Análisis Elemental de Muestras Clínicas · Generador de RF de 27MHz de frecuencia variable...
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Amparo Villar Especialista de Producto SPSD Análisis Elemental de Muestras Clínicas
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Amparo Villar
Especialista de Producto SPSD
Análisis Elemental de
Muestras Clínicas
Elementos de interés en fluídos biológicos
(orina, sangre, suero, plasma)
ELEMENTOS POTENCIALMENTE TÓXICOS
ELEMENTOS ESENCIALES
METALES PESADOS ALTAMENTE TÓXICOS
• Cd, Pb, Hg (As), etc.
• Al, Sb, Ba, Be, Bi, Li, Ni, Sr, Tl, etc.
• Cr, Co, Cu, Mg, Mn, Se, V, Zn, etc.
ESPECIES QUIMICAS
• MeHg, Metaloproteínas, péptidos y fosfopétidos, metalodrogas, etc
Necesidades analíticas para la medida de metales
en un laboratorio clínico
Sistema de introducción de muestras robusto
Para todas las matrices manejadas rutinariamente (orina, sangre, etc.)
Medida de muchos elementos en una misma adquisición
Reducción tiempos de análisis
Mejora de la productividad
Reducción de los costes de análisis
Medidas a nivel de trazas y de altas concentraciones en una misma adquisición
Reducción tiempos de análisis
Mejora de la productividad
Reducción de los costes de análisis
Posibilidad de determinación de especies con heteroátomos
Especiación, farmacocinéticas, estudios metabólicos, etc
Agilent en Espectroscopía Atómica. Hoy!!.
AA Llama
AA Cámara de Grafito
Espectroscopía Atómica: Técnicas de análisis elemental
MP-AES
ICP-OES
ICP-MS
ICP-MS QQQ
Nuevo!!
Nuevo!!
Criterios de Selección de la Técnica Adecuada
• LOD’S
• Productividad:
-Número de muestras
-Número de elementos por muestra
-Elementos concretos de interés
• Matriz
- Complejidad (TDS)
- Una o varios tipos?
• Presupuesto
Necesidades futuras del laboratorio
Introducción al ICP-MS
¿Que es un ICP-MS?
ICP - Inductively Coupled Plasma
• Fuente de iones a alta Tª
• Decompone, atomiza e ioniza la muestra
MS – Espectrómetro de masas
• Diferentes tipos de analizadores de
masas (Qpole, TOF, DF)
• Intervalo de masas de 7 a 250 amu
(Li a U.)
• Detector de modo dual (ppt a ppm)
• Proporciona información isotópica
Técnica de análisis elemental inorgánico
¿Qué elementos pueden ser medidos mediante
ICP-MS?
TODOS a excepción de:
• Presentes en el plasma
• Elementos <5 amu o >260 amu
• No ionizables
Limitaciones de la técnica de ICP-MS
A pesar de la gran evolución de las técnicas instrumentales en los últimos 20
años, todavía existen algunas limitaciones de la técnica:
1) Tolerancia del plasma: supresión de la ionización o problemas en la interfase
(bloqueo de los conos y deriva de la señal) debido a muestras con alto contenido
de matriz (>0.3%)
2) Presencia de interferencias espectrales derivadas de la matriz: varían en función
de la composición de las muestras. Generalmente son variables y desconocidas.
3) Rango lineal limitado, especialmente cuando se trabaja en muy diferentes
niveles de concentración (configuración de alta sensibilidad para elementos
ultratraza, podría saturar la señal de mayoritarios).
Evolución de Agilent en ICP-MS
1987 2000 2009 1994
First computer-controlled ICP-MS
PMS 100
4500 Series
7500 Series
7700 Series
Enabling high
sensitivity
metal analysis
Enabling routine
robust ICP-MS
analysis
Enabling a new level
of interference
management
World's first benchtop system. Hyperbolic profile quad, motorized torch XYZ, cool plasma
Enabling a new level of
ease of use in ICP-MS
9 orders detector range Octopole Reaction System
HMI, ISIS-DS, 3rd Generation ORS Masshunter SW
Enabling a new era in
ICP-MS analysis
8800 ICP-QQQ
World’s first ICP-QQQ for unparalleled interference removal and sensitivity
2012
Agilent 7700x ICP-MS con Octopole Reaction System (ORS3)
Entrada de gas de dilución del kit HMI
Cámara de nebulización refrigerada por Peltier
Lentes iónicas Off-axis
Sistema de introducción de muestra de bajo flujo
Generador de RF de 27MHz de frecuencia variable
Sistema de vacío de alto rendimiento
Entrada del gas de celda
Cuadrupolo hiperbólico de alta frecuencia (3MHz)
Detector simultáneo dual rápido (109 intervalo dinámico lineal)
Interfase de extracción (alta transmisión, tolerancia a matriz)
3º generación Octopole Reaction System (ORS3)
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3 Características únicas del 7700x
Temperatura del plasma más alta que ningún otro ICP-MS
• Sistema de introducción de muestra de bajo flujo (0.15mL/min, frente a 1mL/min en otros sistemas)
• Cámara de spray con temperatura controlada
• Antorcha con mayor ID (2.5mm, comparado con 1.8 – 2.0mm en otros sistemas)
• Generador de RF de estado sólido y alta eficacia (algunos ICP-MS aun emplean sistemas de válvulas).
Unica celda de colisión / reacción capaz de eliminar eficazmente todas las interferencias en modo He
• Debido a un excepcional control de la energía de los iones proporcionado por el sistema ShieldTorch System, combinado con un compacto y bien focalizado haz iónico proporcioando por la celda octopolar
Mayor intervalo dinámico lineal que ningún otro ICP-MS
• 9 órdenes de rango dinámico lineal verdaderos.
• Otros sistemas emplean lentes de desenfoque, incremento de resolución, atenuación del detector o interfases alternativas para alcanzar el mismo rango de concentración.
“Autosampler” integrado ultra-inerte
Diseñado especialmente para aplicaciones que requieran alta
pureza donde la prevención de la contaminación es clave
Tapa para proteger las muestras de la contaminación ambiental (e.g. polvo).
Viales PFA ultra-inertes.
Sonda y tubos de muestra ultra-inertes.
Puerto para lavado continuo, más tres viales de lavado adicionales (e.g. lavado alcalino,
lavado ácido, etc.) para máxima flexibilidad.
Bandejas de muestras configurables.
Más pequeño volumen de muestra (<0.5mL).
Diseñado, construido y soportado por Agilent.
Análisis de muestras alto contenido en sólidos y alta
viscosidad. Clinical Sample Introduction Kit.
Construido en PFA
• Químicamente inerte
• Reduce efectos de memoria (especialmente útil para análisis de yodo)
• Irrompible por golpes e impactos
• Acorta tiempo de limpieza entre muestras
Alta tolerancia a sólidos disueltos
• Permite la introducción directa de sangres y sueros con una mínima preparación de muestra
(dilución). Elimina la necesidad de digestión por microondas.
• Ideal para análisis de orinas
• Alta estabilidad de los estándares internos
Aplicaciones Clínicas/Biomédicas en ICP-MS
Análisis de Orinas
Análisis directo de la muestra tras una dilución 1/5 ó 1/10 (v/v) en 1 %
HNO3/0,5 % HCl y adición de patrones internos
• SIN obturación del nebulizador
• SIN formación de depósitos en el tubo del inyector (12 h análisis)
69 ± 14 68 ± 5 14.3 ± 2.9 13.5±1.1 Pb
198 ± 40 185 ± 17 9.7 ± 2.0 9.6 ± 0.8 Tl
36.9 ± 7 34.8 ± 4.4 9 ± 1.8 6.9 ± 1.1 Sb
15.6 ± 3.1 14.9 ± 1.9 8.6 ± 1.7 8.4 ± 1.1 Cd
163 ± 33 162 ± 15 67 ± 14 65 ± 6 As
187 ± 37 192 ± 17 49 ± 10 56 ± 5.3 Se
50 ± 10 45 ± 5.5 26.7 ± 5.4 24 ± 2.1 Cu
19.1 ± 4.2 18.9 ± 1.4 6.9 ± 1.4 6.6 ± 0.7 Co
20.2 ± 4.1 18.6 ± 2.6 1.2 ± 0.3 1.7 ± 0.3 Cr
certificado medido certificado medido
Lyphochek, level 2 Lyphochek, level 1
Concentración (µg/L) Elemento
Características analíticas para el análisis de orina por ICP-MS
Isótopo LOD (ng/L)
Orina sin diluir
RSD (%)
2 min, n = 10 20 min, n = 20 5 horas, n = 60
7Li 6 0.8 2.7 4.5 9Be 4 1.5 4.2 3.9 52Cr 16 1.7 3.1 4.6 51V 16 2.4 3.4 4.1
55Mn 21 3.0 3.1 3.6 59Co 5 1.8 2.6 4.9 60Ni 9 2.9 3.4 5.1 63Cu 121 0.9 3.1 4.4 66Zn 92 0.8 3.0 5.1 75As 73 2.1 2.8 5.6 78Se 143 2.4 3.7 6.2
LOD= 3 RSDb c/SBR
RSDb: Desviación estandar relativa de la intensidad del fondo (10 medidas), c: concentración el elemento en la disolución;
SBR: relación señal/ruido
Isótopo LOD (ng/L)
Orina sin diluir
RSD (%)
2 min, n = 10 20 min, n = 20 5 hours, n = 60
98Mo 27 1.8 2.8 5.4 103Rh 0.6 1.2 3.3 4.8 111Cd 8 2.4 3.2 3.9 115In 4 0.5 3.0 3.7
118Sn 19 1.6 3.2 5.8 121Sb 6 1.1 2.6 5.3 138Ba 8 1.5 2.8 4.1 184W 7 0.9 2.2 4.6 195Pt 3 0.7 1.9 3.8 205Tl 3 0.6 2.1 2.3
208Pb 2 0.7 2.3 2.5 238U 0.4 1.2 2.2 3.2
Características analíticas para el análisis de orina por ICP-
MS (continuación)
LOD= 3 RSDb c/SBR
RSDb: Desviación estandar relativa de la intensidad del fondo (10 medidas), c: concentración el elemento en la disolución;
SBR: relación señal/ruido
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190200210220230240250260
5.0E4
1.0E5
[1] Spectrum No.1 [ 181.525 sec]:002SMPL.D# / Tune #1 [CPS] [Linear]
m/z-> 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190200210220230240250260
5.0E4
1.0E5
[1] Spectrum No.1 [ 181.531 sec]:004SMPL.D# / Tune #1 [CPS] [Linear]
m/z->
Pb
Rb
Fe
Br Ba
Ca
Li Mo I
Cs Sr
Zn
Cu
Sb
Sn
C Na
Mg
As
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190200210220230240250260
5.0E4
1.0E5
[1] Spectrum No.1 [ 181.531 sec]:004SMPL.D# / Tune #1 [CPS] [Linear]
m/z-> 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190200210220230240250260
2.5E5
5.0E5
[1] Spectrum No.1 [ 181.531 sec]:004SMPL.D# / Tune #1 [CPS] [Linear]
m/z->
Pb Fe
Br Ba
Li Mo I
Cs Sr
Zn
Cu
Sb
Sn As
Rb C Na
Mg
Ca
Elemento “desconocido” adicionado
a la muestra de orina
Análisis de elementos tóxicos y nocivos en orina (análisis
semicuantitativo o “Screening” elemental)
Barrido cualitativo de orina diluida 1:10 para identificar envenenamientos
194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 216
5.0E4
1.0E5
[1] Spectrum No.1 [ 175.118 sec]:003SMPL.D / Tune #1 [CPS] [Linear]
m/z->
Pb
194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 216
2.5E5
5.0E5
[1] Spectrum No.1 [ 175.118 sec]:005SMPL.D# / Tune #1 [CPS] [Linear]
m/z->
Tl
208Pb
205Tl
203Tl
Análisis de elementos tóxicos y nocivos en orina
(análisis semicuantitativo o “Screening” elemental)
Confirmación (por perfil isotópico) de la presencia de Talio (2ppb)
210Po podría ser detectado en esta región de masas
Análisis de sangre/suero empleando el ICP-MS 7700x
Muestra y patrones son diluídos con una disolución compuesta por:
Más de 100 muestras pueden ser preparadas en menos de 1 h por una sola persona
0.7 mM NH3
0.01 mM AEDT
0.07 % (v/v) Triton X-100
2 % (v/v) 1-Butanol
10 ppb P.I (No “online”)
Dilución final de la muestra de 1/20
(CSF dil. 1/10)
Características Analíticas del análisis de sangre por ICP-MS
Límites de cuantificación
(LOQs) calculados en sangre sin diluir:
De 0.003 µg/L para 238U hasta
0.1 µg/L para 69Ga
Recuperaciones De 1 µg/L a excepción de:
10 µg/L para B, Mn y Sr y de
200 µg/L para Cu y Rb
obteniendo valores entre 94 -108%
Estabilidad de estándares internos (muestras de sangre
y suero diluidas 1:10 en disolución amoniacal)
Muestras de sangre Muestras de Suero Calibracion
Page 24
Interfase de muestreo robusta
Imágenes tomadas después del análisis de 90 muestras de sangre
Cono de muestreo o “Sampler “ Cono de extracción o “Skimmer”
Análisis de Selenio en suero con el Agilent 7700x ICP-MS
Análisis de yodo en el Agilent 7700x ICP-MS
o Estabilización en 0.1M NH4OH/ 0.01M AEDT/ 0.07% Triton X
o Limpieza en disolución básica (NH3/AEDT/Triton X)
o Calibraciones a nivel bajo de concentración
o Empleo de Teluro como patrón interno
Acoplamientos con ICP-MS para especiación metálica
Optional
Conventional
(Organic compound)
Detector(s)
GC-ICP-MS
LC-ICP-MS (IC, RP-LC, SEC, FFF)
CE-ICP-MS
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Separación isocrática de AsB & Cl del As inorgánico usando una nueva columna
*Surface Aminated Polymer Substrate
Agilent Application Note: Routine Analysis of Toxic Arsenic Species in Urine Using HPLC with ICP-MS, 5989-5505EN, by Tetsushi Sakai and Steven Wilbur, Agilent Technologies
Column G3288-80000 (4.6 x 250 mm) Guard Column G3154-65002 Fase móvil (alcalina): 2 mM phosphate buffer solution (PBS) pH 11.0 ajustado con NaOH 0.2 mM EDTA 10 mM, CH3COONa 3.0 mM NaNO3
1% etanol
Especiación de As en orina por LC-ICP-MS
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*Ajustado a pH 11 para separar la AsB. La fuerza iónica de la fase móvil acorta la elución del As V 10ug/L de cada especie de As
Conclusiones
El ICP-MS ofrece una combinación única
de propiedades como son:
Gran capacidad multielemental (casi toda la Tabla Periódica)
Bajos límites de detección (muy pocas ppt para la gran mayoría de los elementos)
Amplio intervalo dinámico lineal
Análisis muy rápidos (<5 minutos para un barrido multielemental completo)
Espectros libres de interferencias espectrales (celda de colisión/reacción)
Tolerancia a gran variabilidad de matrices
Robustez
Facilidad de acoplamiento de una técnica de separación cromatográfica al ICP-MS
aumentando las aplicaciones de la técnica
