【儀表網 儀表科普】本文將從儀器的一般要求、干擾和校正、測定方法、檢測限與定量限四個方面為大家介紹藥品質量檢測方法之電感耦合等離子體質譜法。此外，還將為帶大家了解高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜聯用法的相關內容。

 

　　電感耦合等離子體質譜法是以等離子體為離子源的一種質譜型元素分析方法。主要用于進行多種元素的同時測定，并可與其他色譜分離技術聯用，進行元素形態及其價態分析。本法靈敏度高，適用于各類藥品從痕量到微量的元素分析，尤其是痕量重金屬元素的測定。
 

　　樣品由載氣(氬氣)引入霧化系統進行霧化后，以氣溶膠形式進入等離子體中心區，在高溫和惰性氣氛中被去溶劑化、汽化解離和電離，轉化成帶正電荷的正離子，經離子采集系統進入質量分析器，質量分析器根據質荷比進行分離，根據元素質譜峰強度測定樣品中相應元素的含量。
 

　　一、儀器的一般要求
 

　　電感耦合等離子體質譜儀由樣品引入系統、電感耦合等離子體（ICP）離子源、接口、離子透鏡系統、四極桿質量分析器、檢測器等構成，其他支持系統有真空系統、冷卻系統、氣體控制系統、計算機控制及數據處理系統等。
 

　　1、樣品引入系統：按樣品的狀態不同分為液體、氣體或固體進樣，通常采用液體進樣方式。樣品引入系統主要由樣品導入和霧化兩個部分組成。樣品導入部分一般為蠕動泵，也可使用自提升霧化器。要求蠕動泵轉速穩定，泵管彈性良好，使樣品溶液勻速泵入，廢液順暢排出。霧化部分包括霧化器和霧化室。樣品以泵入方式或自提升方式進入霧化器后，在載氣作用下形成小霧滴并進入霧化室，大霧滴碰到霧化室壁后被排除，只有小霧滴可進入等離子體離子源。要求霧化器霧化效率高，霧化穩定性好，記憶效應小，耐腐蝕；霧化室應保持穩定的低溫環境，并應經常清洗。常用的溶液型霧化器有同心霧化器、交叉型霧化器等；常見的霧化室有雙通路型和旋流型。實際應用中應根據樣品基質、待測元素、靈敏度等因素選擇合適的霧化器和霧化室。
 

　　2、電感耦合等離子體離子源：電感耦合等離子體的“點燃”，需具備持續穩定的高純氬氣流(純度應不小于99.99%)、炬管、感應圈、高頻發生器、冷卻系統等條件。樣品氣溶膠被引入等離子體離子源，在6000-10000K的高溫下，發生去溶劑、蒸發、解離、原子化、電離等過程，轉化成帶正電荷的正離子。測定條件如射頻功率，氣體流量，炬管位置，蠕動泵流速等工作參數可以根據供試品的具體情況進行優化，使靈敏度最佳，干擾最小。
 

　　3、接口系統：接口系統的功能是將等離子體中的樣品離子有效地傳輸到質譜儀。其關鍵部件是采樣錐和截取錐，平時應經常清洗，并注意確保錐孔不損壞，否則將影響儀器的檢測性能。
 

　　4、離子透鏡系統：位于截取錐后面高真空區的離子透鏡系統的作用是將來自截取錐的離子聚焦到質量過濾器，并阻止中性原子進入和減少來自ICP的光子通過量。離子透鏡參數的設置應適當，要注意兼顧低、中、高質量的離子都具有高靈敏度。
 

　　5、四極桿質量分析器：質量分析器通常為四極桿質量分析器，可以實現質譜掃描功能。四極桿的作用是基于在四根電極之間的空間產生一隨時間變化的特殊電場，只有給定m/z的離子才能獲得穩定的路徑而通過極棒，從另一端射出。其他離子則將被過分偏轉，與極棒碰撞，并在極棒上被中和而丟失，從而實現質量選擇。測定中應設置適當的四極桿質量分析器參數，優化質譜分辨率和響應并校準質量軸。
 

　　6、檢測器：通常使用的檢測器是雙通道模式的電子倍增器，四極桿系統將離子按質荷比分離后引入檢測器，檢測器將離子轉換成電子脈沖，由積分線路計數。雙模式檢測器釆用脈沖計數和模擬兩種模式，可同時測定同一樣品中的低濃度和高濃度元素。檢測低含量信號時，檢測器使用脈沖模式，直接記錄撞擊到檢測器的總離子數量；當離子濃度較大時，檢測器則自動切換到模擬模式進行檢測，以保護檢測器，延長使用壽命。測定中應注意設置適當的檢測器參數，以優化靈敏度，對雙模式檢測信號(脈沖和模擬)進行歸一化校準。
 

　　7、其他支持系統：真空系統由機械泵和分子渦輪泵組成，用于維持質譜分析器工作所需的真空度，真空度應達到儀器使用要求值。冷卻系統包括排風系統和循環水系統，其功能是排出儀器內部的熱量，循環水溫度和排風口溫度應控制在儀器要求范圍內。氣體控制系統運行應穩定，氬氣的純度應不小于99.99%。
 

　　二、干擾和校正
 

　　電感耦合等離子體質譜法測定中的干擾大致可分為兩類：一類是質譜型干擾，主要包括同質異位素、多原子離子、雙電荷離子等；另一類是非質譜型干擾，主要包括物理干擾、基體效應、記憶效應等。
 

　　干擾的消除和校正方法有優化儀器參數、內標校正、干擾方程校正、碰撞反應池技術、稀釋校正、標準加入法等。
 

　　三、供試品溶液的制備
 

　　供試品消解的常用試劑一般是酸類，包括硝酸、鹽酸、高氯酸、硫酸、氫氟酸，以及一定比例的混合酸[如硝酸：鹽酸(4:1)等]，也可使用少量過氧化氫；其中硝酸引起的干擾最小，是供試品制備的首選酸。試劑的純度應為優級純以上。所用水應為去離子水(電阻率應不小于18MΩ?cm)。
 

　　供試品溶液制備時應同時制備試劑空白，標準溶液的介質和酸度應與供試品溶液保持一致。
 

　　固體樣品：除另有規定外，稱取樣品適量(0.1～3g)，結合實驗室條件以及樣品基質類型選用合適的消解方法。消解方法有敞口容器消解法、密閉容器消解法和微波消解法。微波消解法所需試劑少，消解效率高，利于降低試劑空白值、減少樣品制備過程中的污染或待測元素的揮發損失。樣品消解后根據待測元素含量定容至適當體積后即可進行質譜測定。
 

　　液體樣品：根據樣品的基質、有機物含量和待測元素含量等情況，可選用直接分析、稀釋或濃縮后分析、消化處理后分析等不同的測定方式。
 

　　四、測定方法
 

　　對待測元素，目標同位素的選擇一般需根據待測樣品基體中可能出現的干擾情況，選取干擾少，豐度較高的同位素進行測定；有些同位素需采用干擾方程校正；對于干擾不確定的情況亦可選擇多個同位素測定，以便比較。常用測定方法如下。
 

　　1、標準曲線法
 

　　在選定的分析條件下，測定不同濃度的標準系列溶液(標準溶液的介質和酸度應與供試品溶液一致)，以待測元素的響應值為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線，計算回歸方程，相關系數應不低于0.99。在同樣的分析條件下，進行空白試驗，根據儀器說明書要求扣除空白。
 

　　在每個樣品(包括標準溶液、供試品溶液和試劑空白)中添加相同濃度的內標(ISTD)元素，以標準溶液待測元素分析峰響應值與內標元素參比峰響應值的比值為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線，計算回歸方程。利用供試品中待測元素分析峰響應值和內標元素參比峰響應值的比值，扣除試劑空白后，從標準曲線或回歸方程中查得相應的濃度，計算樣品中各待測元素的含量。使用內標可有效地校正響應信號的波動，內標校正的標準曲線法為最常用的測定法。
 

　　選擇內標時應考慮如下因素：待測樣品中不含有該元素；與待測元素質量數接近；電離能與待測元素電離能相近；元素的化學特性。內標的加入可以在每個樣品和標準溶液中分別加入，也可通過蠕動泵在線加入。
 

　　2、標準加入法
 

　　取同體積的供試品溶液4份，分別置4個同體積的量瓶中，除第1個量瓶外，在其他3個量瓶中分別精密加入不同濃度的待測元素標準溶液，分別稀釋至刻度，搖勻，制成系列待測溶液。在選定的分析條件下分別測定，以分析峰的響應值為縱坐標，待測元素加入量為橫坐標，繪制標準曲線，相關系數應不低于0.99，將標準曲線延長交于橫坐標，交點與原點的距離所相應的含量，即為供試品取用量中待測元素的含量，再以此計算供試品中待測元素的含量。
 

　　五、檢測限與定量限
 

　　在最佳實驗條件下，測定不少于7份的空白樣品溶液，以連續測定空白樣品溶液響應值的3倍標準偏差(3SD)所對應的待測元素濃度作為檢測限；以連續測定空白溶液響應值的10倍標準偏差(10SD)所對應的待測元素濃度作為定量限。
 

　　六、高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜聯用法
 

　　本法以高效液相色譜(HPLC)作為分離工具分離元素的不同形態，以電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)作為檢測器，在線檢測元素不同形態的一種方法?？捎糜谏?、汞、硒、銻、鉛、錫、鉻、溴、碘等元素的形態分析。
 

　　供試品中不同形態及其價態元素通過高效液相色譜進行分離，隨流動相引入電感耦合等離子體質譜系統進行檢測，根據保留時間的差別確定元素形態分析次序；電感耦合等離子體質譜檢測待測元素各形態的信號變化，根據色譜圖的保留時間確定樣品中是否含有某種元素形態(定性分析)，以色譜峰面積或峰高確定樣品中相應元素形態的含量(定量分析)。
 

　　1、儀器的一般要求
 

　　儀器除電感耦合等離子質譜儀外，還包括高效液相色譜儀、接口系統及數據處理系統。高效液相色譜儀應通過適當的接口與電感耦合等離子體質譜儀連接，儀器軟件應具有可同時控制兩者參數設置和進樣分析的功能。
 

　　①高效液相色譜系統：應包括高壓輸液泵系統、進樣系統、色譜柱等，如果需要也可配備柱溫箱和紫外檢測器；相應部件應定期檢定并符合有關規定。
 

　　目前用于元素形態分析的高效液相色譜類型根據分離原理可分為：離子交換色譜、反相離子對色譜、分配色譜、排阻色譜和手性色譜等，根據所測元素形態化合物的性質，選擇適當的色譜柱和流動相進行分離。
 

　　常用的色譜柱為離子交換色譜柱和反相鍵合相色譜柱，其流動相多用甲醇、乙腈、水和無機鹽的緩沖溶液，常用兩元或四元梯度泵將有機調節劑與水相混合作為流動相。對高電離能元素(砷、硒、溴、碘、汞等)而言，等離子體中心通道若存在一定量的碳，可改善等離子體環境，提高元素靈敏度，特別是對低質量數元素影響，如需可在流動相中適當加入一定比例的有機調節劑，其比例視待測元素以及有機調節劑碳鏈長短優化條件而定。當流動相采用高比例的有機調節劑(如超過20%甲醇或10%乙腈)時，需要電感耦合等離子體質譜儀配備專用的有機進樣系統如加配有機加氧通道、采用鉑錐，使用有機炬管(內徑為1.5mm或1.0mm)及有機排廢液系統等。
 

　　高效液相色譜使用的流動相必須與電感耦合等離子體質譜儀的工作條件匹配，并根據實際情況對電感耦合等離子體質譜儀工作條件進行優化；流動相流速一般為每分鐘0.1～1ml，流速過大(超過每分鐘1.5ml)需考慮使用柱后分流，流速過小(小于每分鐘0.1ml)需考慮在樣品溶液通道加入補償液或采用特制微量霧化器以保證霧化正常。
 

　　②接口系統：通常用聚四氟乙烯管(內徑為0.12～0.18mm)將經高效液相色譜儀分離后的樣品溶液在線引入電感耦合等離子體質譜儀的霧化器。為防止色譜峰變寬，兩者之間所用連接管線應盡可能短，管線與霧化器之間的接頭應盡量緊密，以減少傳輸管線的死體積。
 

　　應采用霧化效率高、死體積小的霧化器，現多采用具有自提升功能的霧化器如Micromist、PFA等同心霧化器。霧化器的進樣管線一端接入霧化器，另一端直接與色譜柱出口相連。如色譜柱后需連接色譜檢測器，另一端則應與色譜檢測器的出口端相連。
 

　　對某些含高鹽和高有機溶劑的流動相，對電感耦合等離子體質譜儀進樣系統可進行改進并采用小柱徑高效液相色譜柱技術是目前接口技術的發展方向；超聲霧化器、氫化物發生法、直接注入霧化器、微型同心霧化器、熱噴霧霧化器、電熱蒸發和液壓式高壓霧化器等樣品導入裝置是形態分析重要的聯用接口技術。
 

　　③電感耦合等離子體質譜系統：與高效液相聯用時，分析前應對電感耦合等離子質譜系統所有條件進行優化以保證檢測靈敏度和精密度。
 

　　當流動相含有高含量無機鹽或有機相時，大量無機鹽或有機碳會在采樣錐和截取錐的錐口沉積，可能堵塞錐口或通過錐口沉積在離子透鏡上，甚至進入真空系統，導致儀器基線漂移和靈敏度下降；另外流動相中的高鹽或高比例有機溶劑使電感耦合等離子體的負載增大，射頻功率大量消耗于流動相基體的分解，造成用于分析元素的能量大量減少，使難電離的元素靈敏度極大降低，此時需要優化儀器工作條件，應盡量在流動相基體條件下進行儀器調諧的最佳化；必要時需要更換流動相。
 

　　當流動相中有機相不可避免時，超過一定比例，除需要更換有機炬管并設置合理分析參數外，還需改用有機加氧通道和鉑錐。出于安全考慮，加氧一般不采用高純氧，而是加入一定比例氧氣和氬氣的混合氣(如1∶4或1∶1)。
 

　　當需要梯度洗脫時，流動相的變化導致進入電感耦合等離子體的基體變化，可能會產生不同的基體效應；為保證電感耦合等離子體質譜儀在各梯度條件下均保證最佳靈敏度與抗基質能力，應針對各時間段內進入的流動相分別采用最佳化的調諧條件，在一定范圍內并在靈敏度允許的條件下也可通過柱后補償的方法進行改善。
 

　　待測元素質量數的采集點數應選擇每個質量數采集一點的方式，積分時間的設置需兼顧信號強度和色譜峰點數(色譜峰點數與色譜峰底寬度成正比，與積分時間成反比)，色譜峰點數應保證每峰不少于15點。
 

　　④數據處理系統：應操作方便，對不同基體樣品溶液，能將儀器調諧至最佳條件并保持穩定；并具同步觀測元素色譜峰與質譜峰等功能。
 

　　傳統上電感耦合等離子體質譜儀只輸出元素強度計數，而高效液相色譜儀要求有保留時間和峰面積積分等功能，為使二者統一，高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜聯用時，必須具有同步控制、實時峰形顯示及監控色譜分離情況等功能。且數據處理系統需滿足能同步分析色譜信號(如紫外)與電感耦合等離子體質譜信號，進行有效的定性、定量分析，如譜圖疊加、積分、工作曲線等功能。
 

　　2、系統適用性試驗
 

　　系統適用性試驗主要是考察分析系統和設定的參數是否合適，測試項目和方法與高效液相色譜法相同，可參照高效液相色譜法對各項參數進行規定，如重復性、容量因子、分離度、拖尾因子、線性范圍，最低檢測限和最低定量限等，具體指標應符合各品種項下的規定，由于電感耦合等離子體質譜儀檢測器自身特點，本方法的重復性誤差應不大于10.0%。
 

　　3、干擾和校正
 

　　試驗中應充分考慮流動相及樣品前處理過程中引入的干擾，應采用必要的手段來消除干擾。一般不建議使用干擾校正方程法，因為該法需采集待測元素同位素之外與干擾校正有關的其他同位素，從而使獲得每個數據點的總時間變長；普通樣品的干擾可通過優化色譜條件(如pH、流動相種類及濃度等)使干擾離子與待測離子形態保留時間錯開來避免，如不能避免則可考慮采用碰撞反應池模式；如來自流動相的干擾使得儀器基線變高，影響檢出靈敏度，建議考慮更換流動相體系。
 

　　當流動相含鹽時，電感耦合等離子體質譜儀長時間運行后易產生信號漂移，應以質控樣品或對照品溶液回校進行監測，或采用內標法予以校正。
 

　　4、樣品前處理
 

　　元素形態分析由于基體復雜，某些元素形態的含量較低，需對樣品進行分離和富集等前處理步驟。原則上所采用的前處理方法必須滿足將待分析元素形態“原樣地”從樣品中與基體物質分離，而不應引起樣品中的待分析元素形態發生變化。
 

　　所用試劑均應為優級純或更高純度級別，所用器皿均應經10%～20%硝酸溶液浸泡過夜，再用去離子水洗凈并晾干后使用。應同時制備試劑空白，對照品溶液的介質應與供試品溶液保持一致，且無明顯的溶劑效應。
 

　　除常規的前處理方法(萃取、浸取、離子交換、超濾、離心及共沉淀等)外，元素形態分析常采用酶水解法、超聲輔助萃取、微波輔助萃取、固相萃取、加速溶劑萃取等分離方法。
 

　　5、測定法
 

　　選擇待測元素目標同位素，應盡量避免流動相和樣品基質中可能出現的干擾情況，使干擾離子與待測元素形態保留時間分開，當優化高效液相色譜條件不能將干擾離子分開時，應盡量選擇干擾少、豐度較高的同位素進行測定，并進行必要的干擾消除或校正(若使用干擾校正方程，需注意各質量數上設置的采集時間之和應保證色譜峰數據點大于15點)。元素形態測定方法一般采用標準曲線法，分為外標法和內標法；也可采用標準加入法。
 

　　①外標法：在選定的分析條件下，測定不少于四個不同濃度的待測元素不同形態的系列標準溶液(標準溶液的介質盡量與供試品溶液一致)，以色譜峰面積(或峰高)為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線，計算回歸方程，相關系數應不低于0.99。測定供試品溶液，從標準曲線或回歸方程中查得相應的濃度，計算樣品中各待測元素形態的含量。
 

　　在同樣的分析條件下進行空白試驗，計算時應按照儀器說明書要求扣除空白。
 

　　②內標法：內標法可有效地校正響應信號的波動，減少或消除供試品溶液的基質效應。元素形態分析的內標法可根據實際情況分別選用以下3種方式。
 

　　A. 加入法：即在供試品或供試品溶液中加入內標物質，該內標物質應含有待測元素，但與待測元素的形態不同。選擇該方法，除內標物質性質應穩定外，還需確認樣品中不含與內標元素形態相同的元素，且內標元素形態能與待測元素形態完全分離并且提取效率一致。
 

　　B. 在線內標實時校正：可采取兩種方式：一種是在流動相中加入內標物質；另一種是通過蠕動泵在線加入內標溶液。在線內標實時校正對于每個數據采集點都會有一個內標的信號，校正采用點對點校正，即根據每個數據采集點的待測元素計數值與內標計數值的校正值繪制色譜峰，因此儀器的數據處理軟件需具有相應的功能。
 

　　在線內標實時校正可防止信號漂移帶來的準確性問題。內標物質選擇時應注意選擇與待測元素質量數和電離能相近的元素，且待測樣品中不含該元素。
 

　　C. 閥切換方式：在難以找到合適內標物質時，可使用柱后閥切換技術在每個樣品進樣后待測元素出峰前增加一個內標溶液的進樣，使每個樣品的數據可有一個內標信號來校正。
 

　　內標法以標準溶液待測元素與內標元素的峰面積(或峰高)或點對點校正后的色譜峰面積(或峰高)比值為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線，計算回歸方程，相關系數應不低于0.99。測定供試品中待測元素與內標元素的峰面積(或峰高)或點對點校正后的色譜峰面積(或峰高)比值，從標準曲線或回歸方程中查得相應的濃度，計算樣品中各待測元素形態的含量。
 

　　在同樣的分析條件下進行空白試驗，計算時應按照儀器說明書要求扣除空白。
 

　　③標準加入法：標準加入法可有效消除基質效應，由于所有測定樣品都具有幾乎相同的基體，使結果更加準確可靠。標準加入法加入各元素形態的量應接近或稍大于樣品中預計量，在此區間選擇不少于三個濃度點進行標準曲線的繪制，因此該方法需預先知道被測元素的大致含量，且待測元素在加入濃度范圍內需呈線性。標準加入法的具體操作可參見元素總量測定標準加入法項下。