3 作为反应气，Q1 质量设置为 48，Q3 产物离子质量设置为 114 

每个元素基于质量数相近原则分配合适的内标元素，表 3 列举了各元素采用的测量模式和选定的内标元素。

结果：由于 48Ti 元素受到 48Ca 的同量异位素重叠，还受到 SO+ 、 POH+ 的多原子干扰，所以生物样品中的钛元素分析尤其具有挑战性。为评估消除干扰的效果，采用三种不同的测量模式（SQ-KED、SQ-NH3 或 TQ-NH3）来分析同一个参考标准样品（CRM）。表 4 列举了每种模式下，血清 L-1 和 L-2 两个样品中的钛测定浓度。TQ-NH3 模式的测定结果与标准样品的参考值为接近，因此 Reaction Finder 方法开发助手自动选择了这种模式来进行分析。 

为了验证本方法对消除干扰的改进，研究了样品中镉对钛测定的影响。采用 TQ-NH3 模式分析一个被稀释十倍的尿样和一个 10 mg • L-1 Cd 标液，并记录质谱图。可以看出， 10 倍稀释的尿样产生了一个典型的 Ti（NH3）3X+ 簇所对应指纹谱（图 2）。采用相同仪器参数和测量模式分析得到的 10 mg • L-1 Cd 标液所得谱图（图 3）中并未发现 Cd 质谱峰（仅有少量血清分析的残留信号），说明 Cd 被 Q1 消除掉，本方法能够防止样品中任何痕量 Cd 对m/z 质荷比为 114 的 Ti 测定产生干扰。

表 5 列举了血清 CRMs 中多元素分析的结果。可以看出，测定的浓度值与参考值具有很好的一致性。这些元素的浓度范围广，从亚 ppb 级到百分比含量，显示了 iCAP TQ ICP-MS 动态范围的重要性。经相同步骤分析尿样，也测得了尿液中元素的典型浓度值。

标准空白溶液平行测定 10 次所得标准偏差的 3 倍，对应的浓度定义为检出限（LOD）。各元素的 LOD 乘以稀释倍数（1:10）则为对应的方法检出限（MDL）（见表 5）。所有目标元素的 LODs 均远低于临床研究样品中测得的终浓度值。

结论：Thermo Scientific iCAP TQ ICP-MS 为生物样品中的痕量元素分析提供的性能，使之成为临床研究的理想工具。钛作为金属替代髋关节种植体的常见成分，其降解的研究尤为关键，但很难采用 SQ ICP-MS 准确分析钛含量。iCAP TQ ICP-MS 具备强大的三重四极杆技术，其的分析性能满足了复杂样品中钛和其它痕量元素高灵敏和准确分析的需求。同时，Reaction Finder 工具能够对感兴趣的元素自动选择测定方法，使方法建立变得简单快捷。