CN101819137B - 一种尿碘分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尿碘分析方法，该方法使用尿碘测定仪，该尿碘测定仪包括机体，机体内设有灯源室、单色器、分光室、样品室、光电转换元件，所述灯源室内设有光源和聚光反光镜，单色器位于光源经聚光反光镜反射的光线所在的光路上，单色器的出射的光路上设有将经单色器出射的单色光分为两束单色光的分光室，两束单色光透射出参比池和样品池的光路上均设有光电转换元件。本发明提供了一种基于催化动力曲线的快速、简单和准确测定尿碘的新型仪器及其分析方法，该仪器无需控制测定温度(国家标准WS/T 107-2006需要稳定的温度环境，温度波动不超过0.3℃)，不需严格控制时间(国家标准WS/T 107-2006需要每管间隔30秒准确加入溶液，需要等吸光度达到0.15-0.20之间和必须间隔30秒比色)，2分钟内出具尿碘测定结果(国家标准WS/T 107-2006需要45min)，且定量范围明显宽于现有的国家标准方法。

Description

一种尿碘分析方法

技术领域

本发明涉及一种尿碘分析方法。

背景技术

碘是具有重要生物效应的微量元素之一，与人体的生长发育、新陈代谢密切相关。一方面，碘缺乏是引起暂时性甲状腺功能低下(甲低)的重要原因，严重可致智力低下和生长发育迟缓，而孕妇碘营养水平直接影响胎儿和婴幼儿的智能与体格的发育，孕妇缺碘是诱发新生儿出生缺陷——智力障碍等疾病的原因之一。另一方面，临床研究证明碘过量易引起高碘性甲状腺肿或粘液性水肿等疾病。因准确评价人群碘缺乏程度并及时监测补碘后人群的碘营养状况显得尤为重要。

尿碘的排泄与碘摄入量密切相关，是评价人体碘营养水平和补碘疗效的重要指标。按照WHO、UNICEF和ICCIDD提出的标准，尿碘中位数(median urinaryiodine，MUI)是判断某个地区碘营养状态的标准之一。

碘是一个有多种形态的非金属元素，具有极强的亲生物性和高活动性，并有易氧化还原、易挥发和易吸附等特点。碘的这些特性使碘的化学分析具有一定难度：一是样品处理过程中碘易挥发损失、易引入各种污染；二是有些环境物质中碘含量极低，需要检测能力强的方法技术。因此虽然碘的分析方法众多，但仍是非金属元素分析中较难测定的元素之一。此外，常用试剂以及实验室通常大量使用碘化物，造成碘的背景含量在痕量分析中不容忽视，使得微量碘测定方法在基层实际工作应用中的准确度、精密度等技术指标往往达不到要求。尿中碘含量低，基体成分复杂且个体差异大，对其测定方法在灵敏度、准确度、抗干扰能力、稳定性等技术要求都更高，而目前尿碘测定的国家标准方法基于碘催化砷铈反应，其酸消化条件较难控制，比色时点不易把握，且试剂毒性大，这种种原因使得尿碘测定成为公共卫生检验领域的难题。

目前，尿碘的测定主要有砷-铈催化分光光度法，气相色谱、离子色谱法、ICP-MS和离子选择电极法等，表1综述了国内外现有尿碘测定方法的优缺点。WHO，UNICEF和ICCIDD国际三联组织推荐的尿碘测定法和我国国家标准方法都是基于砷铈催化动力学反应的砷-铈催化分光光度测定法，目前基于砷铈催化比色的尿碘测定采用固定时间法，需用秒表计时，对比色时点不易把握精确且线性范围较窄。其它方法也存在稳定性差、仪器昂贵和操作复杂等缺点。

表1国内外尿碘测定方法的优缺点

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于催化动力曲线的快速、简单和准确测定尿碘的测定尿碘浓度的尿碘分析方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种尿碘分析方法，该方法使用尿碘测定仪，所述尿碘测定仪包括机体，机体内设有灯源室、单色器、分光室、样品室、光电转换元件，所述灯源室内设有光源和聚光反光镜，单色器位于光源经聚光反光镜反射的光线所在的光路上，单色器的出射的光路上设有将经单色器出射的单色光分为两束单色光的分光室，所述样品室内设有参比池和样品池，参比池和样品池分别位于分光室所分出两束单色光的光路上，所述两束单色光透射出参比池和样品池的光路上均设有光电转换元件；采用所述尿碘测定仪进行尿碘分析的方法包括下述步骤：

1)灯源室内的光源产生的光经由聚光反光镜汇聚后经滤色片滤过杂散光，经由单色器产生420nm单色光供尿碘催化比色中Ce⁴⁺的吸光度值测定；

2)砷铈催化反应为假一级动力学反应，其化学反应方程为：

Ce⁴⁺褪色反应速率可用下式表示：

上式按一级反应处理：

积分得：

lnc_Ce＝-K′c_It+B

当反应体系褪色至Ce⁴⁺浓度为C_Ce时，吸光度为A，摩尔吸光系数为ε，按Lambert-Beer定律：

在实验条件一定时，ε、b为常数，与B合并得

lgA＝-K′c_It+B′

3)分光室使420nm单色光分为参比光路和样品光路，并照射于参比池和样品池，该吸光度A由光电转换元件记录；

4)根据步骤2)中公式：

lgA＝-K′c_It+B′

lgA与t的斜率K与碘浓度成正比关系，分别对参比池和样品池进行催化动力曲线扫描，对扫描曲线作对数运算，即可得到K_参比和K_样品，在参比池中加入已知量的碘标准溶液C₀并于样品池内的样品同时记录lgA与t的斜率K_参比和K_{样 品}，样品中尿碘的浓度Cx可由Cx＝C₀/(K_参比/K_样品-1)计算出结果。

2、根据权利要求1所述的一种尿碘分析方法，其特征在于，所述光电转换元件为光电倍增管或硅光电池。

所述滤色片设置于单色器与聚光反光镜之间，该滤色片位于光源经聚光反光镜反射的光线所在的光路上。

所述单色器包括进光狭缝、准直镜、光栅、出光狭缝，所述进光狭缝位于光源经聚光反光镜反射的光线所在的光路上，穿过进光狭缝的光线所在的光路上设有准直镜，光线经准直镜反射的光路上设有光栅，经光栅反射的光线所在的光路上设有准直镜，经准直镜反射的光线所在的光路上设有出光狭缝。

所述分光室包括半透半反镜、准直镜，所述半透半反镜位于单色器出射光线所在的光路上，在半透半反镜反射光线和透射光线所在的光路上分别设有准直镜，参比池和样品池分别位于经准直镜反射的光线所在的光路上。

所述单色器的出射的光路上设有准直镜，半透半反镜位于光线经准直镜反射后的光路上。

所述两束单色光透射出参比池和样品池的光路上均设有透镜。

综上所述，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种基于催化动力曲线的快速、简单和准确测定尿碘的分析方法，该方法无需控制测定温度(国家标准WS/T 107-2006需要稳定的温度环境，温度波动不超过0.3℃)，不需严格控制时间(国家标准WS/T 107-2006需要每管间隔30秒准确加入溶液，需要等吸光度达到0.15-0.20之间和必须间隔30秒比色)，2分钟内出具尿碘测定结果(国家标准需要45min)，定量范围明显宽于现有的国家标准方法。该仪器将极大的推动尿碘测定的标准化和规范化，具有极大的公共卫生推广价值。

附图说明

图1是本发明尿碘测定仪主机结构的结构示意图；

图2是尿碘测定仪光学系统光路示意图；

图3是尿碘测定仪面板显示界面示意图；

图4是扫描起始时间对logA-t曲线斜率的影响的示意图；

图5是扫描时间对对logA-t曲线斜率的影响的示意图；

图6是碘标准曲线的示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：1-变压器；2-电源板；3-单色器；4-灯源室；5-分光室；6-样品室；61-参比池；62-样品池；7-滤色片；8-光电转换元件；9-碘测定结果显示界面；10-参比池吸光度A-t的动力曲线显示界面；11-样品吸光度A-t的动力曲线显示界面；12-所取的样品体积(mL)；13-加入的碘标准溶液的绝对量(ng)；WI-卤素灯；M1-聚光反光镜；M2、M3、M4、M5、M6均为准直镜；M7-半透半反镜；P1、P2均为硅光电池；F-滤色片；L1、L2均为透镜；G-光栅；S1-进光狭缝；S2-出光狭缝。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1至图6所示，本发明尿碘测定仪包括机体，机体内设有灯源室、单色器、滤色片、分光室、样品室、光电转换元件、变压器、电源板，所述灯源室内设有光源和聚光反光镜，单色器位于光源经聚光反光镜反射的光线所在的光路上，所述单色器与聚光反光镜之间设有滤色片，滤色片位于光源经聚光反光镜反射的光线所在的光路上，所述单色器包括进光狭缝、准直镜、光栅、出光狭缝，所述进光狭缝位于光源经聚光反光镜反射的光线所在的光路上，穿过进光狭缝的光线所在的光路上设有准直镜，光线经准直镜反射的光路上设有光栅，经光栅反射的光线所在的光路上设有准直镜，经准直镜反射的光线所在的光路上设有出光狭缝，单色器的出射的光路上设有将经单色器出射的单色光分为两束单色光的分光室，所述分光室包括半透半反镜、准直镜，所述单色器的出射的光路上设有准直镜，半透半反镜位于光线经准直镜反射后的光路上，在半透半反镜反射光线和透射光线所在的光路上分别设有准直镜，参比池和样品池分别位于经准直镜反射的光线所在的光路上，所述两束单色光透射出参比池和样品池的光路上均设有透镜，两束单色光分别透射过透镜照射于光电转换元件上。光电转换元件将光信号转换为电信号并记录电信号的数值。

具体地，所述光电转换元件为任意将光信号转换为电信号的光电转换元件。

变压器：提供主机所需的一切电源。

电源板：输出绕组为：±12V；+12V；+5V；+28V；+12V；AC 3V；+130V。分别供应钨灯电源(+12V)；8500前置板放大器电源(±12V)；风扇电源(+12V)。

灯源室：提供光源。内有钨灯及聚光反光镜。

工作原理：以灯源室内的钨灯作为光源，该光源产生的光经由聚光反光镜汇聚后经滤色片部件滤过杂散光，经由单色器产生420nm单色光供尿碘催化比色中Ce4+的吸光度值测定。分光室使420nm单色光分为参比光路和样品光路，并照射于内侧参比池61和外侧样品池62，该吸光度A由光电倍增管8记录。由发明内容中计算的原理公式可知：lgA与t的斜率K与碘浓度成正比关系，在参比池中加入已知量的碘标准溶液C₀并于样品池内的样品同时记录lgA与t的斜率K_参比和K_样品，图3中10、11部分分别显示参比池和样品池吸光度A随时间(logA-t)的动力曲线，具体曲线如图4、图5所示，该曲线作对数运算，即可得到K_参比和K_样品，样品中尿碘的浓度Cx可由Cx＝C0/(K_参比/K_样品-1)推算，并在图3中9所在部分显示出来。

采用上述一种尿碘分析方法测定实施例：

样品消化：分别混匀尿样(取样前需摇匀尿样，使所有沉淀物混悬)各0.25ml置于A，B两只消化管中，A管加入1μg碘标准，两管均加入1ml 1.0mol/L过硫酸铵溶液，混匀后置于消化控温加热装置中，于100℃消化60分钟，取下冷却至室温。

样品测定：置消化后的样品于10mL比色管中，加入2.5mL 0.1mol/L亚砷酸溶液和0.3mL 0.076mol/L硫酸铈铵溶液于样品管中，定容混匀。于尿碘测定仪面板显示界面(图三)的12、13位置填入所取的样品体积(mL)和加入的碘标准的绝对量(μg)，将A，B两管溶液移入1cm比色杯中分别置仪器的参比池和样品池(图1中61和62)，100s后读取尿碘测定仪面板显示界面样品的尿碘浓度(μg/L)。

本发明仪器的条件实验

1)温度选择

化学催化反应速率既是反应物和催化剂的函数也是反应温度的函数。反应温度升高，反应速率加快。考察了23、26、29℃的室温环境下催化动力曲线的变化，结果表明随着温度升高反应速率加快，lgA-t的斜率也发生变化，因此测定中需保持环境温度一致，由于参比池和样品池处统一腔体，且同时进行吸光度测定可消除温度的影响。

2)扫描起始时间

取250μg/L的碘标准溶液进行催化动力曲线扫描，发现随着碘浓度升高，吸光度下降趋势越快(图1)，其logA-t曲线的斜率成线性关系，符合理论原理推导。时间扫描至扫描600s为止，以100s为时间间隔按时间顺序取6段吸光度值分别计算进行logA-t曲线斜率。结果表明400s以内碘催化动力曲线的斜率变化不大(图4)。因此在用本方法进行尿碘测定时不需把握扫描的起始时间，只要在10分钟内将样品和加标样品置于样品池和参比池。

3)扫描时间的选择

在碘浓度为250μg/L时，每隔50s、100s、200s取各段吸光度值分别进行对数变换，做logA-t图并记录每个线性方程的斜率。结果表示，碘催化动力曲线的斜率变化不大(图5)，为节约时间和减少误差，实验采用扫描时间为100s。

4)时间扫描频率的选择

在碘浓度为250μg/L时，按1s、20s、50s、100s的吸光度记录频率获取催化动力曲线，结果表明时间扫描频率对对数动力曲线的斜率影响不大，因此实验选择仪器默认的1s时间频率进行扫描。

5)方法线性范围和检出限

实验表明尿碘在0～1000μg/L范围内线性关系良好(图6)，其回归方程为：y＝0.0000030x+0.0004421，相关系数r＝0.9987，明显宽于现有的国家标准方法。

6)方法精密度和准确度

在样品中加入适量碘标准溶液使之成高、中、低3个浓度的加标样品，进行精密度和准确度的评价。结果显示样品测定相对标准差(RSD)在0.32％～2.04％之间；加标回收率在93.90％～108.7％之间。

表1回收率及精密度(n＝6)

如上所述，便可较好的实现本发明。

Claims (7)

1.一种尿碘分析方法，其特征在于，该方法使用尿碘测定仪，所述尿碘测定仪包括机体，机体内设有灯源室、单色器、分光室、样品室、光电转换元件，所述灯源室内设有光源和聚光反光镜，单色器位于光源经聚光反光镜反射的光线所在的光路上，单色器的出射的光路上设有将经单色器出射的单色光分为两束单色光的分光室，所述样品室内设有参比池和样品池，参比池和样品池分别位于分光室所分出两束单色光的光路上，所述两束单色光透射出参比池和样品池的光路上均设有光电转换元件；采用所述尿碘测定仪进行尿碘分析的方法包括下述步骤：

1)灯源室内的光源产生的光经由聚光反光镜汇聚后经滤色片滤过杂散光，经由单色器产生420nm单色光供尿碘催化比色中Ce⁴⁺的吸光度值测定；

2)砷铈催化反应为假一级动力学反应，其化学反应方程为：

Ce⁴⁺褪色反应速率可用下式表示：

上式按一级反应处理：

积分得：

lnc_Ce＝-K′c_It+B

当反应体系褪色至Ce⁴⁺浓度为C_Ce时，吸光度为A，摩尔吸光系数为ε，按Lambert-Beer定律：

在实验条件一定时，ε、b为常数，与B合并得

lgA＝-K′c_It+B′

3)分光室使420nm单色光分为参比光路和样品光路，并照射于参比池和样品池，该吸光度A由光电转换元件记录；

4)根据步骤2)中公式：

lgA＝-K′c_It+B′

lgA与t的斜率K与碘浓度成正比关系，分别对参比池和样品池进行催化动力曲线扫描，对扫描曲线作对数运算，即可得到K_参比和K_样品，在参比池中加入已知量的碘标准溶液C₀并于样品池内的样品同时记录lgA与t的斜率K_参比和K_{样 品}，样品中尿碘的浓度Cx可由Cx＝C₀/(K_参比/K_样品-1)计算出结果。

2.根据权利要求1所述的一种尿碘分析方法，其特征在于，所述光电转换元件为光电倍增管或硅光电池。

3.根据权利要求1所述的一种尿碘分析方法，其特征在于，所述滤色片设置于单色器与聚光反光镜之间，该滤色片位于光源经聚光反光镜反射的光线所在的光路上。

4.根据权利要求1或3所述的一种尿碘分析方法，其特征在于，所述单色器包括进光狭缝、准直镜、光栅、出光狭缝，所述进光狭缝位于光源经聚光反光镜反射的光线所在的光路上，穿过进光狭缝的光线所在的光路上设有准直镜，光线经准直镜反射的光路上设有光栅，经光栅反射的光线所在的光路上设有准直镜，经准直镜反射的光线所在的光路上设有出光狭缝。

5.根据权利要求1所述的一种尿碘分析方法，其特征在于，所述分光室包括半透半反镜、准直镜，所述半透半反镜位于单色器出射光线所在的光路上，在半透半反镜反射光线和透射光线所在的光路上分别设有准直镜，参比池和样品池分别位于经准直镜反射的光线所在的光路上。

6.根据权利要求5所述的一种尿碘分析方法，其特征在于，所述单色器的出射的光路上设有准直镜，半透半反镜位于光线经准直镜反射后的光路上。

7.根据权利要求1所述的一种尿碘分析方法，其特征在于，所述两束单色光透射出参比池和样品池的光路上均设有透镜。

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