微量元素检测技术的现状与发展

微量元素微量元素检测检测技技术术的的现状与发现状与发展展基本概念微量元素（微量元素（traceelementtraceelement））又名痕量元素，未有统一认可的定义，习惯上把研究体系中含量小于0.1%的元素称为微量元素。人体微量元素人体微量元素检测检测的常的常规项规项目目营养保健医学建议应该常规检测的人体微量营养保健医学建议应该常规检测的人体微量锌锌ZnZn、铁、铁FeFe、锰、锰MnMn、铜、铜CuCu、钙、钙CaCa、镁、镁MgMg、铅、铅PbPb、镉、镉CdCd营养营养保健保健医学医学定定义义的微量元素的微量元素在人体内含量发生可被检测到的微量变化，就可引起人体隐性或显性的生理、病理改变，从而影响人体健康的元素。检测人体微量元素的方法可用于人体微量元素检测的方法有：同位素稀释质谱法、分子光谱法、原子发射光谱法、原子吸收光谱法、X射线荧光光谱分析法、中子活化分析法、生化法、电化学分析法等。临床医学上广泛应用的方法主要为电化学分析法、原子吸收光谱法这两种。生化分析仪可检测铁、钙、钾、钠等少数元素，但与微量元素检测意义不同：生化检测的样本是血清，微量元素检测的样本是全血。生化检测的是元素利用状态，反映的是病症的程度，微量元素检测的是体内元素的存量，反映的是病症的病因。亦即，生化检测的是标，微量元素检测的是本。卫生部卫生部《《血铅临床检验技术规范血铅临床检验技术规范》》（卫医发（卫医发〔〔20062006〕〕1010号）号）血铅检测只能采用血铅检测只能采用石墨炉原子吸收光谱法石墨炉原子吸收光谱法和和微分电位溶出法微分电位溶出法国内微量元素检测发展史20002000年以前年以前20002000年以前，国产元素分析检测设备主要用于工业及采矿，有少数医疗科研年以前，国产元素分析检测设备主要用于工业及采矿，有少数医疗科研单位，出于科研目的，使用进口石墨炉原子吸收光谱仪进行人体微量元素单位，出于科研目的，使用进口石墨炉原子吸收光谱仪进行人体微量元素的检测。由于进口石墨炉原子吸收光谱仪价格昂贵、操作复杂，且人们对的检测。由于进口石墨炉原子吸收光谱仪价格昂贵、操作复杂，且人们对微量元素临床意义的认识不够，临床医疗机构几乎极少开展微量元素检测。微量元素临床意义的认识不够，临床医疗机构几乎极少开展微量元素检测。20012001年年位于山东省济宁市生产工业分析仪器的国营企业，将用于矿石成分检测的极位于山东省济宁市生产工业分析仪器的国营企业，将用于矿石成分检测的极谱分析仪经简单改造，以谱分析仪经简单改造，以44万元左右的价格销售给医院进行人体微量元素万元左右的价格销售给医院进行人体微量元素检测。由于检测。由于44万元左右的价格与百万元以上进口石墨炉原子吸收光谱仪相万元左右的价格与百万元以上进口石墨炉原子吸收光谱仪相比，价格实在低廉，一些医院开始尝试进行微量元素检测。比，价格实在低廉，一些医院开始尝试进行微量元素检测。由于人们意识到铅污染对人体特别是儿童智力等健康影响较大，而极谱法测由于人们意识到铅污染对人体特别是儿童智力等健康影响较大，而极谱法测铅存在很大的局限，于是该厂又改造了溶出分析仪用于检测发铅和血铅。铅存在很大的局限，于是该厂又改造了溶出分析仪用于检测发铅和血铅。为了医院的使用方便，他们将极谱仪和溶出仪合并到一台仪器上，称为微为了医院的使用方便，他们将极谱仪和溶出仪合并到一台仪器上，称为微量元素分析仪。量元素分析仪。国内微量元素检测发展史20012001年年~2005~2005年年由于微量元素分析仪销售到医院的价格远远高于工业仪器的价格，技术人员由于微量元素分析仪销售到医院的价格远远高于工业仪器的价格，技术人员纷纷纷纷““下海下海””，在山东和其它省份创办了多家生产微量元素分析仪的企业。，在山东和其它省份创办了多家生产微量元素分析仪的企业。同时掀起了国内人体微量元素检测的热潮。虽然各生产企业在仪器外观等同时掀起了国内人体微量元素检测的热潮。虽然各生产企业在仪器外观等方面做了很多改进，但对仪器的稳定性、准确度、抗干扰性以及操作的简方面做了很多改进，但对仪器的稳定性、准确度、抗干扰性以及操作的简便性等方面无实质性改进的技术。便性等方面无实质性改进的技术。由于微量元素检测在全国各级医疗机构普遍开展，越来越多的检验人员发现由于微量元素检测在全国各级医疗机构普遍开展，越来越多的检验人员发现无论哪家生产的微量元素分析仪都存在不稳定、检测结果不准确、故障率无论哪家生产的微量元素分析仪都存在不稳定、检测结果不准确、故障率高、操作繁琐等问题。高、操作繁琐等问题。20052005年年位于北京生产科教仪器的某公司，看到人体微量元素检测的巨大市场，以及位于北京生产科教仪器的某公司，看到人体微量元素检测的巨大市场，以及人们对普通电化学微量元素分析仪的失望和对文献中原子吸收光谱仪的认人们对普通电化学微量元素分析仪的失望和对文献中原子吸收光谱仪的认可，将科教用的火焰和钨舟原子吸收光谱仪经过改造推向医疗市场。可，将科教用的火焰和钨舟原子吸收光谱仪经过改造推向医疗市场。商务操作误导大家认为电化学的方法学不好，只有原子吸收方法才是金标准。商务操作误导大家认为电化学的方法学不好，只有原子吸收方法才是金标准。国内微量元素检测发展史20052005年以后年以后随着国产原子吸收光谱仪的大量推广，以及随着国产原子吸收光谱仪的大量推广，以及““下海下海””人员的另起炉灶，国产人员的另起炉灶，国产原子吸收光谱仪市场占有率呈直线上升。同时检验人员逐渐发现国产原子原子吸收光谱仪市场占有率呈直线上升。同时检验人员逐渐发现国产原子吸收光谱仪也不稳定，存在很多问题，特别是产生有毒废气且存在爆炸火吸收光谱仪也不稳定，存在很多问题，特别是产生有毒废气且存在爆炸火灾隐患。灾隐患。然而，老百姓对微量元素检测的需求丝毫未减，且几年的临床实践和研究，然而，老百姓对微量元素检测的需求丝毫未减，且几年的临床实践和研究，人们发现微量元素与许多疾病有关，同时医院实行医药比例。因而微量元人们发现微量元素与许多疾病有关，同时医院实行医药比例。因而微量元素检测项目并未减少。素检测项目并未减少。目前目前医院迫切需要一种检测准确、操作简便、无安全隐患的微量元素检测设备。医院迫切需要一种检测准确、操作简便、无安全隐患的微量元素检测设备。20122012年人们将具有年人们将具有9696年历史的美国年历史的美国AWSAAWSA分析仪器公司的电荷稳定控制技术引分析仪器公司的电荷稳定控制技术引入国内，生产出高准度微量元素分析仪。该类仪器具有普通电化学微量元入国内，生产出高准度微量元素分析仪。该类仪器具有普通电化学微量元素分析仪的安全性，同时在人体微量元素检测方面其稳定性和准确度相当素分析仪的安全性，同时在人体微量元素检测方面其稳定性和准确度相当于甚至高于进口石墨炉原子吸收光谱仪，且操作极其简单。于甚至高于进口石墨炉原子吸收光谱仪，且操作极其简单。原子吸收光谱仪原子吸收光原子吸收光谱谱法法(AAS)(AAS)的原理的原理基本原理基本原理不同的原子处于气态时，可吸收特定波长的光线辐射，根据光线被吸收后的减弱程度就可以判断样品中待测元素的含量。原子吸收光原子吸收光谱仪谱仪的的关键关键技技术术①发出波长单一纯正的光线。②保持气态原子的温度（3700℃）恒定。③有效屏蔽外界光线和电磁辐射的干扰。原子吸收光谱仪原子吸收光原子吸收光谱谱法法(AAS)(AAS)的原理的原理原子吸收光原子吸收光谱谱法的分法的分类类①石墨炉原子吸收光谱法(用石墨管作为加热及恒温装置）。②火焰原子吸收光谱法（用乙炔火焰作为加热及恒温装置）。③钨舟原子吸收光谱法（用钨舟作为加热及恒温装置）。原子吸收光谱仪进进口原子吸收光口原子吸收光谱仪谱仪①结果准确，但操作复杂、速度慢、样品需要特殊硝化处理。②价格昂贵、占位较大、需理化专业人员操作。③仅用于科研及教学，不适用于临床检验。美国瓦里安美国PE日本岛津原子吸收光谱仪国产医国产医用原子吸收光用原子吸收光谱仪谱仪1.1.需独立房间、使用多种高压气体、安装排烟管道、循环水机。需独立房间、使用多种高压气体、安装排烟管道、循环水机。原子吸收光谱仪国产医国产医用原子吸收光用原子吸收光谱仪谱仪22..需开机预热需开机预热3030分钟以上，批量检测，不能随到随测。分钟以上，批量检测，不能随到随测。33..产生致癌的废气和废水，污染环境，直接损害操作人员。产生致癌的废气和废水，污染环境，直接损害操作人员。44..燃烧高压乙炔气体，有爆炸失火隐患，威胁医务人员的生命财产。燃烧高压乙炔气体，有爆炸失火隐患，威胁医务人员的生命财产。用油烟机排废气用油烟机排废气原子吸收光谱仪爆炸原子吸收光谱仪爆炸用塑料瓶接废水用塑料瓶接废水原子吸收光谱仪国产医国产医用原子吸收光用原子吸收光谱仪谱仪55..多元素同时检测，不同波长的光波间存在干涩和衍射干扰，结果失真。多元素同时检测，不同波长的光波间存在干涩和衍射干扰，结果失真。66..全套元素需要两台设备检测，复合型需停机更换原子发生器。全套元素需要两台设备检测，复合型需停机更换原子发生器。77..技术落后，温度不能保持恒定。国产石墨炉技术不过关。技术落后，温度不能保持恒定。国产石墨炉技术不过关。88..血铅检测速度慢、每人次检测至少血铅检测速度慢、每人次检测至少33分钟。分钟。99..需更换各种气体、喷嘴、石墨管等，使用成本高。需更换各种气体、喷嘴、石墨管等，使用成本高。电化学微量元素分析仪电电化化学学分析法的原理分析法的原理基本原理基本原理电化学池中由电解质溶液和浸入其中的两个电极组成，两电极用外电路接通。在两个电极上发生氧化还原反应，电子通过连接两电极的外电路从一个电极流到另一个电极。根据溶液的电化学性质与被测物质的化学或物理性质之间的关系，将被测定物质的浓度转化为一种电学参量加以测量。还原钙离子所用的电量还原钙离子所用的电量Q=Q=分析电流分析电流II××还原时间还原时间tt钙离子的数量钙离子的数量S=S=所用电量所用电量QQ÷÷钙离子的价位钙离子的价位22钙元素的浓度钙元素的浓度==钙离子的数量钙离子的数量SS÷÷样本的体积样本的体积VV电化学微量元素分析仪电电化化学学分析法的原理分析法的原理电电化化学学微量元素分析微量元素分析仪仪的的关键关键技技术术①保障试剂稳定有效。②保持分析电流的持久恒定。③去除环境温度对离子活跃性的影响。④有效消除人为因素、仪器材料因素、外界环境因素的干扰。单扫描极谱法检测：锌、铁、钙、镁、锰、铜单扫描极谱法检测：锌、铁、钙、镁、锰、铜微分电位溶出法检测：镉、铅、铜微分电位溶出法检测：镉、铅、铜电化学微量元素分析仪普通普通电电化化学学微量元素分析微量元素分析仪仪1.1.全套元素的检测需要多种试剂现场调配，操作繁琐。全套元素的检测需要多种试剂现场调配，操作繁琐。22..检测试剂手工配制、灌装，离子络合能力不稳定，检测结果不准确。检测试剂手工配制、灌装，离子络合能力不稳定，检测结果不准确。44..受供电网络波动的影响受供电网络波动的影响,,分析电流不恒定，检测结果忽高忽低。分析电流不恒定，检测结果忽高忽低。55..受环境温度的影响受环境温度的影响,,离子活跃性不稳定，检测结果不准确。离子活跃性不稳定，检测结果不准确。33..各种元素需单独检测，操作繁琐，工作量大，增加了人为误差。各种元素需单独检测，操作繁琐，工作量大，增加了人为误差。电化学微量元素分析仪普通普通电电化化学学微量元素分析微量元素分析仪仪66..每天需做工作曲线，操作繁琐，人为误差大，检测结果不准确。每天需做工作曲线，操作繁琐，人为误差大，检测结果不准确。99..普通玻璃汞电极普通玻璃汞电极,,常常堵塞，需频繁抽汞，电极汞不封闭，有危害。常常堵塞，需频繁抽汞，电极汞不封闭，有危害。1010..低端国产玻碳电极，需频繁镀汞膜。低端国产玻碳电极，需频繁镀汞膜。77..受样本静电势影响，扫描波峰经常偏移，需人工频繁调整峰电