突破生物基质干扰：双模式ICP-MS技术实现22种生理关键元素的超宽动态范围精准定量

本研究针对生物样本中元素浓度差异大（μg/L至g/L）、基质干扰严重等分析难题，开发了基于KED-DRC双模式的ICP-MS方法。通过协同优化四极杆参数RPa/RPq，同步抑制多原子干扰并扩展检测动态范围，实现了血液/尿液中22种元素（含Be、Cr、Ca等）的单次进样精准测定，日内精密度达0.5-7.2%，为环境暴露评估与代谢研究提供了高效解决方案。

　　

在环境健康研究领域，准确测定人体生物样本中的元素含量是评估污染物暴露和代谢失衡的关键。然而，血液和尿液中元素浓度跨越六个数量级（从μg/L级的Be到g/L级的Ca），传统原子吸收光谱(AAS)等技术因动态范围有限、需多次检测，难以满足临床多元素同步分析需求。更棘手的是，生物基质中高浓度元素（如血钙）会引发质谱干扰和检测器饱和，而痕量元素（如血铍）又易受多原子离子（如⁴⁰Ar¹²C^l+干扰⁵²Cr）影响，这些瓶颈严重制约了环境医学研究的进展。

针对这一挑战，广西壮族自治区职业病防治研究院的研究团队在《Analytical Biochemistry》发表创新成果。他们利用配备动能歧视(KED)和动态反应池(DRC)的NexION 2000G ICP-MS，通过独创性调控四极杆截获参数RPa（控制高质量数截断）与RPq（调节低质量数过滤），建立了双模式分析方法：尿液样本采用KED-He模式全元素分析；全血样本则对Mn/Cr/Ca等易干扰元素启用DRC-NH₃模式，其余元素仍用KED-He模式。关键技术突破在于通过RPa/RPq协同优化，既抑制了⁴⁴Ca¹⁶O⁺对⁶⁰Ni等多原子干扰，又将检测动态范围扩展至常规方法的100倍，实现了g/L级Fe与μg/L级Be的同批次精准定量。

方法学创新

研究团队对140名健康受试者的血液/尿液样本进行检测，采用酸性稀释处理尿液，血液样本经离心取上清液分析。通过优化DRC中NH₃气流速（0.8-1.2 mL/min）和KED电压（2-5V），使⁵²Cr的检出限降至0.02 μg/L。关键突破是发现RPa=0.25/RPq=0.86组合可同时衰减血钙信号（降幅达85%）而不影响相邻质量数的痕量元素测定。

分析性能验证

该方法对22种元素的日内精密度达0.5-7.2%（血液）和1.6-5.5%（尿液），日间变异≤9.6%。以标准参考物质SRM 1643e验证时，除Sn（回收率92%）外其余元素回收率均在95-105%之间。特别值得注意的是，通过提高RPq至0.9，成功消除了血样中⁴⁰Ar⁺对³⁹K的干扰，使钾检测线性范围延伸至100 mg/L。

临床应用价值

在140例健康人群数据中，血铅（中位数13.2 μg/L）与尿砷（几何均数7.8 μg/L）的检测结果与全球生物监测计划数据高度一致。相比传统HR-ICP-MS，该方法成本降低60%，通量提升3倍，尤其适合基层实验室开展大规模环境暴露筛查。

这项研究首次证实四极杆参数协同调控可突破ICP-MS动态范围限制，为建立生物元素谱数据库提供了标准化工具。美国毒理学家Michael Aschner在讨论中指出，该方法解决了"高浓度元素信号压制痕量元素检测"这一国际难题，其双模式设计理念对开发新一代临床质谱仪具有重要启示。未来通过整合人工智能自动优化RPa/RPq参数，有望进一步推动精准环境医学研究的发展。