尿碘测定仪及其分析方法

  ：碘是具备极其重大生物效应的微量元素之一，与人体的生长发育、新陈代谢紧密关联。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很重要。尿碘的排泄与碘摄入量紧密关联，是评价人体碘营养水平和补碘疗效的重要指标。按照WH0、UNICEF和ICCIDD提出的标准，尿碘中位数(medianurinaryiodine，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，需要检验测试能力强的方法技术。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在做的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、稳定性等技术方面的要求都更高，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tabletableseeoriginaldocumentpage5/column/rowtabletabletableseeoriginaldocumentpage6/column/rowtable

  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测定仪及其分析方法。本发明解决以上问题所采用的技术方案是尿碘测定仪，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。所述光电转换元件为光电倍增管或硅光电池。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。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。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。一种采用上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formulaformulaseeoriginaldocumentpage6/formulaCe4+褪色反应速率可用下式表示formulaformulaseeoriginaldocumentpage7/formula上式按一级反应处理formulaformulaseeoriginaldocumentpage7/formula积分得formulaformulaseeoriginaldocumentpage7/formula当反应体系褪色至Ce4+浓度为Cte时，吸光度为A，摩尔吸光系数为ε，按Lambert-Beer定律formulaformulaseeoriginaldocumentpage7/formula在实验条件一定时，ε、b为常数，与B合并得formulaformulaseeoriginaldocumentpage7/formula3)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formulaformulaseeoriginaldocumentpage7/formulaIgA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，在参比池中加入已知量的碘标准溶液Ctl并于样品池内的样品同时记录IgA与t的斜率1(_和K#s，样品中尿碘的浓度Cx可由Cx=C0/(K#tfc/K#p-l)计算出结果。上述公式中=C1为样品溶液中I的质量/摩尔浓度；Ctl为参比溶液中I的质量/摩尔浓度；K.tt为参比池催化动力曲线的对数斜率；K#s为样品池催化动力曲线的对数斜率。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/T107-2006需要稳定的温度环境，温度波动不超过0.3°C)，不需严控时间(国家标准WS/T107-2006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。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-碘测定结果为界面；10-参比池吸光度A-t的动力曲线-样品吸光度A-t的动力曲线-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；Ml-聚光反光镜；M2、M3、M4、M5、M6均为准直镜；M7-半透半反镜；Pl、P2均为硅光电池；F-滤色片；Li、L2均为透镜；G-光栅；Sl-进光狭缝；S2-出光狭缝。具体实施例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。电源板输出绕组为士12V；+12V；+5V；+28V；+12V；AC3V；+130V。分别供应钨灯电源(+12V)；8500前置板放大器电源(士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

  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Ctl并于样品池内的样品同时记录IgA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)的动力曲线所示，该曲线作对数运算，即可得到，样品中尿碘的浓度Cx可由Cx=C0/(K#tfc/K#oBn-l)推算，并在图3中9所在部分显示出来。采用上述尿碘测定仪及其分析方法测定实施例样品消化分别混勻尿样(取样前需摇勻尿样，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Iml1.Omol/L过硫酸铵溶液，混勻后置于消化控温加热装置中，于100°C消化60分钟，取下冷却至室温。样品测定置消化后的样品于IOmL比色管中，加入2.5mL0.lmol/L亚砷酸溶液和0.3mL0.076mol/L硫酸铈铵溶液于样品管中，定容混勻。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(110，将4』两管溶液移入Icm比色杯中分别置仪器的参比池和样品池(图1中61和62)，IOOs后读取尿碘测定仪面板显示界面样品的尿碘浓度(yg/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。反应温度上升，反应速率加快。考察了23、26、29°C的室温环境下催化动力曲线的变化，根据结果得出随着温度上升反应速率加快，IgA-t的斜率也发生明显的变化，因此测定中需保持环境和温度一致，由于参比池和样品池处统一腔体，且一起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IOOs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s以内碘催化动力曲线)。因此在用本办法来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)，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Is、20s、50s、100s的吸光度记录频率获取催化动力曲线，根据结果得出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Is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01000μg/L范围内线，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(η=6)tabletableseeoriginaldocumentpage10/column/rowtable权利要求尿碘测定仪，其特征是，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。2.依据权利要求1所述的尿碘测定仪，其特征是，所述光电转换元件为光电倍增管或硅光电池。3.依据权利要求1所述的尿碘测定仪，其特征是，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述的尿碘测定仪，其特征是，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.依据权利要求1所述的尿碘测定仪，其特征是，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述的尿碘测定仪，其特征是，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。7.依据权利要求5所述的尿碘测定仪，其特征是，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。8.一种采用权利要求1所述尿碘测定仪进行尿碘分析的方法，其特征是，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formulaformulaseeoriginaldocumentpage2/formulaCe4+褪色反应速率可用下式表示formulaformulaseeoriginaldocumentpage2/formula上式按一级反应处理formulaformulaseeoriginaldocumentpage2/formula积分得Incce=-KCjt+B当反应体系褪色至Ce4+浓度为Cee时，吸光度为A，摩尔吸光系数为ε，按Lambert-Beer定律formulaformulaseeoriginaldocumentpage3/formula在实验条件一定时，ε、b为常数，与B合并得IgA=-KClt+B3)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formulaformulaseeoriginaldocumentpage3/formulaIgA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(_和K#s，在参比池中加入已知量的碘标准溶液Ctl并于样品池内的样品同时记录IgA与t的斜率1(_和K#s，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。全文摘要本发明公开了一种尿碘测定仪及其分析方法。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/T107-2006需要稳定的温度环境，温度波动不超过0.3℃)，不需严控时间(国家标准WS/T107-2006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/T107-2006需要45min)，且定量范围明显宽于现有的国家标准方法。文档编号G01N33/50GK101819137SQ公开日2010年9月1日申请日期2010年4月28日优先权日2010年4月28日发明者陈浩申请人:成都市信达温度测控技术有限公司