第三期原子光譜沙龍活動報道

發布時間：2010-11-16 09:37 原文鏈接：第三期原子光譜沙龍活動報道

　　【導語】本期沙龍幾大看點：一、用ICP-MS研究蛋白質組、代謝組，拓寬了用原子光譜研究生命科學的視野；二、有兩家原子熒光廠家參與報告，產業界人士和應用一線專家深入交流；三、大家在原子熒光儀器研發方面交流碰撞出了火花。下面請跟隨小編了解詳情……

　　2010年11月13日第三期原子光譜沙龍活動在中國計量科學研究院成功舉辦。該系列活動由清華大學分析中心邢志老師發起并組織，活動以專題報告和討論為主，參與者均為從事原子光譜分析工作的一線技術人員，大家就原子光譜的應用、分析技術、儀器研發、儀器維護等多方面進行了深入的切磋和探討。

　　本屆原子光譜沙龍活動由中國計量科學研究院協辦，參與者分別來自中國科學院高能物理研究所、中國計量科學研究院、清華大學分析中心、中國皮革和制鞋工業研究院、地質科學研究院、中國檢驗檢疫科學院、北京吉天儀器有限公司、北京金索坤技術開發有限公司等。分析測試百科網將伴隨此沙龍活動進行長期追蹤報道。

第三期原子光譜沙龍活動現場

清華大學分析中心邢志老師

　　報告伊始，邢志老師首先對到場同行好友的積極參與表示了誠摯的感謝，并講到：原子光譜的應用領域已非常廣泛，利用原子光譜技術展開科學研究的分析工作者也很多，但是彼此之間的橫向交流卻很少。舉辦原子光譜沙龍的初衷便是希望同行之間，無論是進行應用研究的、還是方法測試、儀器研發、儀器維護的等等，大家都能有機會聚在一起，針對在原子光譜領域的一些心得、體會、經驗進行交流互動，并積極探討自己在實際工作中遇到的難題，大家能夠互相幫助來解決。

　　最后，邢老師十分感慨地說到：“隨著業內更多一線工作人員、儀器廠家的參與，原子光譜沙龍的規模也會進一步的擴大。希望每位參與者都能夠積極地交流探討，同時也歡迎更多的業內人士參與進來，使得原子光譜沙龍的隊伍更加壯大！”

第三期原子光譜沙龍活動與會人員合影

基于元素標記和等離子體質譜測量的蛋白質定量標記

中國科學院高能物理研究所王萌博士

　　首先，來自中國科學院高能物理研究所的王萌博士為大家做了題為《基于元素標記和等離子體質譜測量的蛋白質定量標記》的報告。

　　已有的蛋白質組學定量方法

　　蛋白質是生物功能的執行者，它是生命復雜性的起源、它能解釋基因組、預防疾病也是新藥研發的基礎。

　　王博士首先以蠶由蛹化蝶為例闡明了蛋白質定量分析的重要性。在蠶蛹孵化成蝶的過程中，它的基因是沒有變化的，但是它的蛋白質卻發生了很大的動態變化。所以研究動態、變化的蛋白質組需要定量分析。目前，蛋白質組定量的方法有兩種：一種是通過在病理與生理或在不同外部的刺激下，比較差異蛋白質組來進行相對定量；一種是通過對生物標志物的研究來進行絕對定量。

　　目前已有的定量蛋白質組學方法包括了雙向電泳技術、質譜技術、生物質譜結合同位素標記(包括代謝標記、酶解時標記、化學標記等)、非標記的質譜方法等，但是這些方法多數是相對定量方法，絕對定量有困難，實驗結果也難以比較；又由于多數有機質譜線性范圍小(2-3個數量級)，基于MALDI電離的質譜在金屬蛋白質分析中，存在丟失金屬信息、檢出限差、譜圖復雜的問題，所以在完成蛋白質的絕對定量時遇到重重困難。

　　基于ICP-MS的蛋白質定量方法

　　針對上述問題，王博士通過大量的研究工作，提出了利用無機質譜ICP-MS來進行蛋白質定量的新方法。ICP-MS在定量方面具有先天的優勢：（1）抗背景干擾，同一元素在ICP-MS的響應與其所處的化學環境無關；（2）動態范圍寬，ICP-MS的線性范圍大于9個數量級；（3）靈敏度高，ICP-MS對多種元素的檢出限可達ppt量級；（4）易于聯用，ICP-MS易于同HPLC、CE、LA等分離技術聯用。利用ICP-MS無機質譜技術，通過分析蛋白質中已有的天然元素、或分析標記后的蛋白質中的元素，可實現對蛋白質的絕對定量。

　　王博士接下來分別重點介紹了兩類基于ICP-MS蛋白質定量方法即天然內標元素定量和引入標記元素定量。

　　天然內標來對蛋白質定量

　　(1)天然內標：硫

　　運用碰撞反應池技術以及柱后同位素稀釋技術，對天然內標物硫元素進行分析，從而對蛋白質絕對定量。

　　(2)蛋白質的磷酸化分析

　　借助于LA-ICP-MS技術，來判斷蛋白質是否磷酸化，然后結合使用ESI-MS和ICP-MS來分析蛋白質中的磷，實現對蛋白質的絕對定量。

　　引入標記元素對蛋白質定量

　　對蛋白質進行元素標記，即在雙官能團試劑作用下，將稀土元素DOTA、DTPA標記在蛋白質上，然后通過對標記元素分析實現蛋白質絕對定量。

　　(1) 直接標記蛋白質樣品，實現定量。

　　(2) 標記抗體后定量分析抗原(與放射免疫類似)。

　　報告最后王博士總結說到，前幾年在蛋白質組學的發現流程中，蛋白質的鑒定均是使用有機質譜來完成的；但在新的定量蛋白質組來臨之時，ICP-MS將在蛋白質組學定量領域顯示越來越大的潛力，將成為未來蛋白質組學定量研究的一項新策略。

原子熒光現場檢測技術

北京吉天儀器有限公司劉霽欣博士

　　接下來，來自北京吉天儀器有限公司的劉霽欣博士為大家帶來題為《原子熒光現場檢測技術》的報告。

　　原子熒光簡要介紹

　　原子熒光是極具“中國特色”的原子光譜產品，我國具有完全的自主知識產權，并建立了40多項相關國家和行業標準。針對As、Hg、Se等元素的檢測，原子熒光可謂是性價比最高的檢測手段，由于沒有采用分光系統所有還可適用于現場檢測。

　　劉博士首先向大家詳細介紹了由蒸氣發生原子熒光測量的實現步驟，包括（1）樣品經過前處理轉化成溶液；（2）溶液通過蒸氣發生器進行導入；（3）導入后溶液實現原子化，形成自由原子；（4）自由原子在空心陰極燈激發下形成激發態的自由原子；（5）激發態自由原子在退激過程中發出原子熒光，最終被檢測得到原子熒光信號。

　　但上述的這樣一套系統在實現現場檢測卻存在困難：現有的蒸氣發生技術適用范圍窄(只適用于11種元素，11種元素中真正能做好的也就4~5種元素)；蒸氣發生原子熒光需要氫化物發生的試劑，這些試劑往往穩定性較差；整個氫化物發生反應過程對操作者有一定要求，沒有一定經驗是很難做好的；蒸氣發生原子熒光只能做液體樣品，所測物質必須先經過前處理。所以直接利用現有的原子熒光技術實現現場檢測是不可能的。這時需要對現有的原子熒光技術進行改進：一方面從導入上改進，另一方面從原子化上改進。

　　原子熒光現場檢測技術的實現

　　接下來，劉博士在報告中提出了兩項新型導入技術，包括紫外發生技術和多孔碳材料電熱蒸發進樣技術；以及新型在線原子阱二次原子化技術。

　　紫外蒸氣發生技術

　　紫外蒸氣發生技術的原理是，利用紫外光照射產生的高活性自由基來實現待測元素蒸氣發生。它需要特殊紫外光源，但無需特殊試劑、操作簡便。

　　但是通常的紫外發生技術紫外照度較弱，且陰離子與自由基反應造成了高活性自由基濃度較低的問題。劉博士通過查閱文獻以及大量實驗研究，發明了高效燈內紫外處理裝置，液體直接流經置于紫外燈內的石英管。該裝置可有效提高紫外光的照度并在一定程度下緩解了陰離子干擾。

　　這項新技術有望成為現有蒸氣發生技術的有益補充，大幅擴充應用元素；在現場溶液檢測領域和現場形態分析領域前景廣闊。

　　多孔碳材料電熱蒸發進樣技術

　　多孔碳材料電熱器化學組成與石墨管類似，抗氧化能力強，材料本身成本不高；纖維狀結構具有電阻較高、功率低、無需冷卻裝置的特性，完全滿足了理想電熱器的要求，全新的原創性電熱蒸發裝置適合在現場小型化儀器中的使用。

　　在線原子阱二次原子化技術

　　在線原子阱二次原子化技術原理是：利用特殊材料捕獲待測分析元素原子，將之富集、并與基體分離；之后再次將待測元素以原子形式釋放并檢測。這項技術的顯著優點是可大幅提高靈敏度。

　　在線原子阱二次原子化技術技術能實現氫化物的熱解捕獲和熱釋放，以前可應用于As、Se、Sb、Bi、Cd、Pb等元素，但僅依賴于氫化物過程，應用面較窄。吉天對該技術改進后，可捕獲、熱釋放出電熱蒸出（如固體樣品）的元素，拓寬了其應用。比如：電熱蒸出的Hg可被貴金屬捕獲，并二次熱釋；在特殊條件下，電熱蒸出的Cd可被鎢捕獲并二次熱釋，可獲得極高的靈敏度。

　　將多孔碳材料的電熱發生器技術與在線原子阱二次原子化技術結合，可實現理想的現場檢測。這套原子熒光體系具備低功耗、體積小等優點，可滿足現場檢測的應用要求，并可徹底消除直接進樣過程中的基體干擾，是快速直接進樣檢測的理想手段。

　　原子熒光新技術的應用

　　劉博士最后指出，北京吉天儀器有限公司在上述新技術改進的基礎上，先后開發出三態測汞儀、固體測鎘儀、紫外發生測汞儀這三種儀器。并列舉了大量應用實例，包括土壤中汞固體進樣檢測、固體鎘測定、液體樣品總汞測定、以及利用在線紫外發生汞形態分析儀對蝦樣測定等。在檢出限、線性關系、抗基體干擾、加標回收、重復性等等方面，這三類儀器都表現出良好的性能，取得了非常滿意的檢測結果，適用于對實際樣品的測量。

非試劑發生氫化物原子熒光分析方法研究

清華大學分析中心楊萌老師

　　來自清華大學分析中心的楊萌老師做了題為《非試劑發生氫化物原子熒光分析方法研究》的報告。

　　化學蒸氣發生原子熒光光譜法（CVG-AFS）是一種廣泛應用于農業、醫藥化工、石油工業的分析檢測手段，包括傳統化學蒸氣發生和新型化學蒸氣發生兩種。其中傳統化學蒸氣發生還包括氫氣發生、烷基化、鹵化、電化學和原子蒸氣這幾種方式，其中以高效靈敏的氫氣發生應用最為普遍。然而上述這些傳統的化學蒸氣發生方法都存在共同的缺點，即在檢測中均需要使用大量試劑，同時產生大量的廢液。例如經常使用到的硼氫化鉀溶液不宜保存，分析時需現用現配，并且對人體呼吸粘膜會造成傷害。

　　基于以上問題，楊老師所在課題組便提出了一種新型的化學蒸氣發生方法——低溫等離子體化學蒸氣發生法，該方法具有無需試劑、可實現儀器小型化等優點。

　　最后，楊老師總結到與現有液體樣品分析手段相比，低溫等離子體化學蒸氣發生法具有設備簡單，無試劑的優點。此方法為現有原子熒光光譜儀小型化提供了一種新的途徑。

　　報告后，很多在場專家均對低溫等離子體發生方法表現出濃厚興趣，并有幾位專家提出了很好的建議，對于報告人和課題組拓寬思路很有益處。

含有重金屬的皮革能力驗證樣品及其制備方法

中國皮革和制鞋工業研究院趙洋老師

　　來自中國皮革和制鞋工業研究院的趙洋老師介紹了題為《含有重金屬的皮革能力驗證樣品及其制備方法》的報告。

　　皮革及其制品中的重金屬元素

　　趙老師首先指出，隨著人們環保及“綠色消費”的意識不斷加強，皮革服裝、皮鞋、皮包等日用消費品的安全衛生問題已經引起了世界各國的密切關注。我國是皮革制品生產、出口大國，傳統的鞣質工藝及加工過程中使用的鞣劑、燃料、助劑均會使皮革和毛皮成品中含有一定量的重金屬元素，其中鉛、鎘、鎳、鉻、鈷、銅、銻、砷、汞等都可通過汗液的浸漬經皮膚侵入人體，之后便不再以離子形式存在，而是與體內有機成分結合成金屬絡合物，從而嚴重危害人體健康。

　　歐盟等國家對皮革制品中的重金屬含量進行了嚴格的控制，并制定了相關的法規、指令。如歐盟委員會在2003年1月6日宣布規定紡織品和皮革制品市場上禁止使用藍色鉻偶氮染料，在很大程度上限制了我國皮革制品的出口。

　　皮革中重金屬的來源

　　鞣制是皮革生產中最為重要的工序，其中的無機鞣劑便成為皮革中重金屬的重要的來源。鉻鞣具有其獨特的實用價值，不僅省時、經濟，而且鉻鞣具有耐濕熱、穩定性強、機械強度高、染色性能好、手感柔軟豐滿的綜合性能。但是鉻鹽尤其六價鉻卻對人體的安全性遭到質疑，并被認為是一種必須治理的污染源。

　　除無機鞣劑意外，金屬絡合染料、含金屬染料的合成鞣劑、抗菌劑等都是影響皮革成品中重金屬元素含量的關鍵因素。

　　皮革中重金屬含量的測定方法

　　我國于2003年3月1日起開始實施的《生態紡織品技術要求》標準中限制了重金屬元素的含量，并標明了皮革制品可參考執行。GB/T 22930-2008《皮革和毛皮化學實驗重金屬含量的測定》中規定了皮革、毛皮中鉛、鎘、鎳、鉻、鈷、銅、銻、砷、汞九種元素的總量和可萃取量的測定方法。接下來，趙老師便基于該標準方法，為大家詳細介紹了皮革中重金屬含量的測定方法。

　　樣品的預處理

　　在分析重金屬總量時，樣品前處理階段采用微波消解方法，考慮到皮革及其制品中含有大量的有機物（油脂、膠原蛋白等），在生產加工中添加鞣劑、助劑、燃料等多種化工原料、樣品中各組分的物理化學性質差異很大。因此，經試驗確定采用4mL硝酸和1mL過氧化氫的消解體系。

　　汗液使重金屬離子游離出來，進入人體，所以檢測游離重金屬量更能反映出重金屬元素對人體健康造成的直接傷害。檢測重金屬可萃取量時，樣品前處理階段通過模仿人體皮膚表面溫度（37℃），使用人工配制的酸性汗液對樣品進行萃取，這也是檢測皮革中游離重金屬元素含量普遍使用的預處理方法。

　　儀器分析

　　由于ICP可同時進行多元素的快速分析，且靈敏度高，易建立檢測方法，標準曲線具有較寬的檢測動態范圍，精密度和重復性好。因此最終選擇ICP作為方法標準的檢測儀器。

　　為提高檢測的準確性和靈敏度，在實際分析中對ICP進行了一系列參數設置和優化，趙老師指出應主要考慮分析譜線的選擇，霧化器壓力、RF功率、等離子氣、輔助氣、霧化氣流量的設置，以及樣品導入等因素。

　　隨后趙老師簡單介紹了能力驗證樣品的制備方法，以及對該樣品均勻性、穩定性的檢測方法。

ICP-MS的應用和維護

中國檢驗檢疫科學研究院綜合檢測中心樂粉鵬老師

　　來自中國檢驗檢疫科學研究院綜合檢測中心消費品部元素組的樂粉鵬老師為大家帶來了題為《ICP-MS的應用和維護》的報告。樂老師在報告中主要介紹了ICP-MS的結構原理及其在實際工作中的具體應用和維護經驗。

　　電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)，是20世紀80年代發展起來的分析測試技術，它以獨特的接口技術將ICP的高溫(7000K)電離特性與四極桿質譜的靈敏快速掃描的優點相結合，可分析所有的金屬元素和絕大部分的非金屬元素，放射性元素同樣可以檢測，檢出限均可達0.1ppt。

　　ICP-MS技術的分析能力不僅可以取代傳統的無機分析技術如ICP、石墨爐原子吸收進行定性、半定量、定量分析及同位素比值的準確測量等，還可以與其他技術如HPLC、HPCE、GC聯用進行元素的形態、分布特性等分析。

　　ICP-MS的結構和原理

　　樂老師首先向大家介紹了ICP-MS的結構原理，包括進樣系統、接口、離子透鏡、真空系統、四極桿及檢測器等基本結構。

　　第一部分為進樣系統，樣品首先通過蠕動泵進入到同心霧化器，霧化器將樣品霧化成氣溶膠，氣溶膠隨載氣進入到分析器內。

　　第二部分為射頻發生器和接口，樣品里的所有元素經射頻發生器加熱后轉變成離子。之后通過樣品錐和截取錐的逐級分壓作用，最終將離子引進入到真空系統里。

　　第三部分為離子透鏡系統對離子進行聚焦，聚焦之后通過碰撞反應池來消除干擾，消除干擾后的離子再進入到主四極桿，對離子進行篩選，最后進入到檢測器中。

　　第四部分為真空系統，具備兩個渦輪分子泵和兩個機械泵，第一個機械泵對兩個接口錐之間進行抽真空，第二個機械泵來支撐另外兩個渦輪分子泵。

　　ICP-MS的應用

　　ICP-MS技術已被廣泛應用于飲用水、地表水、金屬元素、非金屬材料、礦石、土壤、化工原料、食品、藥品等領域。樂老師指出其所在實驗室主要應用ICP-MS進行茶葉中158種稀土元素的測定、土壤中微量元素的測定、2010版中國藥典新規定的中藥中As、Hg、Pb、Cd、Cu微量元素的測定、進出口化肥、水產品、保健品以及化妝品等樣品的檢測。

　　目前已有一些方法檢測標準中已采用ICP-MS聯用技術，如采用HPLC-ICP-MS進行砷形態分析研究；IC-ICP-MS進行三價鉻/六價鉻分析；GC-ICP-MS用于汽車用油中防暴劑和烷基鉛的檢測；以及氫化物發生器-ICP-MS分析海水中超痕量污染物如As、Se、Sb的檢測。

　　ICP-MS的維護

　　最后，樂老師根據自己操作ICP-MS的使用經驗，同大家分享了他的一些維護心得。包括工作環境溫濕度的要求，樂老師推薦ICP-MS放置的最佳室溫應為20℃左右、濕度為35~50%。以及霧化器、炬管、透鏡等儀器部件的清洗頻率，機械泵油氣過濾器和循環水過濾器的更換周期等。

北京金索坤技術開發有限公司高樹林總經理

　　北京金索坤技術開發有限公司的高樹林總經理，針對原子熒光光譜儀的分析技術及發展前景表達了自己的觀點。

　　高經理講到，大家可能都普遍認為原子熒光只能檢測11種元素（砷、銻、鉍、汞、鉛、錫、鍺、硒、碲、鋅、鎘），但實際上原子熒光的檢測能力不僅僅局限于此，該技術還可應用于更多的領域，比如貴金屬金、銀。在檢測的靈敏度上原子熒光比火焰法原子吸收光譜高出2個數量級左右，可與高靈敏的石墨爐原子吸收光譜儀相比擬。

　　在中國，氫化物發生法得到更廣泛的應用。而在東南亞、非洲等一些國家，由于地域性的特殊應用，采用火焰法原子熒光方法測定金、銀、砷、銻等元素技術得到他們的普遍接受和應用。

　　總體來看，在國際上氫化物發生原子熒光分析方法還沒能得到廣泛認可，特別是針對砷、銻元素的測定，國外更多采用的是原子吸收加氫化物發生法，但實際上該方法在測試的靈敏度和穩定性上都不如原子熒光準確。所以希望更多分析領域的專家和產業界人士來關注和發展原子熒光技術，使原子熒光技術推廣到全世界更多的范圍。

　　從當前來看，原子熒光還有很多方面值得關注并改進技術。比如目前不管是氫化物發生法還是火焰法其原子化效率都有待提高，還存在很多基體干擾。比如在原子激發過程中，由于高強度激發光源不容易做，大多數儀器采用的是較低強度的激發光源，這時激發過程會受到溫度濕度等諸多環境影響，激發效率不高（不到50％），穩定性差等。種種以上困難都制約了原子熒光的發展。

　　高經理最后表示，原子熒光是我國具備自主知識產權的原子光譜類儀器，拓寬原子熒光的應用領域，如應用于地質勘探，對諸多重金屬元素，貴金屬進行測試；以及開發小型化、野外作業設備都是今后我國原子熒光領域的發展方向。

尿鉻含量監測鉻鹽工人暴露程度的研究與阿爾茨海默癥模型鼠腦中金屬元素的代謝組學研究

中國科學院高能物理研究所王華健博士

　　最后，來自中國科學院高能物理研究所的王華健博士為大家帶來了題為《尿鉻含量監測鉻鹽工人暴露程度的研究與阿爾茨海默癥模型鼠腦中金屬元素的代謝組學研究》的報告。

　　尿鉻含量監測鉻鹽工人暴露程度的研究

　　山東濟南某一六價鉻鹽加工廠，現場從事鉻鹽生產的工人有900多人，不同生產流程的工作場所中鉻鹽空氣監測濃度最高達150μg/m³，而ACGIH規定職業暴露空氣中的可溶態六價鉻的最高容許濃度為50μg/m³，所以該工廠嚴重危害了工人身體健康。王老師所在課題組主要研究目的是：探求合適的生物監測方法，評價工人的職業暴露程度。

　　鉻元素分為三價鉻和六價鉻兩種形態，其中三價鉻可參與體內胰島素代謝，是一種對人體有益的元素；而六價鉻則對人體有害，通過與DNA反映可導致細胞的損傷。但無論是三價鉻還是六價鉻，鉻元素在體內代謝后約有70%都會隨尿液排出，所以可采用ICP-MS檢測人體尿鉻的總量以及其中六價鉻的含量，并與紅細胞與空氣中的鉻含量進行相關性分析研究。

　　經實驗得出，尿樣中鉻的總量與紅細胞鉻及空氣鉻都有很好的相關性，所以尿中總鉻含量可很好地反映鉻鹽工人的職業暴露程度。通過采用RPIP-HPLC(反相離子對高效液相色譜)對三價鉻和六價鉻進行形態分析得出，尿樣中六價鉻與空氣鉻及尿總鉻有很好的相關性，表明尿中六價鉻可用于急性鉻鹽暴露程度的監測，同時也檢測到尿六價鉻的工人紅細胞鉻含量有一限值，約為20μg/L。

　　AD模型鼠腦中金屬元素的代謝組學研究

　　王老師在報告中主要介紹了金屬元素在阿爾茨海默癥(AD)發生及發展過程中的作用。實驗中選用轉基因鼠為模型，通過水迷宮的實驗，即將老鼠放置在迷宮內，如老鼠能夠按照正確路線或在較短時間內爬出，則說明其認知和記憶能力良好。反之則說明該老鼠可能患有AD病癥。

　　在具體分析實驗中，王老師主要進行了三方面的研究：(1)采用SR-XRF方法進行金屬原位分析，從而研究不同發病期金屬在各個腦區中的分布；(2)采用Aβ42的納米金免疫標記進行蛋白原位分析，進行金屬與蛋白質的原位相關性研究；(3)采用SR-XAFS方法進行金屬價態分析，從而監測變價金屬是否參與氧化損傷，導致人體細胞凋亡或功能發生變化。

　　活動間隙，本次活動的東道主中國計量科學研究院的韋超老師和巢靜波老師，帶領大家參觀了計量院的無機化學實驗室和有機化學實驗室。包括ICP-MS、原子光譜、無機質譜、有機質譜、氣質聯用、液質聯用、磁質譜、多接收同位素質譜等大型分析儀器。

　　相關實驗室：中國計量科學研究院化學計量與分析科學研究所

參觀實驗室

Agilent 7500系列ICP-MS

　　其中中國計量科學研究院無機化學實驗室作為基準試劑的研究測量單位，為我國建立了化學試劑純度國家計量基準體系，韋超老師還為大家詳細介紹了關于基準試劑的測定設備。該設備用更多的電化學方法，所測數據值直接反映到安培等具體的電化學參數，所以雖然設備看起來不那么“有規模、有氣勢”，但測定的準確度卻能達到十萬分之幾。所以測定基準試劑，必須依靠下面這兩套設備。