【冯仁丰】临床检验检测钾和钠的一些问题的认识3 火焰光度法检测血浆内钾和钠

火焰发射光度法 (Flame emission photometry) 是定量检测体液中钠和钾最常用的方法。锂尽管没有正常存在于血清中，也可结合使用锂盐进行检测，用于精神疾病治疗中。

许多金属元素的原子，被火焰激发时，将在该元素特定波长下发射出能量。即一个元素在轨道上的电子，吸收特定量或数量的热能，但由于在这个高能量（发射）状态的电子不稳定，它们会从激发态改变为以往基态，通过某个特定波长的光子，释放它们过多的能量。发射的光会有多个能量水平，所以发射不同波长的光。例如，钠，发射光的波长主要在589 nm，但还有其他较小强度的光波长同时发射。检测使用哪个波长，取决于所选波长是否具有足够强度，来提供适当的灵敏度，以及不受到接近被选定波长其他波长光的干扰。

有些金属在实验室检测用的火焰光度计的火焰下，很容易发射。锂产生红色光、钠为黄色、钾为紫色、铷为红色、镁为蓝色。它们作为阳离子存在在溶液中，这些颜色是金属原子的特征。

在恒定和控制的条件下，每一个原子会产生特征波长下的光强度，直接与被发射的原子个数呈比例，转而也直接与样品中关注物质的浓度呈比例。较容易发射的碱金属，如钠，在溶液中仅存在1%~5%的原子，就能在火焰中被发射。即使在被发射的原子中仅占有很小的比例，溶液中存在的碱金属在火焰下的检测，在大多生物分析应用中具有了合适的灵敏度。因此，火焰光度法可以直接检测某些金属的浓度。

其他的阳离子，如钙，在丙烷-空气火焰下很少发射。在这些情况下，给出的光亮没有提供被火焰发射方法分析的合适灵敏度。使用较高火焰可以略微改善灵敏度。大多其他的金属离子不易在火焰中激发，因此，火焰发射方法不合适这些金属离子的检测。

下图为火焰光度计基础部分的原理图。

样品被吸入后，成为细小液滴进入火焰雾化器。仪器的单色器、光入口和出口狭缝，均类似于分光光度计。这里，分光光度计的光源被置换为一个雾化-火焰结合部分，检测的是发射光，不是光吸收。

火焰光度计中使用的燃烧气体和氧化剂有各种组成。火焰的选择取决于需要的温度；如Na和K检测，使用丙烷-压缩空气的火焰完全合适。

在火焰光度计中，雾化器和火焰是关键部分。雾化器在样品通过取样抽吸器吸入后，将其转化成为细雾，然后进入火焰。在火焰中最重要的变量是温度。火焰光度计经常标准化是基础，因为热的变化影响被发射的原子个数。另外，温度改变影响光电池检出器的输出；为此，要求有预热阶段，包括水和标准的吸入，去建立火焰和雾化通道的热平衡。

理想地，火焰光度计的单色器，相较于分光光度计，应在光吸收下，有更高的质量。在燃烧非离子物质时，会给出各种波长的光。这个光为连续的光发射，包括了被添加到被检测元素的各个发射光。为此，应使用最窄波宽，去消除过多的额外extraneous波线。有可能会连续发射，但要让最大的发射光线通过检测器。在火焰光电比色计使用的检出器，使用的原理和做法，均与分光光度计相同。

较早设计的一些仪器（上世纪50年代），钠和钾的稀释溶液，被直接aspirate吸入到火焰，提供系列检测读数（这样的火焰光度计，就是我国在上世纪普遍采用的火焰光度计！）。这个方法，称为直接阅读方法（direct reading method），出现的一些问题；包括：空气和燃烧气体压力的波动，造成数据不稳定，既不精密和也不准确；而且因存在钠，又增强了钾的信号，被称为互激励（mutual excitation）作用。

在内部标准方法（internal standard method）中，锂或铯以等浓度方式，被添加到所有标准、空白、和未知样品中。锂具有很高的发射强度，它不存在于正常的生物液体中，某个波长下发射光，完全可以从钠和钾检测中去除。火焰光度计可以将要求检测的元素（钠和钾），与参考锂元素一起发射。这个检测方式中各元素的发射光强比率，在雾化速率、火焰稳定性上差异很小，也对溶液粘度做了补偿。这种情况下，锂不是“标准”的函数，但可以作为分析变异的一个参考信号。该方法用于将已知浓度的钠和钾，在锂稀释液中建立校准曲线或验证响应曲线。

血清锂在病人血清中很低，约~1 mmol/L。但是，这个量相较于内部标准中添加的量是不显著的。在稀释剂中锂的较高浓度，作为放射性缓冲液，去消除互激励，即从一个激发的原子到另一个原子的能力转换（正如上述从被激发的钠到钾原子）。

在标准和样品稀释中经常推荐使用湿润剂，湿润剂可以消除样品粘度的差异，缓减检测过程里火焰光度计中从雾化起流速的变化。稀释样品100~200倍，可进一步减少粘度的作用。