第 39 卷 20 年 0 月 分 析 化 学 (FENXI HUAXUE) 仪 器 装 置 与 实 验 技 术 Chinese Journal of Analytical Chemistry 第 0 期 52~525 DOI:0.3724/SP.J.096.20.052 凹 面 光 栅 整 体 组 合 狭 缝 五 通 道 原 子 吸 收 式 血 液 五 分 析 仪 的 研 制 ( 大 连 医 科 大 学, 大 连 6044) 刘 娜 张 榕 * 2 2 ( 齐 齐 哈 尔 医 学 院, 齐 齐 哈 尔 6006) 摘 要 自 行 研 制 了 一 种 凹 面 光 栅 整 体 组 合 狭 缝 五 通 道 原 子 吸 收 式 血 液 五 分 析 仪, 用 于 人 全 血 中 5 种 元 素 Ca, Cu, Mg, Fe 和 Zn 的 测 定 采 用 支 五 空 心 阴 极 灯 作 为 光 源, 以 单 反 射 方 式 聚 焦 在 火 焰 中 心, 以 凹 面 光 栅 为 色 散 元 件 设 计 了 五 锐 线 通 过 的 整 体 组 合 狭 缝 采 用 顺 序 注 射 变 速 恒 流 在 线 稀 释 的 溶 液 注 入 方 式 为 消 除 干 扰 谱 线 对 钙 的 原 子 吸 收 的 影 响, 在 钙 狭 缝 上 覆 盖 422 nm 滤 光 片 设 计 了 该 分 析 仪 器 的 操 作 软 件, 适 合 于 血 液 五 分 析 和 仪 器 的 性 能 测 试 确 定 了 以 吸 收 峰 面 积 为 定 量 依 据, 以 mg/l 十 二 烷 基 苯 磺 酸 钠 和 0.060 mol/l HCl 组 成 血 液 稀 释 液 建 立 了 血 液 中 Ca, Cu, Mg, Fe 和 Zn 的 分 析 方 法, 相 对 标 准 偏 差 RSD <5%, 回 收 率 为 95.2%~98.7% 关 键 词 钙 ; 铜 ; 镁 ; 铁 ; 锌 ; 微 量 ; 血 液 ; 原 子 吸 收 引 言 钙 铜 镁 铁 和 锌 是 人 体 必 需 的 5 种 营 养 [], 简 称 血 液 五, 它 是 反 映 人 体 营 养 状 况 的 重 要 指 标 由 于 血 液 中 Ca 和 Mg 属 于 常 量, 而 Cu, Fe 和 Zn 属 于 微 量, 因 此 血 中 五 的 含 量 相 差 悬 殊, 并 且 基 体 成 分 复 杂, 个 体 差 异 大, 对 测 定 方 法 在 灵 敏 度 准 确 度 抗 干 扰 能 力 和 重 复 性 等 方 面 的 技 术 要 求 较 高 国 内 外 虽 有 关 于 血 液 五 分 析 仪 的 报 道, 但 设 计 上 仍 有 不 足 之 处 本 研 究 建 立 了 灵 敏 快 速 分 析 血 液 五 的 方 法 本 方 法 有 别 于 经 典 的 原 子 吸 收 方 法, 采 用 一 滴 血 ( 约 40 ml), 一 次 同 时 测 量 5 种, 用 于 微 量 缺 乏 症 的 检 查 本 研 究 为 了 改 善 Ca, Mg, Fe 测 定 的 线 性 范 围, 降 低 Cu 和 Zn 的 检 出 限, 采 用 顺 序 注 射 的 分 析 方 法, 实 现 在 线 稀 释, 提 高 测 量 的 重 复 性 本 方 法 的 特 点 是 测 定 条 件 稳 定 分 析 速 度 快 线 性 范 围 宽 灵 敏 度 [2,3] 高, 检 测 自 动 化 顺 序 注 射 分 析 是 一 种 易 于 自 动 控 制 的 溶 液 配 送 方 法, 适 用 于 操 作 复 杂 的 大 批 量 样 品 分 析, 消 除 了 由 于 实 验 条 件 实 验 环 境 以 及 人 为 等 难 以 控 制 因 素 的 干 扰, 特 别 适 用 于 易 受 环 境 因 素 影 响 的 测 定, 具 有 很 好 的 应 用 前 景 2 实 验 部 分 2. 整 机 设 计 2.. 整 机 结 构 如 图 所 示, 五 分 析 仪 主 要 由 气 路 ( 空 气 和 乙 炔 ) 气 路 安 全 控 制 系 统 光 路 系 统 控 制 电 路 板 ( 包 括 数 据 采 集 单 元 ) 微 型 计 算 机 和 血 液 五 分 析 仪 软 件 组 成 其 中 光 路 系 统 控 制 电 路 板 和 血 液 五 分 析 仪 软 件 是 本 研 究 的 主 要 内 容 2..2 光 路 系 统 组 成 五 (Ca, Cu, Mg, Fe 和 Zn) 空 心 阴 极 灯 ( 北 京 曙 光 明 电 子 图 Fig. 五 通 道 原 子 吸 收 式 血 液 五 分 析 仪 整 机 结 构 图 Schematic diagram of five-channel atomic absorption blood five elements analyzer 光 源 仪 器 有 限 公 司 ) 光 源 凹 面 反 光 镜 (R=29) 火 焰 燃 烧 器 入 缝 凹 面 反 光 镜 (R=58) 入 缝 (0.2 mm) 凹 20-02-8 收 稿 ;20-06-09 接 受 本 文 系 辽 宁 省 博 士 后 资 助 项 目 (No.76746) * E-mail: cdc343cdc@ 63.com
522 分 析 化 学 第 39 卷 面 光 栅 ( 罗 兰 圆 直 径 224 mm, 200 线 /mm, 光 栅 常 数 0.833333 mm) 和 5 个 出 缝, 5 支 R22 侧 窗 光 电 倍 增 管 如 图 2 所 示 2..3 整 体 组 合 狭 缝 设 计 整 体 组 合 狭 缝 是 个 高 精 度 的 光 谱 定 位 器 件, 5 个 狭 缝 采 用 细 丝 线 切 割 一 次 完 成, 保 证 相 对 位 置 的 高 精 度 入 射 狭 缝 的 位 置 和 出 射 狭 缝 宽 度 全 部 固 定, 有 利 于 安 装 和 调 试 其 位 置 要 根 据 凹 面 光 栅 方 程 计 算 根 据 光 栅 方 程 Sin(α+β ) =λd 凹 面 光 栅 的 罗 兰 圆 直 径 D=224.00 mm 光 栅 常 数 d=200 线 数 /mm 入 射 角 α= 0 和 光 谱 带 宽 计 算 出 以 光 栅 中 心 为 基 点 的 线 色 散 率 (Dd/Cos β ) mm/nm 色 散 角 度 和 狭 缝 宽 度 ( 表 和 图 2) 图 2 Fig.2 五 通 道 原 子 吸 收 式 血 液 五 分 析 仪 光 路 结 构 图 Optical structure of five-channel atomic absorption blood five elements analyzer 表 整 体 组 合 狭 缝 定 位 数 据 Table Fixed position data of integral combination slit 锐 线 波 长 Sharp line (nm) 线 色 散 率 Linear dispersion (mm/nm) 色 散 角 度 Dispersion angle ( ) 光 谱 带 宽 Spectral bandwidth (nm) 狭 缝 宽 度 Slit width (mm) Ca 422.67 55.9 30.4778 0.8 25 Cu 324.75 45.9 22.9358 0.4 58 Mg 285.2 43.0 20.04.6 229 Fe 252.3 4.0 7.6235.6 225 Zn 23.86 39. 4.8703.6 222 5 条 锐 线 都 入 缝 的 关 键 是 选 择 一 条 基 准 锐 线 Ca 的 422.67 nm 谱 线 是 唯 一 肉 眼 可 见 的 谱 线, 其 光 谱 带 宽 为 0.8 nm, 作 为 基 准 锐 线 以 凹 面 光 栅 中 心 为 基 准 圆 心, 旋 转 凹 面 光 栅 使 0 级 光 从 入 缝 返 回, 再 精 密 旋 转 凹 面 光 栅 使 Ca 锐 线 首 先 入 缝, 其 余 4 条 谱 线 也 可 以 同 时 入 缝, 这 是 顺 利 入 缝 的 技 术 关 键 血 液 中 Cu 的 含 量 最 低, 测 量 的 误 差 大, 优 先 确 定 Cu 的 最 大 吸 收 的 光 栅 位 置, 因 此 Cu 的 光 谱 带 宽 为 0.4 nm, Mg, Fe 和 Zn 的 光 谱 带 宽 是.6 nm 测 量 2.3. 节 中 的 3 号 标 准 溶 液, 测 量 铜 的 吸 光 度, 微 调 光 栅, 使 Cu 的 吸 光 度 达 到 最 大 实 验 表 明, 采 用 独 立 的 狭 缝 不 易 保 证 5 条 锐 线 同 时 入 缝, 且 调 试 困 难 2..4 顺 序 注 射 变 速 恒 流 在 线 稀 释 的 注 入 方 式 变 速 恒 流 进 样 的 目 的 是 为 了 改 善 Ca, Mg 和 Fe 测 定 的 线 性 范 围, 降 低 Cu 和 Zn 测 定 的 检 出 限, 实 现 在 线 稀 释, 提 高 测 量 的 重 复 性 血 液 中 的 Ca, Cu, Mg, Fe 和 Zn 的 含 量 相 差 悬 殊, 采 用 2.3.3 节 的 方 法 稀 释 26 倍, 适 合 于 Cu 和 Zn 测 定 ; 而 Ca, Mg 和 Fe 超 过 线 性 范 围, 需 稀 释 5 倍 测 量 的 样 液 总 量 040 ml, 采 样 时 间 20 s, 0~4 s 测 量 基 线, 4~0 s 低 速 恒 流 进 样,
第 0 期 刘 娜 等 : 凹 面 光 栅 整 体 组 合 狭 缝 五 通 道 原 子 吸 收 式 血 液 五 分 析 仪 的 研 制 523 进 样 速 度 50 ml/s, 测 量 Ca, Mg 和 Fe;0~ s, 停 止 进 样 s 后 进 样 速 度 00 ml/s, 测 量 Cu 和 Zn 软 件 中 设 计 了 变 速 进 样 方 式 选 择 研 制 了 程 控 2 位 4 通 道 选 择 阀 ( 见 图 3a), D 为 公 共 端, B 为 原 子 吸 收 吸 液 管, A 为 蒸 馏 水, C 为 被 测 溶 液 程 控 注 射 器 吸 被 测 液 时 DC 通, 蒸 馏 水 进 入 雾 化 器, AB 通 ( 见 图 3a) 程 控 注 射 器 推 被 测 液 时 DB 通, 蒸 馏 水 A 端 和 进 液 口 C 端 被 封 闭 ( 见 图 3b) 图 3 Fig.3 程 控 2 位 4 道 选 择 阀 的 吸 液 状 态 (a) 和 推 液 状 态 (b) State of program-controlled 2 bit 4 way valve to take liquid(a)and to push out liquid (b) 2..5 提 高 钙 测 量 的 线 性 范 围 和 降 低 检 出 限 的 方 法 在 钙 缝 之 前 加 一 个 中 心 波 长 为 420 nm, 带 宽 0 nm 的 滤 光 片, 可 降 低 检 出 限 并 提 高 线 性 度, 消 除 大 背 景 2..6 控 制 电 路 板 ( 包 括 数 据 采 集 ) 对 空 心 阴 极 灯 采 用 脉 冲 供 电 方 式, 脉 冲 频 率 200 Hz, 光 电 流 经 过 电 流 电 压 变 换 器 转 换 成 光 电 压, 范 围 ±5000 mv, 精 度 20 位 ( 模 数 转 换 精 度 048576 字 ), 0000 mv/048576 字 =0.0095367 mv/ 字, 软 件 定 义 4000 mv=00% 透 射 率, 吸 光 度 =0;0 mv=0% 透 射 率, 吸 光 度 精 度 完 全 满 足 测 量 吸 光 度 的 要 求 采 用 汇 编 语 言 编 写 2..7 负 高 压 的 施 加 方 式 采 用 循 环 迭 加 的 方 式 施 加 负 高 压 NHV, 每 次 循 环 施 加 NHV 的 迭 加 量 de=0.2 ( 当 前 透 光 率 :00% ) 当 前 透 光 率 接 近 00% 时 de 小, 实 现 满 度 调 整 的 微 调 ; 当 前 透 光 率 与 00% 相 差 大 时 de 大, 实 现 快 速 施 加 负 高 压 的 目 的 2.2 血 液 五 分 析 仪 软 件 采 用 VB 编 写 软 件 原 子 吸 收 是 浓 度 型 检 测 器, 测 量 吸 光 度 时, 为 了 消 除 血 液 稀 释 剂 的 总 体 积 对 测 量 结 果 的 影 响, 采 用 峰 面 积 作 为 定 量 依 据 测 量 结 束, 自 动 传 送 全 部 标 准 数 据 和 样 品 数 据 2.3 实 验 方 法 2.3. 试 剂 配 制 五 检 测 试 剂 ( mg/l 十 二 烷 基 苯 磺 酸 钠 -0.060 mol/l HCl) ~ 3 号 标 准 溶 液 的 配 制 过 程 用 五 检 测 试 剂 稀 释 标 准 溶 液 浓 度 见 表 2 0 号 标 准 溶 液 是 五 检 测 试 剂 2.3.2 血 液 采 集 及 血 液 被 测 溶 液 的 配 制 准 备 支 ml 离 心 塑 料 管, 加 入.00 ml 五 表 2 5 种 混 合 标 准 溶 液 浓 度 表 Table 2 Concentration of standard solution for five elements 编 号 No. Ca Cu Mg Fe Zn 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.80 0.0 0.40 5.00 0.5 2.60 0.20 0.80 0.00 0.30 3 2.40 0.30.20 5.00 0.45 检 测 试 剂 采 集 40 ml 末 梢 血 样, 在 没 有 凝 结 的 状 态 下 立 即 加 入 至 ml 离 心 塑 料 管 中, 混 匀, 防 凝 血 样 稀 释 26 倍 2.3.3 主 要 操 作 步 骤 调 整 透 射 率 T=00%, 吸 光 度 调 至 零 吸 液 头 插 入 蒸 馏 水 中, 点 击 开 始 测 量 按 钮, 出 现 吸 液 等 待 时 间 的 倒 计 时, 倒 计 时 为 0 时 出 现 立 即 吸 液 提 示, 吸 液 头 快 速 插 入 待 测 试 液 中, 测 量 时 间 与 吸 光 度 的 变 化 曲 线 被 测 液 全 部 吸 完 后, 吸 液 头 迅 速 移 至 蒸 馏 水 中 完 成 测 量 后, 仪 器 自 动 暂 停, 等 待 下 次 测 量 3 结 果 与 讨 论 3. 五 空 心 阴 极 灯 的 光 谱 图 五 空 心 阴 极 灯 的 光 谱 曲 线 很 复 杂 在 SK-2 型 原 子 光 谱 分 析 仪 上 扫 描 了 200~450 nm 范 围 内
524 分 析 化 学 第 39 卷 的 光 谱 曲 线 ( 图 4) Ca: 7 号 峰 ; Cu: 号 峰 ; Mg: 5 号 峰 ; Fe: 3 号 峰 ; Zn: 号 峰 图 4 Fig.4 五 空 心 阴 极 灯 的 光 谱 曲 线 3.2 杂 散 光 和 基 线 噪 音 宽 测 量 Spectra of five elements of hollow cathode lamp 杂 散 光 是 没 有 光 输 入 时 的 光 的 信 号 总 和 杂 散 光 影 响 标 准 工 作 曲 线 的 线 性 和 灵 敏 度 遮 挡 入 光 口, 测 量 杂 散 光, 检 测 时 间 00 s 结 果 以 透 光 率 计 :Ca 0.20%, Cu 0.268%, Mg 0.297%, Fe 0.2%, Zn 0.07% 检 测 血 液 五 的 最 长 时 间 低 于 30 s, 因 此 测 量 基 线 噪 音 宽 时 规 定 检 测 时 间 为 00 s 基 线 噪 音 宽 定 义 为 空 白 信 号 的 标 准 差 的 3 倍 静 态 噪 音 宽 是 不 点 火 状 态 下 基 线 噪 音 宽 在 ±0.003 范 围 内 ; 不 点 火 基 线 噪 音 宽 ( 以 吸 光 度 Abs 计 ):Ca 0.0007, Cu 0.0009, Mg 0.0035, Fe 0.0003, Zn 0.002 火 焰 噪 音 宽 是 点 火 状 态 下 的 基 线 噪 音 宽 在 ± 0. 006 范 围 内 点 火 基 线 噪 音 宽 ( 以 吸 光 度 Abs 计 ):Ca 0. 0024, Cu 0.0059, Mg 0.00094, Fe 0.00224, Zn 0.00265 3.3 回 归 分 析 按 2.3.3 节 测 量 表 2 中 的 五 检 测 试 剂 及 ~3 号 标 准 溶 液, 连 续 7 次 测 量 3 号 标 准 溶 液 测 量 吸 光 度 A 直 线 回 归 分 析 : 浓 度 C=aA+b, 得 到 直 线 回 归 分 析 数 据 见 表 3, 线 性 误 差 大 抛 物 线 回 归 分 析 : 浓 度 C=aA 2 +ba+c, 得 到 抛 物 线 回 归 分 析 数 据 见 表 3, 线 性 误 差 小 表 3 直 线 回 归 分 析 和 抛 物 线 回 归 分 析 数 据 Table 3 Data of linear regression analysis and parabola regression analysis a 直 线 回 归 Linear regression b Correlation coefficient (r) 线 性 误 差 Line error 抛 物 线 回 归 Parabola regression a b c Correlation coefficient (r) 线 性 误 差 Line error Ca -0.077 9.290 0.9995.44 3.02 8.4948 0.0045 0.9908.47 Cu -0.0058 5.650 0.9993 2.80 9.4756 5.408-0.0027 0.9865 2.5 Mg -0.0330.9737 0.9958 6.09.0008.3793 0.0038 0.9859 2.20 Fe -0.8306 74.463 0.9824 3.7 250.44 26.608 0.0263 0.9848 2.29 Zn -0.070 4.998 0.9953 6.79 8.280 3.3596-0.003 0.9927.4 直 线 回 归 (Linear regression):dc= aa+b-c ; 抛 物 线 回 归 (Parabola regression):dc= aa 2 +ba+c-c ; 线 性 误 差 (Line error): E=[ (00 dc/c)]/3 3.4 性 能 指 标 检 测 以 透 光 率 99% ( 吸 光 度 A=0.0043648) 对 应 的 被 测 物 浓 度 为 特 征 浓 度 以 连 续 7 次 测 量 3 号 标 准 溶 液 吸 光 度 的 相 对 标 准 偏 差 RSD 表 征 重 复 性 以 连 续 7 次 测 量 3 号 标 准 溶 液 峰 面 积 的 标 准 差 的 3 倍 对 应 的 被 测 物 浓 度 为 检 出 限 结 果 列 于 表 4 表 4 性 能 指 标 检 测 表 Table 4 Checklist of performance indicators 重 复 性 Repeatability 特 征 浓 度 Characteristic Concentration 检 出 限 Detection limit Ca 0.30 0.035 0.0085 Cu 3.33 0.030 0.0097 Mg.03 0.04 0.0075 Fe 0.47 0.26 0.0 Zn 0.77 0.05 0.027
第 0 期 刘 娜 等 : 凹 面 光 栅 整 体 组 合 狭 缝 五 通 道 原 子 吸 收 式 血 液 五 分 析 仪 的 研 制 525 3.5 样 品 分 析 3.5. 血 样 测 定 全 血 样 品 由 某 志 愿 者 捐 献, 经 2.3 节 所 述 方 法 进 行 测 定, 加 入 标 准 物 进 行 回 收 率 实 验, 结 果 见 表 5 3.5.2 质 量 控 制 血 样 测 定 测 定 了 批 号 SERO00392 冻 干 粉 全 血 微 量 样 品 ( 挪 威 Seronorm 公 司 ) 的 五 含 量 结 果 见 表 6 SERO00392 样 品 中 加 入 78 ml 五 检 测 试 剂, 得 到 相 当 于 稀 释 26 倍 的 3.00 ml 原 血 样 表 明 本 法 测 量 结 果 可 靠 表 5 血 样 的 检 测 结 果 和 回 收 率 (n=7) Table 5 Results and recovery rates of blood samples (n=7) 含 量 Content RSD 加 入 含 量 Added 回 收 率 Recovery Ca.86 mmol/l 0.84.00 mmol/l 96.8 Cu 9.7 mmol/l 4.348 0.0 mmol/l 94. Mg.83 mmol/l 0.928.00 mmol/l 98.7 Fe 9.45 mmol/l.4 5.00 mmol/l 97.4 Zn 88.4 mmol/l.3 50.0 mmol/l 95.2 表 6 质 量 控 制 血 样 测 定 Table 6 Comparison of blood samples between marked value and measured value 标 示 值 Marked value 本 法 测 定 值 Measured value Ca 4.0±0.2 3.8 Cu.20±0.039.6 Mg 5.6±0.3 6.2 Fe 333±0 342.2 Zn 7.659±0.265 7.80 References WANG Kui( 王 夔 ).TraceinLifeScience( 生 命 科 学 中 的 微 量 ).Beijing( 北 京 ):China Metrology PublishingHouse( 中 国 计 量 出 版 社 ),992:9~28 2 RuzickaJ,MarshalGD.Anal.Chim.Acta,990,237(2):329~343 3 WANGJiaṉYa,FANGZhao-Lun,XUShu-Kun( 王 建 雅, 方 肇 伦, 徐 淑 坤 ).ChineseJ.Anal.Chem.( 分 析 化 学 ), 2002,30(3):307~3 ResearchonFive-channelAtomicAbsorptionBloodFive AnalyzerwithConcaveGratingandIntegralCombinationSlit (DalianMedicalUniversity,Dalian6044) LIU Na,ZHANG Rong *2 2 (QiqihaerMedicalUniversity,Qiqihaer6006) Abstract Afive-channelatomicabsorptionbloodfiveelementsanalyzer withconcavegratingand integralcombinationslitwasdevelopedforthedeterminationoffiveelements(calcium,copper,magnesium,ironandzinc)inblood.aholowcathodelampoffiveelementswasusedandthelightwas focusedonthecentreofflamebythesimplereflectionandtheconcavegratingwasusedasthedispeṟ siveelement.theintegralcombinationslitwasdesignedtoalowthesharplinesforthefiveelements through.thesolutionswereorderinjection which wasdesignedtobeanonlinedilutepatern with variablespeedbutconstantcurrent.toavoidtheinfluenceofinterferencespectraonthecalcium atomicabsorption,thefilterof422nm wascoveredonthecalciumslit.aprogramofsoftwarewitha goodperformancefortheoperationforfiveelementsanalyzerwaswriten.thepeakareaasquantitativebasis wasdefined.theblood diluentconsistsof mg/l sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS)and0.060mol/L HCl.Theproposedmethodwasappliedtothedeterminationofzinc,iron, calcium,magnesiumandcopperintheblood.therelativestandarddeviation (RSD)waslessthan 5% andtherecoveryratewas95.2%-98.7%. Keywords Calcium;Copper;Magnesium;Iron;Zinc;Traceelements;Blood;Atomicabsorption analyzer (Received8February20;accepted9June20)