医学质谱技术在检验医疗领域的应用专题课件
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ICP-MS技术优势
ICP-MS是目前发展最快的痕量元素分析技术
分析元素覆盖面广（可达73种元素） 分析速度快（样品停留时间仅几毫秒） 检出限低（多数元素检出限为ppb-ppt级） 线性范围宽（可达9个数量级） 谱图干扰少（原子量相差1可以分离） 可进行同位素分析 可与多种进样技术联用（色谱，激光烧蚀等）
离轴偏转透镜
池气体入口
第3代八极杆反 应池系统 (ORS3)
快速同时双模式 检测器 (9 个数 量级线性动态范 围)
高频率 (3MHz) 双曲面四极杆
高性能真空系 统
高离子传输效率、耐高盐接 口
Agilent 7900 ICP-MS
ICP-MS原理图
ICP离子源
接口锥
炬管
样品锥
流动相 进样器
预柱
HPLC
质量是物质的固有特性之一，不同的物质有不同的质量谱--质 谱，利用这一特性，可以进行定性分析；谱峰强度又与它代表的化 合物含量有关，利用这一点，可以进行定量分析。
发展史
1919年，英国科学家弗朗西斯·阿斯顿制成第一台质谱仪，早期的质 谱仪主要是用来进行同位素测定和无机元素分析；
20世纪40年代以后开始用于有机物分析； 60年代出现了气相色谱-质谱联用仪，成为了有机物分析的重要仪器
； 80年代末又出现了一些新的质谱技术，如比较成熟的液相色谱-质谱
联用仪，感应耦合等离子体质谱仪等； 目前质谱分析法已广泛应用于医学、材料、环境、地质、能源、药物
、生命科学、化学等各个领域。
国内外应用现状
质谱分析方法已广泛应用于临床检验。 国内一些大医院已应用到了相关检测工作，如北京二炮总医院（免疫抑制剂药物浓
Quest：内分泌系列共开展项目186项，其中用色谱法检测的有GC/GC-MS 6 项，LC 10项，LC-MS/MS 35项；
ARUP：408项，其中GC/GC-MS 191项，LC/LC-MS 176项，LC-MS/MS 41 项
质谱仪 依据待分析物的不同，质谱仪又分为： 无机质谱 有机质谱
质谱技术在检验医疗领 域的应用
概要
质谱技术简介 无机质谱技术平台及应用 有机质谱技术平台及应用
质谱技术简介
质谱的基本概念
质谱是什么？
特殊的天平：称量离子的质量
质谱能做什么？
定性：化学物的结构 定量：混合物的组成 领域：化学、生物学、医学、药学、环境
物理、地质、能源等
质谱的基本概念
质谱分析是先将物质离子化，再按离子的质荷比将其分离，然 后测量各种离子的谱峰强度而实现分析目的的一种分析方法。
电子脉冲
电子倍增器电极
+ 来自质量分析器的离子
核工业: 5% •核燃料的分析 •放射性同位素的分析 •初级冷却水的污染分析
地质学: 2% •金属材料，合金等 •土壤、矿石、沉积物 •同位素比的研究 •激光熔蚀直接分析固 体样品
医药及生理分析6% •头发、全血、血清、尿样、 生物组织等 •医药研究，药品质量控制 •药理药效等的生物过程研究
度监测、 氨基酸营养状况评价等），广州市妇婴医院（新生儿疾病筛查），上海市 新华医院儿科研究所（遗传代谢病检测），上海市徐汇区中心医院（药物浓度监测 等），香港玛丽医院（代谢性疾病检测），香港北区医院（免疫抑制剂药物浓度监 测、尿液游离皮质醇）等。 国外很多医学独立实验室，如美国的Quest、ARUP，日本的BML已经成功运用质 谱法开展了诸多检测项目：
< 1 ppt
1 – 100 ppt
0.1 – 1 ppb
1A 2A 3B 4B 5B 6B 7B 8B 8B 8B 1B 2B 3A 4A 5A 6A 7A 8A
H
He
Li Be
B C N O F Ne
Na Mg
Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
泵
雾化器
雾化腔
HPLC-色谱柱
离子透镜
四级杆质谱
四级杆质量 分析器
干扰消除部件— 碰撞反应池
监测器 检测器
待测粒子的流向
样品导入系统
ICP-MS分析过程
液体样品 雾化过程
固体样品
气溶胶
吸收过程
去溶过程
粒子
原子化
分子 蒸发过程
原子
离
电离过程 子
发射过程
Mass analyzer
+ 样品蒸发、解离、原子化、电离等过程
仪器成本高 安装条件苛刻 技术人员要求高
与原吸技术比较
指标
AAS
检出限
ppm
线性范围
2-3
干扰
较多
速度
慢
元素覆盖范围 多元素同时分析
窄 NO
样品需求量
uL
仪器成本
$
ICP-MS ppb-ppt
9* 较少 快
广 YES uL $$
分析元素广
极低检出限
D.L. range
化工，石化等: 4% •R&D •QA/QC
法医，公安等: 1% •射击残留物分析 •特征材料的定性 •来源分析 •毒性分析
环境: 49% •饮用水、海水、环境水资源 •食品、卫生防疫、商检等 •土壤、污泥、固体废物 •生产过程QA/QC，质量控制 •烟草／酒类质量控制, 鉴别真伪等 Hg, As, Pb, Sn等的价态形态分析
—高温离子源（温度约８０００－－１００００Ｋ）
MS：质谱仪（Mass Spectrometer）
—四级杆扫描质谱仪 —质量范围从2到260amu（Li到U…） —快速顺序扫描实现所有元素分离 —使用双模式进行离子检测
高基体进样系 统(HMI) 稀释气 入口
低流速进样
半导体冷却控温雾 室
高速频率匹配的 27MHz 射频发生器
半导体: 33% •高纯金属(电极) •高纯试剂(酸,碱,有机) •Si 晶片的超痕量杂质 •光刻胶和清洗剂
Page
检验医学领域应用
主要应用于临床样本（血液、尿液、毛发、组织等）的 元素分析，如：Pb,Se,Hg,Cd,Mg,Fe,Ca,Zn,Cu,Mn等。 科研样品元素分析
+
元素检测的需要
无机质谱技术平台及应用
无机质谱技术
火花源双聚焦质谱仪 电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS） 二次离子质谱仪（SIMS）
电感耦合等离子体质谱仪
ICP-MS
ICP-MS：电感耦合等离子体质谱仪
一种利用ICP产生的离子进行质谱分析，从而完成元素定性和定量分析的检测仪器
ICP：电感耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma）
ICP-MS技术优势
ICP-MS是目前发展最快的痕量元素分析技术
分析元素覆盖面广（可达73种元素） 分析速度快（样品停留时间仅几毫秒） 检出限低（多数元素检出限为ppb-ppt级） 线性范围宽（可达9个数量级） 谱图干扰少（原子量相差1可以分离） 可进行同位素分析 可与多种进样技术联用（色谱，激光烧蚀等）
离轴偏转透镜
池气体入口
第3代八极杆反 应池系统 (ORS3)
快速同时双模式 检测器 (9 个数 量级线性动态范 围)
高频率 (3MHz) 双曲面四极杆
高性能真空系 统
高离子传输效率、耐高盐接 口
Agilent 7900 ICP-MS
ICP-MS原理图
ICP离子源
接口锥
炬管
样品锥
流动相 进样器
预柱
HPLC
质量是物质的固有特性之一，不同的物质有不同的质量谱--质 谱，利用这一特性，可以进行定性分析；谱峰强度又与它代表的化 合物含量有关，利用这一点，可以进行定量分析。
发展史
1919年，英国科学家弗朗西斯·阿斯顿制成第一台质谱仪，早期的质 谱仪主要是用来进行同位素测定和无机元素分析；
20世纪40年代以后开始用于有机物分析； 60年代出现了气相色谱-质谱联用仪，成为了有机物分析的重要仪器
； 80年代末又出现了一些新的质谱技术，如比较成熟的液相色谱-质谱
联用仪，感应耦合等离子体质谱仪等； 目前质谱分析法已广泛应用于医学、材料、环境、地质、能源、药物
、生命科学、化学等各个领域。
国内外应用现状
质谱分析方法已广泛应用于临床检验。 国内一些大医院已应用到了相关检测工作，如北京二炮总医院（免疫抑制剂药物浓
Quest：内分泌系列共开展项目186项，其中用色谱法检测的有GC/GC-MS 6 项，LC 10项，LC-MS/MS 35项；
ARUP：408项，其中GC/GC-MS 191项，LC/LC-MS 176项，LC-MS/MS 41 项
质谱仪 依据待分析物的不同，质谱仪又分为： 无机质谱 有机质谱
质谱技术在检验医疗领 域的应用
概要
质谱技术简介 无机质谱技术平台及应用 有机质谱技术平台及应用
质谱技术简介
质谱的基本概念
质谱是什么？
特殊的天平：称量离子的质量
质谱能做什么？
定性：化学物的结构 定量：混合物的组成 领域：化学、生物学、医学、药学、环境
物理、地质、能源等
质谱的基本概念
质谱分析是先将物质离子化，再按离子的质荷比将其分离，然 后测量各种离子的谱峰强度而实现分析目的的一种分析方法。
电子脉冲
电子倍增器电极
+ 来自质量分析器的离子
核工业: 5% •核燃料的分析 •放射性同位素的分析 •初级冷却水的污染分析
地质学: 2% •金属材料，合金等 •土壤、矿石、沉积物 •同位素比的研究 •激光熔蚀直接分析固 体样品
医药及生理分析6% •头发、全血、血清、尿样、 生物组织等 •医药研究，药品质量控制 •药理药效等的生物过程研究
度监测、 氨基酸营养状况评价等），广州市妇婴医院（新生儿疾病筛查），上海市 新华医院儿科研究所（遗传代谢病检测），上海市徐汇区中心医院（药物浓度监测 等），香港玛丽医院（代谢性疾病检测），香港北区医院（免疫抑制剂药物浓度监 测、尿液游离皮质醇）等。 国外很多医学独立实验室，如美国的Quest、ARUP，日本的BML已经成功运用质 谱法开展了诸多检测项目：
< 1 ppt
1 – 100 ppt
0.1 – 1 ppb
1A 2A 3B 4B 5B 6B 7B 8B 8B 8B 1B 2B 3A 4A 5A 6A 7A 8A
H
He
Li Be
B C N O F Ne
Na Mg
Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
泵
雾化器
雾化腔
HPLC-色谱柱
离子透镜
四级杆质谱
四级杆质量 分析器
干扰消除部件— 碰撞反应池
监测器 检测器
待测粒子的流向
样品导入系统
ICP-MS分析过程
液体样品 雾化过程
固体样品
气溶胶
吸收过程
去溶过程
粒子
原子化
分子 蒸发过程
原子
离
电离过程 子
发射过程
Mass analyzer
+ 样品蒸发、解离、原子化、电离等过程
仪器成本高 安装条件苛刻 技术人员要求高
与原吸技术比较
指标
AAS
检出限
ppm
线性范围
2-3
干扰
较多
速度
慢
元素覆盖范围 多元素同时分析
窄 NO
样品需求量
uL
仪器成本
$
ICP-MS ppb-ppt
9* 较少 快
广 YES uL $$
分析元素广
极低检出限
D.L. range
化工，石化等: 4% •R&D •QA/QC
法医，公安等: 1% •射击残留物分析 •特征材料的定性 •来源分析 •毒性分析
环境: 49% •饮用水、海水、环境水资源 •食品、卫生防疫、商检等 •土壤、污泥、固体废物 •生产过程QA/QC，质量控制 •烟草／酒类质量控制, 鉴别真伪等 Hg, As, Pb, Sn等的价态形态分析
—高温离子源（温度约８０００－－１００００Ｋ）
MS：质谱仪（Mass Spectrometer）
—四级杆扫描质谱仪 —质量范围从2到260amu（Li到U…） —快速顺序扫描实现所有元素分离 —使用双模式进行离子检测
高基体进样系 统(HMI) 稀释气 入口
低流速进样
半导体冷却控温雾 室
高速频率匹配的 27MHz 射频发生器
半导体: 33% •高纯金属(电极) •高纯试剂(酸,碱,有机) •Si 晶片的超痕量杂质 •光刻胶和清洗剂
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检验医学领域应用
主要应用于临床样本（血液、尿液、毛发、组织等）的 元素分析，如：Pb,Se,Hg,Cd,Mg,Fe,Ca,Zn,Cu,Mn等。 科研样品元素分析
+
元素检测的需要
无机质谱技术平台及应用
无机质谱技术
火花源双聚焦质谱仪 电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS） 二次离子质谱仪（SIMS）
电感耦合等离子体质谱仪
ICP-MS
ICP-MS：电感耦合等离子体质谱仪
一种利用ICP产生的离子进行质谱分析，从而完成元素定性和定量分析的检测仪器
ICP：电感耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma）