一、生物标本元素分析的意义与挑战

生物标本中元素含量分析具有广泛的科研与医学价值：

• 识别人体营养状态，如铁、锌、铜、硒含量；

• 评估金属中毒水平，例如铅、汞、镉的暴露检测；

• 跟踪稳定同位素标记药物或代谢产物；

• 分析骨骼或器官中元素的储存与释放过程；

• 判断疾病状态或肿瘤发展与元素水平之间的关联。

这类分析具有以下挑战：

• 样本中元素含量低，易受背景干扰；

• 生物基体复杂，含有脂肪、蛋白、碳水等干扰物；

• 需要在不破坏同位素组成的前提下进行精密测量；

• 对仪器稳定性和背景信号控制要求极高。

NEPTUNE PLUS凭借其稳定性和多接收能力，特别适合应对以上分析难点。

二、NEPTUNE PLUS的工作原理与优势

NEPTUNE PLUS采用ICP作为离子源，高温等离子体将样品中的元素原子化并电离，随后在磁场作用下将带电离子按质量分离，通过多个接收器同步检测各个同位素的信号强度，实现元素浓度和同位素比值的高精度测量。

其主要优势体现在：

• 同时采集多个同位素信号，消除时间漂移误差；

• 高分辨率模式下可区分干扰离子和目标离子；

• 可灵活配置法拉第杯与电子倍增器，适应不同浓度范围；

• 配合脱水系统和高效进样模块，可提升分析灵敏度；

• 支持长时间运行的稳定测定，适用于时间序列研究。

三、生物标本的前处理方法

分析前需要将生物样本从固体或胶状形式转化为ICP-MS适用的液体样品，并去除基体干扰。

1. 样品种类

• 组织类：肝脏、肾脏、肌肉等；

• 液体类：血液、尿液、唾液等；

• 固体类：骨骼、牙齿、毛发、指甲；

• 细胞类：培养细胞、细胞器提取物；

• 微量样本：激光剥蚀下的小组织点样。

2. 消解方法

• 酸消解法：使用硝酸+过氧化氢组合，在高压或微波消解罐中处理，适用于组织、骨骼类；

• 湿式氧化法：用于处理血液、细胞悬液等低基体负载样品；

• 冻干+灰化处理：适用于毛发、爪甲等角质样品；

• 蛋白沉淀法：用于去除高蛋白干扰，常见于血浆分析。

处理后样品应过滤、稀释至适宜浓度，酸度保持在1–2%硝酸范围，确保等离子体稳定燃烧。

四、进样系统与仪器设置

根据样品种类与分析要求，NEPTUNE PLUS可灵活选择进样系统与检测模式。

1. 液体进样方式

• 常规雾化器系统：适合大批量液体样品连续进样；

• Apex Ω 高效脱水系统：提升信号强度、减少背景噪声；

• Syringe 注射系统：精确控制微量样本进样量；

• 自动进样器（ASX-112/114）：适合高通量操作。

2. 检测器配置建议

• 微量高灵敏度元素（如Pb、Cd、Hg）：采用电子倍增器；

• 大量营养元素（如Fe、Zn、Mg）：使用法拉第杯；

• 对于同位素比值分析，需合理配置杯位并预设质量范围。

3. 分辨率模式

• 低分辨率适用于无明显质谱干扰元素；

• 中分辨率适用于复杂样品如血液；

• 高分辨率用于识别干扰同位素或分子离子（如^40Ar^35Cl干扰^75As）。

五、分析流程与方法开发

以下为NEPTUNE PLUS在分析生物样本中元素含量的基本流程：

1. 标准曲线建立

• 使用国家认证的标准液配制多点浓度系列；

• 确保与样本基体尽量一致，减少基体效应。

2. 样品测量设定

• 每次测量设置包括样品积分时间（通常8–15秒）；

• 设定循环次数（如10次）以提高重复性；

• 每批样品中插入空白、重复样、本地参考物质监控稳定性。

3. 内标与漂移校正

• 选取内标元素如In、Rh、Re，校正因信号不稳带来的误差；

• 设定空白值用于扣除背景信号。

4. 数据输出

• 输出信号强度（CPS）与元素浓度的换算；

• 若涉及同位素比值，则需进行质量分馏校正和标准化处理。

六、误差控制与质量保证

在生物样品分析中，误差控制至关重要：

1. 空白控制

所有实验步骤中使用超纯水、超纯酸，防止引入污染。使用样品前后空白分析检测系统残留。

2. 交叉污染预防

每个样品分析后用酸溶液彻底冲洗进样系统；更换样品时使用清洗序列。

3. 信号漂移校正

NEPTUNE PLUS配套软件可自动进行信号趋势分析，剔除系统性漂移影响。

4. 基体效应消除

采用基体匹配标准法或标准加入法进行浓度修正。对高蛋白样品如血浆，应采用基体剥离法。

七、典型应用案例

案例一：血液中铅元素浓度测定

研究人员使用NEPTUNE PLUS测定多地儿童血液样品中铅含量，通过内标校正和多点标准曲线建立，检测限达0.05 µg/L，揭示了不同地区工业污染的差异性。

案例二：肾组织中铜锌含量分析

肾病患者术后取样，通过微波消解处理样品，测定Cu/Zn比例变化，验证了元素代谢异常与疾病发展阶段之间的密切关系。

案例三：骨骼中锶钙同位素比值研究

通过NEPTUNE PLUS精密测定^87Sr/^86Sr与^44Ca/^40Ca比值，结合地质来源分析，推断古人群的饮食与迁徙路线。

案例四：代谢示踪实验中的锗同位素追踪

以^74Ge标记某有机代谢物，注入实验动物体内，利用NEPTUNE PLUS对肝脏和肾脏中锗的同位素分布进行分析，实现了药物的体内转运路径可视化。

八、未来发展趋势

随着NEPTUNE PLUS与生命科学的融合不断深入，预计将呈现以下发展趋势：

• 微量进样技术发展：可实现单细胞、细胞器层面分析；

• 自动化前处理系统接入：提高样品通量与重复性；

• 同位素标记在药物开发中的广泛应用：促进示踪与定量一体化；

• 临床样品检测标准化：推动元素分析走向医学诊断；

• 与质谱成像系统结合：实现空间定位与含量测定统一。

结语

NEPTUNE PLUS凭借其高精度、多同位素同步检测与极低检测限等技术优势，已经成为生物样品中元素分析尤其是同位素比值研究的重要工具。它不仅可以为基础生命科学提供关键数据支持，也正在向医学诊断、营养分析、疾病机制研究等方向拓展应用范围。通过与样品前处理技术、数据建模手段及多模态检测平台的协同发展，NEPTUNE PLUS将在未来生物分析领域扮演更加重要的角色。