点击蓝字 ╳ 关注我们

元素分析在环境，食品，药物，材料，地质及临床检测领域有着非常广阔的应用，元素分析方法五花八门，各有特色。在临床元素检测领域内，主要使用的元素分析方法有：电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-OES）、酶分析法、化学发光免疫分析法、电化学法—阳极溶出伏安法、原子吸收法（AAS）、原子荧光法（AFS）等，下面会逐一简单介绍这些分析方法。

电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法是20世纪80年代发展起来的一种新的质谱联用技术。ICP-MS仪器的基本组成包括样品引入系统、ICP电离源、接口、质量分析器、离子检测器、真空系统等。其基本结构如下图所示。样品引入系统将样品直接汽化或转化成气态或气溶胶的形式送入高温等离子体焰炬;样品原子或分子在ICP高温焰炬中发生电离,转化为带电离子;离子通过接口后形成样品离子流,经过离子聚焦后,进入碰撞反应池，样品离子与气体相互作用以减少双原子和多原子干扰。之后样品离子进入四极杆质量分析器使不同质荷比的离子得以分离;最后这些特定质荷比的离子经检测器检测及数据处理系统处理,形成质谱图。利用质谱图中信号的质荷比可进行样品中元素的定性分析,利用离子信号的强度可进行待测元素的定量分析。且有灵敏度高，可同时对多元素进行分析，检测速度快等优点。

电感耦合等离子体质谱仪在临床领域内的主要应用有：微量元素检测、有毒重金属检测、同位素分析、液相色谱电感耦合等离子体质谱联用进行元素形态分析、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱联用进行元素成像等。

电感耦合等离子体质谱法在临床检测上的优点有：可测的元素超过80种、可在同一时间分析所有待测元素、定量限检出限低至ng/L级别、线性范围较宽可达10⁹等。前处理方法十分简单，可采取直接稀释的方式，检测速度快，2分钟内可完成样品中超过30种元素的同时检测。

随着技术和行业的发展，ICP-MS法元素检测已逐步成为公认的“金标准”。多部行业及卫生标准也将ICP-MS法列为元素检测的推荐方法。《质谱技术在临床微量元素检测中的应用共识》中提到，质谱法检测元素应用最广泛的是ICP-MS。

电感耦合等离子体质谱仪结构图

电感耦合等离子体原子发射光谱法

电感耦合等离子体发射光谱仪是20世纪六七十年代提出、并逐渐发展的新型测试仪器。ICP-OES的原理是氩气流通过高频振荡器连接的耦合系统时会形成等离子体，等离子体使待测样品转变成气态原子， 使气态原子的离子最外层的电子从基态跃迁到激发态再回到基态，这期间以发射特征谱线的形式释放多余的能量。仪器使用中阶梯光栅与棱镜形成交叉色散，获得高分辨色散后,再用具有空间分辨能力的CCD或CID检测器检测。该仪器采用两套成像光学系统,一套检测紫外区,另一套检测可见光,从而可同时获得所有元素165～800nm范围的谱线进行分析测试, 此过程中，产生的谱线经光谱仪处理得到光谱图，根据光谱图可以进行元素的定性和定量分析。

电感耦合等离子体发射光谱仪在医学检验中一般用于常量元素检测、有毒重金属检测等。

电感耦合等离子体发射光谱仪的优点是：可同一时间检测样品中的多种元素、分析速度快、特异性强且检出限较低、样品消耗较少。

但其也有以下缺点，影响谱线强度的因素较多，特别是当样品组分较为复杂时，谱线影响较大。当基体较为复杂时，很多元素难以得到灵敏的光谱线，检出限很难满足临床需求。

原子荧光光谱法

原子荧光光谱法的原理为待测溶液在原子化器中形成原子蒸气(基态原子),当光源发出的强射线照在这些蒸气上时,原子外层电子吸收其中特征波长光的能量后从基态跃迁到高能激发态,随后再从激发态降落至基态或低能级时发射出的光,通过测定待测元素从激发态降至基态时所产生特定波长光的强弱，来测定待测物所含元素的浓度。原子荧光光度计与原子吸收光谱分析仪器在组件上也有很大相似之处,包括激发光源,原子化器,光学系统和检测器。但为了避免激发光源发射的辐射对原子荧光检测信号的影响,原子荧光光度计的光源、原子化器和分光系统不是排在一条线上,而是排成一定的角度,如直角形。

原子荧光光谱法在医学检验中一般用于个别微量元素检测、有毒重金属检测等。

原子荧光光谱法的优点是，某些元素（汞、砷、镉等）灵敏度较高，价格很便宜。

缺点是可测的元素种类很少，一般认为只能测汞、砷、镉、锑、铋、硒、锡、碲、锗、铅、锌等元素。且样本前处理较为复杂，流程十分复杂。

原子吸收光谱分析

原子吸收光谱分析又称原子吸收分光光度分析。原子吸收光谱分析的原理是通过检测待测物质所产生的原子蒸气对特定谱线(通常是待测元素的特征谱线)的吸收作用来进行定量分析的一种方法。

原子吸收光谱法在医学检验中一般用于微量元素检测、有毒重金属检测等。

原子吸收光谱法具有选择性强，光干扰小，选择性强、测定快速简便、灵敏度高等优点，在常规分析中大多元素能达到10^-6级，采用石墨炉原子化器时，检出限可低至10^-9级。

当然原子吸收光谱法也有其局限性，其测试原理决定了它不能对多元素进行同时分析，对共振谱线处于真空紫外区的元素，如P、S等还无法测定。另外，标准工作曲线的线性范围窄，只能通过使用不同原子化器的原子吸收设备对同一样品中的不同元素进行检测，给实际工作带来不便也增加了额外成本，对于某些复杂样品的分析，还需要使用不同的干扰消除手段。

电化学法—阳极溶出伏安法

阳极溶出伏安法的工作原理是在工作电极上施加还原电势，当某种离子析出的电势小于电极电势时，溶液里的金属离子被还原成金属，电镀在工作电极的表面；当工作电极表面被镀有足够的金属时，以恒定速度向工作电极增加电势，镀电极上的金属将会发生溶出（氧化）。每种金属都有特定的溶出（氧化）反应电压，根据溶出（氧化）产生的电势值来识别金属种类，并通过不同种类金属产生溶出（氧化）电势差异，同时测量多种金属，测量其电流并记录相应的电势从而计算出金属离子浓度。

阳极溶出伏安法在医学检验中一般用于微量元素检测、有毒重金属检测等。

电化学法的优点为检测限较低，测试灵敏度较高，但存在前处理复杂，测试元素少，环境污染严重等缺点。

化学发光免疫分析法

化学发光免疫分析法是将具有高灵敏度的化学发光测定技术与高特异性的免疫反应相结合的检测分析技术。通过激发化学发光剂进入激发态再回到稳定态并发射光子的过程，将免疫反应信号转化为光信号。进而利用光信号测量仪器测定发光强度，发光强度因与待测物质浓度在一定条件下呈线性定量关系，从而确定待测物质浓度。用化学发光免疫法分析重金属离子要进行两方面的工作：一是选择合适的化合物与重金属离子结合，获得一定的空间结构，产生反应原性；二是将与重金属离子结合的化合物连接到载体蛋白上，产生免疫原性。其中选择合适与重金属离子结合的化合物是能否制备出特异性抗体的关键。传统的免疫分析由于免疫物质混合效率低，检测分析的流程冗长操作繁琐，因而耗时较多。

化学发光免疫法在医学上检测金属元素时可用于微量元素检测、有毒重金属检测。

免疫分析法的优点是有特异性高，操作简便、快速，影响因素相对较少且容易控制，重复性好，方法容易标准化。缺点有测定结果与所用的抗体来源及亲和力有很大的关系，使用不同来源亲和力的单抗，对同一标本测到的结果可能不同；敏感性相对较低， 若标本中存在细胞因子的可溶性受体，可能会影响特异性抗体对细胞因子的结合。

酶分析法

酶法分析原理为某些酶的活性中心体对金属离子具有相当强的亲和力，酶与金属离子结合后会改变酶活性中心的性质与结构，导致酶活性下降，因此使酶-底物体系产生一系列诸如显色剂颜色、电导率、pH值、吸光度等变化，这些变化可通过电信号，光信号被检测，从而判断金属离子是否存在及其浓度。例如酶法测定钠的原理是利用钠依赖的β-半乳糖苷酶催化人工底物邻硝基酚β-D-吡喃半乳糖苷；通过检测其分解释放出有色产物邻硝基酚，在波长420nm处测吸光度变化而测定钾含量。

酶分析法通常用于血清或全血钠、钾、钙等大量元素的检测。

酶法的优点是不需特殊仪器，缺点是受外界影响较大如温度、pH值等。

英盛生物ICP-MS检测平台