氮氣電感耦合等離子體質譜（MICAP-MS）為臨床血清元素檢測提供全新解決方案

I  概述

在臨床診斷、營養評估和生命科學研究中，準確測定人體血清中的鈣（Ca）、鐵（Fe）、硒（Se）等關鍵元素至關重要。數十年來，電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）一直是進行此類痕量元素分析的方法。然而，傳統ICP-MS在實際應用中存在一項長期挑戰，限制了其在部分關鍵元素檢測中的準確性。

近期，You等人發表于《Analytical and Bioanalytical Chemistry》的一項前沿研究，為我們帶來了突破性的解決方案——氮氣電感耦合等離子體質譜（MICAP-MS）。該研究通過一套嚴謹的實驗設計，系統評估并證實了MICAP-MS在復雜血清樣本分析中的性能。

II 傳統ICP-MS的局限：氬氣帶來的干擾問題

傳統ICP-MS的核心限制源于其使用氬氣（Ar）作為等離子體氣源。氬氣在電離過程中會形成多原子離子，對Ca、Fe、Se等元素的測量造成嚴重干擾，導致其豐度最高的同位素——如??Ca、??Fe和??Se——在常規氬氣ICP-MS中無法被直接用于檢測，嚴重制約了方法的靈敏度和準確性。

盡管已有碰撞池、冷等離子體等技術用于緩解這些問題，但這些方法通常增加操作復雜性，且未能從根本上解決干擾。

III 系統性的方法驗證：從基質耐受性到高精度定量

本研究采用層層遞進的策略，全面驗證了MICAP-MS的分析能力：

1.   基體耐受性考察與標準曲線法（基體匹配）

研究首先考察了MICAP-MS對血清中高濃度鈉（Na）的耐受性，并采用了基體匹配（在標準品中加入50 mg/L NaCl） 的標準曲線法進行定量。結果顯示，在高Na濃度下（如2 g/L）會出現信號抑制，但在血清典型濃度（~50 mg/L）下影響可控。然而，標準曲線法的結果雖對多數元素有效，卻仍不夠理想，特別是Se、As、Zn因樣品中有機碳殘留導致的信號增強而顯著高估，這引出了對更精準方法的需求。

2.   高Na基體對同位素比值影響的關鍵驗證

為推行高準確度的同位素稀釋法（ID），必須確認復雜基體不干擾同位素比值的測量。研究發現，即使在高達2 g/L的Na濃度下，??Fe/??Fe和?²Se/??Se的同位素比值也未發生顯著變化。這一關鍵結論證明了在高Na血清基體中進行ID分析的可行性，為后續精準定量鋪平了道路。

3.   同位素稀釋法（ID）實現精準定量

基于前述基礎，研究最終采用同位素稀釋法（ID）進行最終定量。該方法有效校正了基體效應，使得Ca、Fe、Se的測定結果與多種標準物質的認證值吻合，充分展現了MICAP-MS與ID法聯用在復雜樣本分析中的準確度。

IV MICAP-MS的突破：以氮氣取代氬氣，并可基于現有設備升級

MICAP-MS技術的核心創新，在于使用氮氣（N?）替代氬氣作為等離子體氣源，這一變革帶來以下關鍵優勢：

1. 避免Ar相關干擾，啟用高豐度核素

由于等離子體中不再含有大量氬，??Ar?、??Ar¹?O?、??Ar??等干擾離子也隨之消失。這使得研究人員能夠直接使用??Ca、??Fe和??Se這些豐度最高的同位素進行高精度同位素稀釋分析（ID），這是傳統Ar-ICP-MS無法實現的，顯著提升了檢測靈敏度。

2.   顯著的升級便利性

本研究基于PlasmaQuant MS Elite ICP-MS進行改裝，證實了MICAP等離子體源可直接對現有商用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）進行改裝升級。這意味著實驗室無需購置整臺新設備，即可以較低成本、在不更換核心質譜部件的情況下，將傳統Ar-ICP-MS升級為性能更優異的MICAP-MS，極大地提升了該技術的普及可行性與投資回報率。

3.   RADOM等離子體發生器

RADOM 開發的高性能等離子體發生器，可以將空氣、N?、CO?、H?、水蒸氣等氣體加熱至等離子體狀態，溫度超過5500℃，能夠為科研實驗室提供緊湊、易用、可靠且經濟實惠的等離子體解決方案，滿足等離子體與材料科學研究的迫切需求。廣泛應用于材料加工、表面活化改性、滅菌、氣化、NOx可控合成、等離子體刻蝕、鍍膜與噴涂等領域。

可用于替代 ICP-MS 的常規氬氣等離子體源，非常適合基于TOF、激光剝蝕及經典四極桿等研究探索的質譜實驗室，目前在全球科研機構已有十多個成功改裝案例，涉及多家 ICP-MS 主流品牌。

■ 模塊化設計，適應多種 ICP-MS 采樣器接口；

■ 視質譜類型及應用方向提供靈活的定制化服務；

■ 高度穩定的等離子體，激發源使用壽命長；

■ 無氬環境，能夠對含氮化合物進行光譜分析；

■ 減少氬相關的多原子離子干擾，改善檢測結果。

參考文獻

You, Z., Winckelmann, A., Vogl, J. et al. Determination of calcium, iron, and selenium in human serum by isotope dilution analysis using nitrogen microwave inductively coupled atmospheric pressure plasma mass spectrometry (MICAP-MS). Anal Bioanal Chem 416, 3117–3125 (2024). doi.org/10.1007/s00216-024-05274-0

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