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王君, 郑静雨. 新型碘离子选择性电极法快速测定尿碘评价. 2013, 28(8): 707-710[WANG Jun, ZHENG Jingyu. Assessment of new iodide ion-selective electrode for the determination of urine iodine. 上海检验医学, 2013, 28(8): 707-710]  
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新型碘离子选择性电极法快速测定尿碘评价
王君1, 郑静雨2
1.武汉科技大学医学院,湖北 武汉 430065
2.武汉能斯汉仪器有限责任公司,湖北 武汉 430070
摘要
目的

对一种新型碘离子选择性电极快速测定尿碘的方法进行实际应用评价。

方法

根据我国机械行业标准JB/T9362-1999《离子选择电极技术条件》要求测定新型碘离子选择性电极的性能参数及选择性系数;以国家标准参考物质(GBW09108~ GBW09110)了解该方法测定的准确度;并应用该方法快速检测126例现场尿样的尿碘含量,并与国家卫生行业标准方法(WS/T107-2006)——砷铈催化分光光度法进行对比试验。

结果

新型碘离子选择性电极法的斜率≥55 mV,响应时间<2 min,适用pH值范围为2~10,内阻<500 kΩ,重复性误差<2 mV,稳定性<±8 mV/24 h,检测范围为50~690 μg/L,适用温度范围为5~60 ℃;碘离子对氯离子(Cl-)和硫离子(S2-)等离子的选择性系数达到10-7数量级;尿液中的有机物质均不干扰测定。对国家标准参考物质的测定结果在给定的标准值范围内。2种方法测定126份样本尿碘的结果差异无统计学意义(t=0.527,P=0.604),相关性良好(回归方程为Y=0.972 9X+4.484 5,r=0.978 7)。

结论

新型碘离子选择性电极可以用于尿碘的测定。

关键词: 碘; 尿液; 离子选择性电极; 离子选择性系数
中图分类号:Q581 文献标志码:A 文章编号:1673-8640(2013)08-0707-04
Assessment of new iodide ion-selective electrode for the determination of urine iodine
WANG Jun1, ZHENG Jingyu2
1.College of Medicine,Wuhan University of Science and Technology,Hubei Wuhan 430065,China
2.Wuhan Nengsihan Instrument Co., Ltd., Hubei Wuhan 430070, China
Abstract
Objective

To assess the application significance of the new iodide ion-selective electrode for the determination of urine iodine.

Methods

Performance parameters and selectivity coefficients of the new iodide ion-selective electrode were measured according to the national mechanical industry standard JB/T9362-1999TechnicalSpecificationsfortheIon-SelectiveElectrode. National standard reference materials(GBW09108-GBW09110) were performed for the new iodide ion-selective electrode to evaluate the accuracy. Urine iodine ion concentrations of 126 urine samples were determined by the new method, and the results were compared with the national health care industry standard method-arsenic cerium catalytic spectrophotometric determination(WS/T107-2006).

Results

The detection range of the new iodide ion-selective electrode was 50-690 μg/L with a slope ≥ 55 mV, the time to response < 2 min, the applicable pH range 2-10, the internal resistance < 500 kΩ, repeatability error < 2 mV, stability <±8 mV/24 h and the range of applicable temperature 5-60 ℃. The selectivity coefficients of the new iodide ion-selective electrode to Cl-, S2- and etc. reached 10-7 grade. The interference of co-existing organic materials was eliminated. The determination results of the national standard reference materials were within the standard value range.There was no statistical significance between the results of urine iodine ion concentrations of 126 urine samples by the new iodide ion-selective electrode and standard methods(t=0.527,P=0.604). There was a good correlation between the 2 methods, and the linear regression equation wasY=0.972 9X+4.484 5(r=0.978 7).

Conclusions

The new iodide ion-selective electrode can be used for the determination of urine iodine ion.

Keyword: Iodine; Urine; Ion-selective electrode; Ion selectivity coefficient
引言

尿碘水平是反应人群碘营养状况的最佳指标[ 1]。但尿液中成分复杂,碘含量低且个体差异很大,因此对检测方法的敏感性、准确度、抗干扰能力及稳定性等方面的技术要求都较高。目前,国内外公认的准确测定尿碘的方法是等离子色谱质谱联用法[ 2]和砷铈催化分光光度法,前者因仪器设备昂贵,我国没有采用。砷铈催化分光光度法是我国普遍采用的尿碘测定方法,已制定为卫生行业标准(WS/T 107-2006) ,但该方法操作复杂、费时、试剂有毒且干扰多,需要专门的设备及具有熟练操作能力的检测人员,而且测定速度慢,不适于大量尿样的现场检测[ 3, 4]。因此,寻找一种简便、快速测定尿碘的方法非常必要且急迫。

离子选择电极的测定方法由于设备简单、价廉轻便,被测离子与干扰离子一般不需要进行化学分离,具有敏感性高、特异性强、抗干扰能力强等优点,适用于快速检测[ 5, 6]。人体尿中碘几乎都是无机离子,用离子选择电极的方法测定尿碘是最简单快捷的方法。但是,用传统工艺制作的碘离子选择性电极测定尿碘时,碘离子对氯离子(Cl-)的选择性系数只有10-3左右,而人体尿液共存Cl-含量通常比碘离子高103左右,存在严重干扰,应用受到限制。杨景芝等[ 7]应用碘离子选择性电极测定尿碘,采用校正系数除去Cl-和尿肌酐的干扰,并调节pH值测定,虽取得了一定进展,但人群因个体差异,尿液中Cl-和尿肌酐含量差别较大,校正系数不易简单确定。

我们对新型碘离子选择性电极尿碘检测方法的技术指标进行测试和评价,并与国家卫生行业标准方法《尿中碘的砷铈催化分光光度测定方法》(WS/T 107-2006)进行比对,以明确该方法的临床应用价值。

材料和方法
一、仪器和试剂

1.仪器

N-03型碘测试仪(微机离子计,分辨率0.1 mV)

2.电极

新型碘离子选择性电极、银-氯化银参比电极均由武汉能斯汉仪器有限责任公司研制并提供。见图:

图1 新型碘离子选择性电极

3.试剂

试剂用水均用无碘水(2 L蒸馏水加0.5 g K2 CO3、0.2 g KMnO4重蒸馏)配制。试验用KI、NaCl、KNO3、KCl试剂为优级纯。以下试验用试剂为分析纯:Ca2+、Mg2+、F-、Fe2+、Mn2+、Cu2+、Cr6+、Co2+、Hg2+、HP 、N 、尿素、肌酐、甘氨酸。

4.碘标准溶液

碘溶液浓度为100 mg/L(0.1 mg/mL)。碘标准溶液配制方法:精密称定0.130 7 g KI,用水稀释至1 L,密封、遮光、4~6 ℃条件下保存。

二、新型碘离子选择性电极法的性能参数

试验方法和检验规则参照中华人民共和国机械行业标准JB/T 9362-1999《离子选择电极技术条件》,工作条件包括温度、相对湿度等,在规定的条件下使用应能正常工作,性能指标包括斜率、响应时间、pH值范围、内阻、重复性、稳定性、选择系数等。

三、干扰试验

1.测定依据

离子选择电极的“选择性系数(Kpol)”。用 K ij表示离子 i对离子 j的选择性系数,或称干扰离子 j对被测离子 i的干扰程度。用扩展的能斯特公式描述[ 8]: E=E0 ±Slg( a i +∑ K ij )。式中 a i:待测离子活度; a j:干扰离子活度; z i:被测离子的离子电荷数; z j:干扰离子的离子电荷数; K ij:离子 i对离子 j的选择性系数。采用分别溶液法由下列公式计算选择性系数: lgK ij = +lg 。

2.测定方法 设定电极斜率 S不变,取5个碘标准溶液各5 mL上机测定绘制标准曲线,再配制Cl-、 HP 、 N 、 KNO3、 Ca2+、 Mg2+、 F-干扰离子各浓度溶液逐级稀释,上机测定直到取得数据稳定后取值,计算结果。

四、检测样本与测定方法

取门诊尿样共126例,试验方法采用双盲对比试验,将尿样同时取2份,用N-03型碘测试仪安装新型碘离子选择性电极法测定,与砷铈催化分光光度法相对照。

N-03型碘测试仪采用标准加入法测定计算,计算公式[ 9]为 c x =c△(10△ E/S -1) -1。式中 c△:加入标准溶液后试液浓度的增量;△ E:测量的电压值。

测定样本:用斜率液确定电极斜率 S;把样本等分2份,每份5 mL。一份直接测定,另一份中加入50 μL浓度为100 mg/L的碘标准溶液摇匀测定,把测量的电压值代入上式计算。

砷铈催化分光光度法按中华人民共和国卫生行业标准 WS/T 107-2006测定。

五、使用新型碘离子选择性电极测定标准物质(质控物质)

取国家碘缺乏病参照实验室冻干人尿中碘成份分析物质(GBW09108~GBW09110)。按说明书加入去离子水,测定方法与测定样本相同,重复测定10次。

六、统计学方法

采用SPSS 11.5统计软件对新型碘离子选择性电极法与砷铈催化分光光度法测定尿碘结果进行配对 t检验及相关分析。 P<0.05为差异有统计学意义。

结果
一、新型碘离子选择性电极法性能参数试验

离子选择性电极的性能参数是表示离子选择性电极性能的重要指标。离子选择性电极性能的好坏直接影响到离子选择性电极的使用及测量数据的准确性。新型碘离子选择性电极法的性能参数完全符合中华人民共和国机械行业标准JB/T 9362-1999《离子选择电极技术条件》要求,具体数据如下:斜率≥55 mV;响应时间<2 min;适用pH值范围为2~10;内阻<500 kΩ;重复性误差<2 mV;稳定性<±8 mV/24 h;检测范围50~690 μg/L;适用温度范围5~60 ℃。

二、干扰试验

新型碘离子选择性电极的碘离子对Cl-、S2-、HPO4-、NH4+、KNO3、Ca2+、Mg2+、F-、Fe2+、Mn2+和Cu2+的选择性系数分别为1.7×10-7、1.6×10-7、3.7×10-7、8.9×10-7、1.9×10-7、2.3×10-7、2.6×10-7、1.8×10-7、1.9×10-7、7.2×10-7和6.3×10-7,均达到10-7数量级;对Cr6+ 、Co2+和Hg2+的选择性系数分别为6.4×10-6、7.6×10-6和7.9×10-6。有机物质中,25 g/L尿素、1.5 g/L肌酐、5 g/L甘氨酸均不干扰测定。

三、方法应用

新型碘离子选择性电极法和砷铈催化分光光度法测定126份样本尿碘的结果差异无统计学意义( t=0.527, P=0.604),见表1。相关分析显示2种方法的相关性良好,回归方程 Y=0 .972 9 X+4 .484 5, r=0.978 7。见图2:

表1 2种方法测定尿碘结果比较(μg/L)

图2 新型碘离子选择性电极与砷铈催化分光光度法尿碘测定结果的相关性分析

注: Y=0 .972 9 X+4.484 5, r=0.978 7

采用新型碘离子选择性电极测定低、中、高3种浓度尿碘标准物质GBW09108、GBW09109和GBW09110,相对标准偏差(RSD)分别为4.66%、4.75%和2.47%,与标准值的相对误差分别为4.77%、2.51%和2.92%,精密度分别为4.3、8.1和5.4 μg/L,提示新型碘离子选择性电极的测定准确度符合要求。见表2。回收率为90.8%~104.5%。

表2 新型碘离子选择性电极法测定冻干人尿中碘成分分析物质(μg/L)
讨论

尿中碘含量较低,成分复杂,受饮食及排泄的影响明显,个体差异也比较大。因此对测定方法在敏感性、准确度、抗干扰能力、稳定性等方面的技术要求都比较高。离子选择电极方法优点是灵敏、快速、成本低。

碘离子选择性电极是属于晶体膜类电极,传统工艺制作方法是以硫化银(Ag2S)为骨架材料,与碘化银(AgI)按一定比例混合,研磨至极细粉末,在一定压力条件下焙烧而成。碘离子选择性电极的晶体感应膜有2种晶体结构变体[ 9]:“闪锌矿型γ-立方型变体”(简称“γ型”)和“纤锌矿型β-六方型变体”(简称“β型”),“γ型”晶体结构容易转变成“β型”。二者的性能特别是抗干扰能力有较大区别,当晶体结构呈现“γ型”时,晶面角守恒、均匀性、对称性较好,表面研磨抛光后无缺陷。此时电极性能最好,特别是抗干扰能力最强,碘离子对Cl-选择性系数接近理论值(1×10-7)。目前市面上使用的碘离子选择性电极由于制作工艺方面的原因,晶体结构多呈现“β型”,碘离子对Cl-的选择性系数只有10-3,抗干扰能力较差。

要使感应膜呈现“γ型”晶体结构,制作时工作压力要达到2.5×109 Pa[ 7],同时还要解决晶体结构转变问题而且保持长期稳定。为此,我们对含有AgI和Ag2S极细粉末混合物在压力条件下焙烧制作晶体感应膜的全过程作了深入分析研究,用扫描电镜对电极感应膜晶体表面进行仔细地观察分析、利用 X射线衍射和电子衍射对电极感应膜晶体结构以及形成的过程进行分析,记录了在晶体膜形成“γ型”晶体结构及转变成“β型”的温度、压力、环境、时间等条件。经过多次试验,改进了制作工艺,解决了成型温度和晶体结构转变这2个影响碘电极性能问题。实际制作时,选择适当AgI和Ag2S比例配方,加入一定比例稀土元素使“γ型”晶体结构成型时的内能达到最小,降低制作时的工作压力。稀土元素的另一个重要功能是能够使晶体结构始终存在向“γ型”转变趋向,使晶体结构保持“γ型”。

新型碘离子选择性电极法由于采用了全新的制作工艺,简化了工艺步骤,降低了工艺条件,提高了成品率,成批电极性能一致性能好。本研究数据表明,该方法在提高抗干扰能力方面有了突破,一直困扰离子选择性电极测定碘离子的主要问题——干扰问题得到了很好的解决,干扰物质如Cl-、S2-和有机物质不再干扰测定;也解决了使用离子选择性电极快速低成本测定尿碘所面临的主要问题。通过对国家标准参考物质的测定并应用该方法快速检测126例现场尿样的尿碘含量,将结果与砷铈催化分光光度法进行对比,结果显示新型碘离子选择性电极法的碘离子对Cl-选择性系数达到10-7数量级,尿液中Cl-不再干扰测定。有机物如尿肌酐、尿素、甘氨酸等也不干扰测定,其准确度与砷铈催化分光光度法一致,准确性能够得到保障。此外,新型碘离子选择性电极配置微机离子计,测定一份样本只需1 min左右,且尿碘测定仪小型化、微型化、掌上操作,为基层检查、筛查、预防保健和家庭个人使用提供了新的选择。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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