氮气电感耦合等离子体质谱（MICAP-MS）为临床血清元素检测提供全新解决方案

I  概述

在临床诊断、营养评估和生命科学研究中，准确测定人体血清中的钙（Ca）、铁（Fe）、硒（Se）等关键元素至关重要。数十年来，电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）一直是进行此类痕量元素分析的方法。然而，传统ICP-MS在实际应用中存在一项长期挑战，限制了其在部分关键元素检测中的准确性。

近期，You等人发表于《Analytical and Bioanalytical Chemistry》的一项前沿研究，为我们带来了突破性的解决方案——氮气电感耦合等离子体质谱（MICAP-MS）。该研究通过一套严谨的实验设计，系统评估并证实了MICAP-MS在复杂血清样本分析中的性能。

II 传统ICP-MS的局限：氩气带来的干扰问题

传统ICP-MS的核心限制源于其使用氩气（Ar）作为等离子体气源。氩气在电离过程中会形成多原子离子，对Ca、Fe、Se等元素的测量造成严重干扰，导致其丰度最高的同位素——如⁴⁰Ca、⁵⁶Fe和⁸⁰Se——在常规氩气ICP-MS中无法被直接用于检测，严重制约了方法的灵敏度和准确性。

尽管已有碰撞池、冷等离子体等技术用于缓解这些问题，但这些方法通常增加操作复杂性，且未能从根本上解决干扰。

III 系统性的方法验证：从基质耐受性到高精度定量

本研究采用层层递进的策略，全面验证了MICAP-MS的分析能力：

1.   基体耐受性考察与标准曲线法（基体匹配）

研究首先考察了MICAP-MS对血清中高浓度钠（Na）的耐受性，并采用了基体匹配（在标准品中加入50 mg/L NaCl） 的标准曲线法进行定量。结果显示，在高Na浓度下（如2 g/L）会出现信号抑制，但在血清典型浓度（~50 mg/L）下影响可控。然而，标准曲线法的结果虽对多数元素有效，却仍不够理想，特别是Se、As、Zn因样品中有机碳残留导致的信号增强而显著高估，这引出了对更精准方法的需求。

2.   高Na基体对同位素比值影响的关键验证

为推行高准确度的同位素稀释法（ID），必须确认复杂基体不干扰同位素比值的测量。研究发现，即使在高达2 g/L的Na浓度下，⁵⁷Fe/⁵⁶Fe和⁸²Se/⁸⁰Se的同位素比值也未发生显著变化。这一关键结论证明了在高Na血清基体中进行ID分析的可行性，为后续精准定量铺平了道路。

3.   同位素稀释法（ID）实现精准定量

基于前述基础，研究最终采用同位素稀释法（ID）进行最终定量。该方法有效校正了基体效应，使得Ca、Fe、Se的测定结果与多种标准物质的认证值吻合，充分展现了MICAP-MS与ID法联用在复杂样本分析中的准确度。

IV MICAP-MS的突破：以氮气取代氩气，并可基于现有设备升级

MICAP-MS技术的核心创新，在于使用氮气（N₂）替代氩气作为等离子体气源，这一变革带来以下关键优势：

1. 避免Ar相关干扰，启用高丰度核素

由于等离子体中不再含有大量氩，⁴⁰Ar⁺、⁴⁰Ar¹⁶O⁺、⁴⁰Ar₂⁺等干扰离子也随之消失。这使得研究人员能够直接使用⁴⁰Ca、⁵⁶Fe和⁸⁰Se这些丰度最高的同位素进行高精度同位素稀释分析（ID），这是传统Ar-ICP-MS无法实现的，显著提升了检测灵敏度。

2.   显著的升级便利性

本研究基于PlasmaQuant MS Elite ICP-MS进行改装，证实了MICAP等离子体源可直接对现有商用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行改装升级。这意味着实验室无需购置整台新设备，即可以较低成本、在不更换核心质谱部件的情况下，将传统Ar-ICP-MS升级为性能更优异的MICAP-MS，极大地提升了该技术的普及可行性与投资回报率。

3.   RADOM等离子体发生器

RADOM 开发的高性能等离子体发生器，可以将空气、N₂、CO₂、H₂、水蒸气等气体加热至等离子体状态，温度超过5500℃，能够为科研实验室提供紧凑、易用、可靠且经济实惠的等离子体解决方案，满足等离子体与材料科学研究的迫切需求。广泛应用于材料加工、表面活化改性、灭菌、气化、NOx可控合成、等离子体刻蚀、镀膜与喷涂等领域。

可用于替代 ICP-MS 的常规氩气等离子体源，非常适合基于TOF、激光剥蚀及经典四极杆等研究探索的质谱实验室，目前在全球科研机构已有十多个成功改装案例，涉及多家 ICP-MS 主流品牌。

■ 模块化设计，适应多种 ICP-MS 采样器接口；

■ 视质谱类型及应用方向提供灵活的定制化服务；

■ 高度稳定的等离子体，激发源使用寿命长；

■ 无氩环境，能够对含氮化合物进行光谱分析；

■ 减少氩相关的多原子离子干扰，改善检测结果。

参考文献

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

• ICP-MS等离子体源

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