第三期原子光谱沙龙活动报道

　　【导语】本期沙龙几大看点：一、用ICP-MS研究蛋白质组、代谢组，拓宽了用原子光谱研究生命科学的视野；二、有两家原子荧光厂家参与报告，产业界人士和应用一线专家深入交流；三、大家在原子荧光仪器研发方面交流碰撞出了火花。下面请跟随小编了解详情……

　　2010年11月13日第三期原子光谱沙龙活动在中国计量科学研究院成功举办。该系列活动由清华大学分析中心邢志老师发起并组织，活动以专题报告和讨论为主，参与者均为从事原子光谱分析工作的一线技术人员，大家就原子光谱的应用、分析技术、仪器研发、仪器维护等多方面进行了深入的切磋和探讨。

　　本届原子光谱沙龙活动由中国计量科学研究院协办，参与者分别来自中国科学院高能物理研究所、中国计量科学研究院、清华大学分析中心、中国皮革和制鞋工业研究院、地质科学研究院、中国检验检疫科学院、北京吉天仪器有限公司、北京金索坤技术开发有限公司等。分析测试百科网将伴随此沙龙活动进行长期追踪报道。

第三期原子光谱沙龙活动现场

　　

清华大学分析中心 邢志老师

　　报告伊始，邢志老师首先对到场同行好友的积极参与表示了诚挚的感谢，并讲到：原子光谱的应用领域已非常广泛，利用原子光谱技术展开科学研究的分析工作者也很多，但是彼此之间的横向交流却很少。举办原子光谱沙龙的初衷便是希望同行之间，无论是进行应用研究的、还是方法测试、仪器研发、仪器维护的等等，大家都能有机会聚在一起，针对在原子光谱领域的一些心得、体会、经验进行交流互动，并积极探讨自己在实际工作中遇到的难题，大家能够互相帮助来解决。

　　最后，邢老师十分感慨地说到：“随着业内更多一线工作人员、仪器厂家的参与，原子光谱沙龙的规模也会进一步的扩大。希望每位参与者都能够积极地交流探讨，同时也欢迎更多的业内人士参与进来，使得原子光谱沙龙的队伍更加壮大！”

第三期原子光谱沙龙活动与会人员合影

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基于元素标记和等离子体质谱测量的蛋白质定量标记

中国科学院高能物理研究所 王萌博士

　　首先，来自中国科学院高能物理研究所的王萌博士为大家做了题为《基于元素标记和等离子体质谱测量的蛋白质定量标记》的报告。

　　已有的蛋白质组学定量方法

　　蛋白质是生物功能的执行者，它是生命复杂性的起源、它能解释基因组、预防疾病也是新药研发的基础。

　　王博士首先以蚕由蛹化蝶为例阐明了蛋白质定量分析的重要性。在蚕蛹孵化成蝶的过程中，它的基因是没有变化的，但是它的蛋白质却发生了很大的动态变化。所以研究动态、变化的蛋白质组需要定量分析。目前，蛋白质组定量的方法有两种：一种是通过在病理与生理或在不同外部的刺激下，比较差异蛋白质组来进行相对定量；一种是通过对生物标志物的研究来进行绝对定量。

　　目前已有的定量蛋白质组学方法包括了双向电泳技术、质谱技术、生物质谱结合同位素标记(包括代谢标记、酶解时标记、化学标记等)、非标记的质谱方法等，但是这些方法多数是相对定量方法，绝对定量有困难，实验结果也难以比较；又由于多数有机质谱线性范围小(2-3个数量级)，基于MALDI电离的质谱在金属蛋白质分析中，存在丢失金属信息、检出限差、谱图复杂的问题，所以在完成蛋白质的绝对定量时遇到重重困难。

　　基于ICP-MS的蛋白质定量方法

　　针对上述问题，王博士通过大量的研究工作，提出了利用无机质谱ICP-MS来进行蛋白质定量的新方法。ICP-MS在定量方面具有先天的优势：（1）抗背景干扰，同一元素在ICP-MS的响应与其所处的化学环境无关；（2）动态范围宽，ICP-MS的线性范围大于9个数量级；（3）灵敏度高，ICP-MS对多种元素的检出限可达ppt量级；（4）易于联用，ICP-MS易于同HPLC、CE、LA等分离技术联用。利用ICP-MS无机质谱技术，通过分析蛋白质中已有的天然元素、或分析标记后的蛋白质中的元素，可实现对蛋白质的绝对定量。

　　王博士接下来分别重点介绍了两类基于ICP-MS蛋白质定量方法即天然内标元素定量和引入标记元素定量。

　　天然内标来对蛋白质定量

　　(1)天然内标：硫

　　运用碰撞反应池技术以及柱后同位素稀释技术，对天然内标物硫元素进行分析，从而对蛋白质绝对定量。

　　(2)蛋白质的磷酸化分析

　　借助于LA-ICP-MS技术，来判断蛋白质是否磷酸化，然后结合使用ESI-MS和ICP-MS来分析蛋白质中的磷，实现对蛋白质的绝对定量。

　　引入标记元素对蛋白质定量

　　对蛋白质进行元素标记，即在双官能团试剂作用下，将稀土元素DOTA、DTPA标记在蛋白质上，然后通过对标记元素分析实现蛋白质绝对定量。

　　(1) 直接标记蛋白质样品，实现定量。

　　(2) 标记抗体后定量分析抗原(与放射免疫类似)。

　　报告最后王博士总结说到，前几年在蛋白质组学的发现流程中，蛋白质的鉴定均是使用有机质谱来完成的；但在新的定量蛋白质组来临之时，ICP-MS将在蛋白质组学定量领域显示越来越大的潜力，将成为未来蛋白质组学定量研究的一项新策略。

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原子荧光现场检测技术

北京吉天仪器有限公司 刘霁欣博士

　　接下来，来自北京吉天仪器有限公司的刘霁欣博士为大家带来题为《原子荧光现场检测技术》的报告。

　　原子荧光简要介绍

　　原子荧光是极具“中国特色”的原子光谱产品，我国具有完全的自主知识产权，并建立了40多项相关国家和行业标准。针对As、Hg、Se等元素的检测，原子荧光可谓是性价比最高的检测手段，由于没有采用分光系统所有还可适用于现场检测。

　　刘博士首先向大家详细介绍了由蒸气发生原子荧光测量的实现步骤，包括（1）样品经过前处理转化成溶液；（2）溶液通过蒸气发生器进行导入；（3）导入后溶液实现原子化，形成自由原子；（4）自由原子在空心阴极灯激发下形成激发态的自由原子；（5）激发态自由原子在退激过程中发出原子荧光，最终被检测得到原子荧光信号。

　　但上述的这样一套系统在实现现场检测却存在困难：现有的蒸气发生技术适用范围窄(只适用于11种元素，11种元素中真正能做好的也就4~5种元素)；蒸气发生原子荧光需要氢化物发生的试剂，这些试剂往往稳定性较差；整个氢化物发生反应过程对操作者有一定要求，没有一定经验是很难做好的；蒸气发生原子荧光只能做液体样品，所测物质必须先经过前处理。所以直接利用现有的原子荧光技术实现现场检测是不可能的。这时需要对现有的原子荧光技术进行改进：一方面从导入上改进，另一方面从原子化上改进。

　　原子荧光现场检测技术的实现

　　接下来，刘博士在报告中提出了两项新型导入技术，包括紫外发生技术和多孔碳材料电热蒸发进样技术；以及新型在线原子阱二次原子化技术。

　　紫外蒸气发生技术

　　紫外蒸气发生技术的原理是，利用紫外光照射产生的高活性自由基来实现待测元素蒸气发生。它需要特殊紫外光源，但无需特殊试剂、操作简便。

　　但是通常的紫外发生技术紫外照度较弱，且阴离子与自由基反应造成了高活性自由基浓度较低的问题。刘博士通过查阅文献以及大量实验研究，发明了高效灯内紫外处理装置，液体直接流经置于紫外灯内的石英管。该装置可有效提高紫外光的照度并在一定程度下缓解了阴离子干扰。

　　这项新技术有望成为现有蒸气发生技术的有益补充，大幅扩充应用元素；在现场溶液检测领域和现场形态分析领域前景广阔。

　　多孔碳材料电热蒸发进样技术

　　多孔碳材料电热器化学组成与石墨管类似，抗氧化能力强，材料本身成本不高；纤维状结构具有电阻较高、功率低、无需冷却装置的特性，完全满足了理想电热器的要求，全新的原创性电热蒸发装置适合在现场小型化仪器中的使用。

　　在线原子阱二次原子化技术

　　在线原子阱二次原子化技术原理是：利用特殊材料捕获待测分析元素原子，将之富集、并与基体分离；之后再次将待测元素以原子形式释放并检测。这项技术的显著优点是可大幅提高灵敏度。

　　在线原子阱二次原子化技术技术能实现氢化物的热解捕获和热释放，以前可应用于As、Se、Sb、Bi、Cd、Pb等元素，但仅依赖于氢化物过程，应用面较窄。吉天对该技术改进后，可捕获、热释放出电热蒸出（如固体样品）的元素，拓宽了其应用。比如：电热蒸出的Hg可被贵金属捕获，并二次热释；在特殊条件下，电热蒸出的Cd可被钨捕获并二次热释，可获得极高的灵敏度。

　　将多孔碳材料的电热发生器技术与在线原子阱二次原子化技术结合，可实现理想的现场检测。这套原子荧光体系具备低功耗、体积小等优点，可满足现场检测的应用要求，并可彻底消除直接进样过程中的基体干扰，是快速直接进样检测的理想手段。

　　原子荧光新技术的应用

　　刘博士最后指出，北京吉天仪器有限公司在上述新技术改进的基础上，先后开发出三态测汞仪、固体测镉仪、紫外发生测汞仪这三种仪器。并列举了大量应用实例，包括土壤中汞固体进样检测、固体镉测定、液体样品总汞测定、以及利用在线紫外发生汞形态分析仪对虾样测定等。在检出限、线性关系、抗基体干扰、加标回收、重复性等等方面，这三类仪器都表现出良好的性能，取得了非常满意的检测结果，适用于对实际样品的测量。

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非试剂发生氢化物原子荧光分析方法研究

清华大学分析中心 杨萌老师

　　来自清华大学分析中心的杨萌老师做了题为《非试剂发生氢化物原子荧光分析方法研究》的报告。

　　化学蒸气发生原子荧光光谱法（CVG-AFS）是一种广泛应用于农业、医药化工、石油工业的分析检测手段，包括传统化学蒸气发生和新型化学蒸气发生两种。其中传统化学蒸气发生还包括氢气发生、烷基化、卤化、电化学和原子蒸气这几种方式，其中以高效灵敏的氢气发生应用最为普遍。然而上述这些传统的化学蒸气发生方法都存在共同的缺点，即在检测中均需要使用大量试剂，同时产生大量的废液。例如经常使用到的硼氢化钾溶液不宜保存，分析时需现用现配，并且对人体呼吸粘膜会造成伤害。

　　基于以上问题，杨老师所在课题组便提出了一种新型的化学蒸气发生方法——低温等离子体化学蒸气发生法，该方法具有无需试剂、可实现仪器小型化等优点。

　　最后，杨老师总结到与现有液体样品分析手段相比，低温等离子体化学蒸气发生法具有设备简单，无试剂的优点。此方法为现有原子荧光光谱仪小型化提供了一种新的途径。

　　报告后，很多在场专家均对低温等离子体发生方法表现出浓厚兴趣，并有几位专家提出了很好的建议，对于报告人和课题组拓宽思路很有益处。

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含有重金属的皮革能力验证样品及其制备方法

中国皮革和制鞋工业研究院 赵洋老师

　　来自中国皮革和制鞋工业研究院的赵洋老师介绍了题为《含有重金属的皮革能力验证样品及其制备方法》的报告。

　　皮革及其制品中的重金属元素

　　赵老师首先指出，随着人们环保及“绿色消费”的意识不断加强，皮革服装、皮鞋、皮包等日用消费品的安全卫生问题已经引起了世界各国的密切关注。我国是皮革制品生产、出口大国，传统的鞣质工艺及加工过程中使用的鞣剂、燃料、助剂均会使皮革和毛皮成品中含有一定量的重金属元素，其中铅、镉、镍、铬、钴、铜、锑、砷、汞等都可通过汗液的浸渍经皮肤侵入人体，之后便不再以离子形式存在，而是与体内有机成分结合成金属络合物，从而严重危害人体健康。

　　欧盟等国家对皮革制品中的重金属含量进行了严格的控制，并制定了相关的法规、指令。如欧盟委员会在2003年1月6日宣布规定纺织品和皮革制品市场上禁止使用蓝色铬偶氮染料，在很大程度上限制了我国皮革制品的出口。

　　皮革中重金属的来源

　　鞣制是皮革生产中最为重要的工序，其中的无机鞣剂便成为皮革中重金属的重要的来源。铬鞣具有其独特的实用价值，不仅省时、经济，而且铬鞣具有耐湿热、稳定性强、机械强度高、染色性能好、手感柔软丰满的综合性能。但是铬盐尤其六价铬却对人体的安全性遭到质疑，并被认为是一种必须治理的污染源。

　　除无机鞣剂意外，金属络合染料、含金属染料的合成鞣剂、抗菌剂等都是影响皮革成品中重金属元素含量的关键因素。

　　皮革中重金属含量的测定方法

　　我国于2003年3月1日起开始实施的《生态纺织品技术要求》标准中限制了重金属元素的含量，并标明了皮革制品可参考执行。GB/T 22930-2008《皮革和毛皮 化学实验 重金属含量的测定》中规定了皮革、毛皮中铅、镉、镍、铬、钴、铜、锑、砷、汞九种元素的总量和可萃取量的测定方法。接下来，赵老师便基于该标准方法，为大家详细介绍了皮革中重金属含量的测定方法。

　　样品的预处理

　　在分析重金属总量时，样品前处理阶段采用微波消解方法，考虑到皮革及其制品中含有大量的有机物（油脂、胶原蛋白等），在生产加工中添加鞣剂、助剂、燃料等多种化工原料、样品中各组分的物理化学性质差异很大。因此，经试验确定采用4mL硝酸和1mL过氧化氢的消解体系。

　　汗液使重金属离子游离出来，进入人体，所以检测游离重金属量更能反映出重金属元素对人体健康造成的直接伤害。检测重金属可萃取量时，样品前处理阶段通过模仿人体皮肤表面温度（37℃），使用人工配制的酸性汗液对样品进行萃取，这也是检测皮革中游离重金属元素含量普遍使用的预处理方法。

　　仪器分析

　　由于ICP可同时进行多元素的快速分析，且灵敏度高，易建立检测方法，标准曲线具有较宽的检测动态范围，精密度和重复性好。因此最终选择ICP作为方法标准的检测仪器。

　　为提高检测的准确性和灵敏度，在实际分析中对ICP进行了一系列参数设置和优化，赵老师指出应主要考虑分析谱线的选择，雾化器压力、RF功率、等离子气、辅助气、雾化气流量的设置，以及样品导入等因素。

　　随后赵老师简单介绍了能力验证样品的制备方法，以及对该样品均匀性、稳定性的检测方法。

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ICP-MS的应用和维护

中国检验检疫科学研究院综合检测中心 乐粉鹏老师

　　来自中国检验检疫科学研究院综合检测中心消费品部元素组的乐粉鹏老师为大家带来了题为《ICP-MS的应用和维护》的报告。乐老师在报告中主要介绍了ICP-MS的结构原理及其在实际工作中的具体应用和维护经验。

　　电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)，是20世纪80年代发展起来的分析测试技术，它以独特的接口技术将ICP的高温(7000K)电离特性与四极杆质谱的灵敏快速扫描的优点相结合，可分析所有的金属元素和绝大部分的非金属元素，放射性元素同样可以检测，检出限均可达0.1ppt。

　　ICP-MS技术的分析能力不仅可以取代传统的无机分析技术如ICP、石墨炉原子吸收进行定性、半定量、定量分析及同位素比值的准确测量等，还可以与其他技术如HPLC、HPCE、GC联用进行元素的形态、分布特性等分析。

　　ICP-MS的结构和原理

　　乐老师首先向大家介绍了ICP-MS的结构原理，包括进样系统、接口、离子透镜、真空系统、四极杆及检测器等基本结构。

　　第一部分为进样系统，样品首先通过蠕动泵进入到同心雾化器，雾化器将样品雾化成气溶胶，气溶胶随载气进入到分析器内。

　　第二部分为射频发生器和接口，样品里的所有元素经射频发生器加热后转变成离子。之后通过样品锥和截取锥的逐级分压作用，最终将离子引进入到真空系统里。

　　第三部分为离子透镜系统对离子进行聚焦，聚焦之后通过碰撞反应池来消除干扰，消除干扰后的离子再进入到主四极杆，对离子进行筛选，最后进入到检测器中。

　　第四部分为真空系统，具备两个涡轮分子泵和两个机械泵，第一个机械泵对两个接口锥之间进行抽真空，第二个机械泵来支撑另外两个涡轮分子泵。

　　ICP-MS的应用

　　ICP-MS技术已被广泛应用于饮用水、地表水、金属元素、非金属材料、矿石、土壤、化工原料、食品、药品等领域。乐老师指出其所在实验室主要应用ICP-MS进行茶叶中158种稀土元素的测定、土壤中微量元素的测定、2010版中国药典新规定的中药中As、Hg、Pb、Cd、Cu微量元素的测定、进出口化肥、水产品、保健品以及化妆品等样品的检测。

　　目前已有一些方法检测标准中已采用ICP-MS联用技术，如采用HPLC-ICP-MS进行砷形态分析研究；IC-ICP-MS进行三价铬/六价铬分析；GC-ICP-MS用于汽车用油中防暴剂和烷基铅的检测；以及氢化物发生器-ICP-MS分析海水中超痕量污染物如As、Se、Sb的检测。

　　ICP-MS的维护

　　最后，乐老师根据自己操作ICP-MS的使用经验，同大家分享了他的一些维护心得。包括工作环境温湿度的要求，乐老师推荐ICP-MS放置的最佳室温应为20℃左右、湿度为35~50%。以及雾化器、炬管、透镜等仪器部件的清洗频率，机械泵油气过滤器和循环水过滤器的更换周期等。

 

北京金索坤技术开发有限公司 高树林总经理

　　北京金索坤技术开发有限公司的高树林总经理，针对原子荧光光谱仪的分析技术及发展前景表达了自己的观点。

　　高经理讲到，大家可能都普遍认为原子荧光只能检测11种元素（砷、锑、铋、汞、铅、锡、锗、硒、碲、锌、镉），但实际上原子荧光的检测能力不仅仅局限于此，该技术还可应用于更多的领域，比如贵金属金、银。在检测的灵敏度上原子荧光比火焰法原子吸收光谱高出2个数量级左右，可与高灵敏的石墨炉原子吸收光谱仪相比拟。

　　在中国，氢化物发生法得到更广泛的应用。而在东南亚、非洲等一些国家，由于地域性的特殊应用，采用火焰法原子荧光方法测定金、银、砷、锑等元素技术得到他们的普遍接受和应用。

　　总体来看，在国际上氢化物发生原子荧光分析方法还没能得到广泛认可，特别是针对砷、锑元素的测定，国外更多采用的是原子吸收加氢化物发生法，但实际上该方法在测试的灵敏度和稳定性上都不如原子荧光准确。所以希望更多分析领域的专家和产业界人士来关注和发展原子荧光技术，使原子荧光技术推广到全世界更多的范围。

　　从当前来看，原子荧光还有很多方面值得关注并改进技术。比如目前不管是氢化物发生法还是火焰法其原子化效率都有待提高，还存在很多基体干扰。比如在原子激发过程中，由于高强度激发光源不容易做，大多数仪器采用的是较低强度的激发光源，这时激发过程会受到温度湿度等诸多环境影响，激发效率不高（不到50％），稳定性差等。种种以上困难都制约了原子荧光的发展。

　　高经理最后表示，原子荧光是我国具备自主知识产权的原子光谱类仪器，拓宽原子荧光的应用领域，如应用于地质勘探，对诸多重金属元素，贵金属进行测试；以及开发小型化、野外作业设备都是今后我国原子荧光领域的发展方向。

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尿铬含量监测铬盐工人暴露程度的研究与阿尔茨海默症模型鼠脑中金属元素的代谢组学研究

中国科学院高能物理研究所 王华健博士

　　最后，来自中国科学院高能物理研究所的王华健博士为大家带来了题为《尿铬含量监测铬盐工人暴露程度的研究与阿尔茨海默症模型鼠脑中金属元素的代谢组学研究》的报告。

　　尿铬含量监测铬盐工人暴露程度的研究

　　山东济南某一六价铬盐加工厂，现场从事铬盐生产的工人有900多人，不同生产流程的工作场所中铬盐空气监测浓度最高达150μg/m³，而ACGIH规定职业暴露空气中的可溶态六价铬的最高容许浓度为50μg/m³，所以该工厂严重危害了工人身体健康。王老师所在课题组主要研究目的是：探求合适的生物监测方法，评价工人的职业暴露程度。

　　铬元素分为三价铬和六价铬两种形态，其中三价铬可参与体内胰岛素代谢，是一种对人体有益的元素；而六价铬则对人体有害，通过与DNA反映可导致细胞的损伤。但无论是三价铬还是六价铬，铬元素在体内代谢后约有70%都会随尿液排出，所以可采用ICP-MS检测人体尿铬的总量以及其中六价铬的含量，并与红细胞与空气中的铬含量进行相关性分析研究。

　　经实验得出，尿样中铬的总量与红细胞铬及空气铬都有很好的相关性，所以尿中总铬含量可很好地反映铬盐工人的职业暴露程度。通过采用RPIP-HPLC(反相离子对高效液相色谱)对三价铬和六价铬进行形态分析得出，尿样中六价铬与空气铬及尿总铬有很好的相关性，表明尿中六价铬可用于急性铬盐暴露程度的监测，同时也检测到尿六价铬的工人红细胞铬含量有一限值，约为20μg/L。

　　AD模型鼠脑中金属元素的代谢组学研究

　　王老师在报告中主要介绍了金属元素在阿尔茨海默症(AD)发生及发展过程中的作用。实验中选用转基因鼠为模型，通过水迷宫的实验，即将老鼠放置在迷宫内，如老鼠能够按照正确路线或在较短时间内爬出，则说明其认知和记忆能力良好。反之则说明该老鼠可能患有AD病症。

　　在具体分析实验中，王老师主要进行了三方面的研究：(1)采用SR-XRF方法进行金属原位分析，从而研究不同发病期金属在各个脑区中的分布；(2)采用Aβ42的纳米金免疫标记进行蛋白原位分析，进行金属与蛋白质的原位相关性研究；(3)采用SR-XAFS方法进行金属价态分析，从而监测变价金属是否参与氧化损伤，导致人体细胞凋亡或功能发生变化。

 

　　活动间隙，本次活动的东道主中国计量科学研究院的韦超老师和巢静波老师，带领大家参观了计量院的无机化学实验室和有机化学实验室。包括ICP-MS、原子光谱、无机质谱、有机质谱、气质联用、液质联用、磁质谱、多接收同位素质谱等大型分析仪器。

　　相关实验室：中国计量科学研究院化学计量与分析科学研究所

参观实验室

Agilent 7500系列ICP-MS

　　其中中国计量科学研究院无机化学实验室作为基准试剂的研究测量单位，为我国建立了化学试剂纯度国家计量基准体系，韦超老师还为大家详细介绍了关于基准试剂的测定设备。该设备用更多的电化学方法，所测数据值直接反映到安培等具体的电化学参数，所以虽然设备看起来不那么“有规模、有气势”，但测定的准确度却能达到十万分之几。所以测定基准试剂，必须依靠下面这两套设备。

过去测定基准试剂的旧设备

　　

目前用于测定基准试剂的新设备