激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法中生物样品的元素分馏效应研究.doc

精选财经经济类资料---------------------------------------------- -----------------------------------------------最新财经经济资料----------------感谢阅读-----------------------------------~ 1 ~激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法中生物样品的元素分馏效应研究摘 要 采用 213 nm 纳秒激光剥 蚀系统对生物基体样品的剥蚀颗粒进行 研究，优化了激光剥蚀条件在剥蚀能 量为 25%，束斑直径为 200 μm，剥蚀 速率为 20 μm/s，频率为 20 Hz，载气为 700 mL He + 700 mL Ar 时，信�强度及 稳定性最佳以 31P 为内标元素，最佳 剥蚀条件下，考察了 56 个元素的相对 分馏因子结果表明，生物基体的剥蚀 颗粒相较于 NIST 610 玻璃标样更大， 达到 3 μm；生物基体中元素分馏效应 相较于玻璃基体小，大多数元素的相对 分馏因子达到 1.0 ±0.1探讨了生物基 体中元素分馏机理，分析了生物基体相-------------------------------------------------------精选财经经济类资料---------------------------------------------- -----------------------------------------------最新财经经济资料----------------感谢阅读-----------------------------------~ 2 ~较于玻璃基体剥蚀颗粒大，而相对分馏 因子未明显增大的原因。

一方面可能是 粒径 3 μm 的颗粒进入电感耦合等离子 体后能原子化；另一方面，大的剥蚀颗 粒的富集效应相对较小进一步对分馏 效应的影响因素进行研究，发现分馏效 应与激光剥蚀能量、激光频率和扫描速 率相关，并且与元素的氧化物沸点负相 关，与氧化物键能和电离能正相关 中国论文网 /8/view-12952112.htm关键词 激光剥蚀电感耦合等离 子体质谱； 纳秒激光； 分馏效应； 生物样品 1 引 言 近年来，激光剥蚀电感耦合等离 子体质谱法（LAICPMS） 作为一种重 要的原位微区分析技术手段，具有空间 分辨率高、检出限低等特点，已广泛应 用于地球化学、冶金、生物医药等领域 [1～4]尤其是在生物医药领域，研究 者采用 LAICPMS 研究抗癌药物在靶器 官中的分布，并将其应用到蛋白组学、-------------------------------------------------------精选财经经济类资料---------------------------------------------- -----------------------------------------------最新财经经济资料----------------感谢阅读-----------------------------------~ 3 ~金属组学等领域[5，6]。

然而 LAICPMS 仍面临着巨大的挑战――定量校准[4] 为克服这一难题，研究者建立了基体匹 配[7]、内标校正[7]、溶液校准[8] 等方法，但仍难于达到溶液样品进样 ICPMS 分析定量校准的线性和标准偏差 要求，主要原因在于激光物质相互作用 的复杂性，例如分馏效应[9] 分馏效应是指不同元素在剥蚀蒸 发及传输过程中行为的差异，测得的样 品组分与样品组成有一定差异，即元素 的非计量剥蚀它的基体差异性发生在 样品剥蚀、传输、蒸发、原子化和电离 过程中对分馏效应的研究多集中在硅 酸盐样品或是金属基质样品[10，11]， 研究了分馏效应与激光波长、激光脉冲 宽度、激光能量、激光束斑及在 ICP 中 的传输和离子化的影响[12，13]但对 于生物样品的分馏效应研究却较少目 前，LAICPMS 方法在生物医药领域的 广泛应用，使得对生物样品分馏效应的 研究显得尤为重要 -------------------------------------------------------精选财经经济类资料---------------------------------------------- -----------------------------------------------最新财经经济资料----------------感谢阅读-----------------------------------~ 4 ~本研究以动物组织为研究对象， 研究了 213 nm 纳秒激光剥蚀系统对生 物基体样品的剥蚀颗粒，考察了常见元 素和微量元素的分馏效应，探讨了元素 分馏机理，并对分馏效应的影响因素进 行了研究。

2 实验部分 2.1 仪器及参数 采用 LSX213 型号 213 nm 激光 剥蚀系统（美国 Cetac 公司）与 Thermo X Series Ⅱ电感耦合等离子体质谱仪 （美国 ThermoFisher Scientific 公司） 联用的 LAICPMS 系统ICPMS 的主 要工作参数选择见表 1 2.2 试剂 2.3 实验样品 实验所用生物基体样品均为实验 室自行配制的标准样品取猪肾（购于 本地超市）切成 0.5 cm×0.5 cm 薄片， 在真空干燥箱中烘干， 待用配制 100 和 1000 μg/L 标准溶液，用移液枪取 6.8 -------------------------------------------------------精选财经经济类资料---------------------------------------------- -----------------------------------------------最新财经经济资料----------------感谢阅读-----------------------------------~ 5 ~μL 滴至猪肾切片上，室温下自然风干。

对自行配制的标准样品进行线扫描剥蚀， 其标准曲线相关系数达到 0.99～0.999， 信号 RSD<6.5%，认为配制的标准样品 具备元素分布均匀性和数据准确性，可 用于分馏效应研究 实验玻璃基体样品为美国标准技 术研究院（NIST）合成玻璃标准物质 NIST 610 2.4 激光剥蚀颗粒的收集及表征 在最佳激光剥蚀条件下剥蚀生物 基体样品和玻璃基体样品（NIST610） ， 产生的剥蚀气溶胶通过载气输出，在输 出口放置干净硅片并固定，收集 30 min 剥蚀颗粒后，将硅片密封，待测利用 场发射扫描电子显微镜（JSM6700F， 日本电子株式会社）表征激光剥蚀颗粒 形貌 3 结果与讨论 3.1 激光参数优化 为获得最优信号强度及稳定性， 以 Cr 为例，对激光剥蚀能量、束斑直-------------------------------------------------------精选财经经济类资料---------------------------------------------- -----------------------------------------------最新财经经济资料----------------感谢阅读-----------------------------------~ 6 ~径、扫描速率、频率和载气进行了优化， 结果如图 1 所示。

结果表明，当剥蚀能 量为 25%，束斑直径为 200 μm，剥蚀 速率为 20 μm/s，频率为 20 Hz，载气为 He + Ar=700 mL+700 mL 时，信号强度 及 RSD 最佳 3.2 分馏效应机理探讨 本研究所使用的是纳秒激光剥蚀 系统， 相对于飞秒激光剥蚀系统分馏 效应更强这主要是由于纳秒激光的脉 冲持续时间较长，通过雪崩电离获得激 光能量的电子在脉冲结束前会将能量传 递给晶格，因此在一定聚焦体积内，通 过热聚焦使样品局部被加热，导致化学 键断裂和部分熔融样品内产生的热梯 度导致从聚焦区至周围的热传递扩散， 使得样品的剥蚀和熔融区远大于初始聚 焦区正是这种热效应导致样品产生大 小不一的颗粒Kuhn 等[15]对玻璃标样 的分馏效应进行研究，收集了不同粒径 范围的剥蚀颗粒，测定了其中的成分， 发现剥蚀颗粒大小对分馏效应有直接影-------------------------------------------------------精选财经经济类资料---------------------------------------------- -----------------------------------------------最新财经经济资料----------------感谢阅读-----------------------------------~ 7 ~响，粒径小于 125 nm 和 340 nm 的剥蚀 颗粒中 Cu， Zn， Ag， Tl， Pb 和 Bi 等易挥发元素相较于 Ca 出现明显富 集；但其中不完全蒸发、原子化、离子 化的大颗粒是分馏效应的主要原因[15]。

由于激光剥蚀条件和基体会产生不同的 剥蚀颗粒，造成不同的元素分馏效应， 因此我们对生物基体样品和玻璃基体标 样的剥蚀颗粒进行表征，比较了两种不 同基体间的分馏效应 图 2 为生物基 体和玻璃基体标样的剥蚀颗粒 SEM 表 征图从图 2 可见，生物基体的剥蚀颗 粒约为 3 μm，且多为较规则的球形； 玻璃基体的剥蚀颗粒小于 0.5 μm，其形 状多不规则；生物基体的剥蚀颗粒较玻 璃标样的大，这可能是由于基质不同导 致；生物样品剥蚀的激光能量阈值较低 [16]，在相同剥蚀条件下，生物样品所 受到的激光能量密度超出其阈值，导致 能量快速转移进入材料，在其融化的样 品表面产生微米级颗粒，同时较大的颗 粒也会发生团聚[9，17] 选取-------------------------------------------------------精选财经经济类资料---------------------------------------------- -----------------------------------------------最新财经经济资料----------------感谢阅读-----------------------------------~ 8 ~生物基体中 31P 元素为内标，在上述 优化的最佳剥蚀条件下对大部分 ICPMS 可测元素相对分馏因子进行考察，结果 如图 3 所示。

实验未选用 13C 为内标元 素，是考虑到国内供应的氦气和氩气中 13C 的背景通常较高，不宜使用这种方 法[18]结果表明，生物基体中多数元 素的分馏因子为 1.0 ±0.1与玻璃基体 相比，生物基体中元素分馏因子较小， 这可能是由于基体组成元素及元素间的 相互作用有关玻璃基体中，剥蚀产生 的颗粒越小，元素分馏效应越大，尤其 是易挥发元素（Ag， Cd， In 等）受 剥蚀颗粒粒径影响更为明显[19]虽然 生物基体剥蚀颗粒的粒径大于玻璃基体， 但研究表明粒径小。