本文介绍了一项由Liangbo He、Yao Lin、Piaopiao Chen、Yubin Su、Yuanyuan Li和Chengbin Zheng等人共同完成的研究，该研究发表在2022年7月的《Journal of Hazardous Materials》期刊上，题为“A microplasma optical emission spectrometry pen for point-of-care diagnosis of child blood lead”。这项研究由四川大学化学学院、基础医学与法医学院以及华西医院精准医学产业技术研究所等多个机构的研究人员合作完成。
儿童血铅水平（Blood Lead Levels, BLL）的检测对于预防铅中毒及其对儿童智力发育的负面影响至关重要。铅是一种强效的神经毒素，尤其对儿童和婴儿的神经系统发育具有严重的危害。尽管现有的原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）和质谱法（ICP-MS）等技术在血铅检测中具有高灵敏度和准确性，但这些方法通常依赖于昂贵、笨重且高能耗的设备，限制了其在低收入地区的应用。因此，开发一种便携、低成本且适用于现场快速检测的血铅诊断设备具有重要的现实意义。
本研究旨在开发一种基于微等离子体光学发射光谱法（Microplasma Optical Emission Spectrometry, OES）的便携式设备，用于儿童血铅的现场快速检测。该设备通过将微等离子体激发源集成到圆珠笔中，实现了对血铅的高灵敏度、高特异性检测，且样品需求量极低（仅需100微升血液）。
研究的主要流程包括以下几个步骤：
样品消化：研究人员采用湿法消化技术处理血液样品。将100微升血液与硝酸和过氧化氢混合，在石墨消化器中进行消化，最终将消化后的样品稀释至500微升以备分析。
设备设计与构建：研究人员设计了一种基于圆珠笔的微等离子体光学发射光谱仪（BD-OES Pen）。该设备利用圆珠笔的笔尖作为电极，通过点放电产生微等离子体。设备的核心部件包括微电压升压器和微型高压电路，用于维持等离子体的稳定放电。
氢化物生成：为了提高检测灵敏度，研究人员采用了氢化物生成技术（Hydride Generation, HG）。将消化后的血液样品与固体硼氢化钾（KBH4）和氢氧化钠（NaOH）混合，生成铅的氢化物，并通过氩气将其输送到微等离子体中进行检测。
光谱检测：通过微型CCD光谱仪（200-600 nm波长范围）收集铅的原子发射光谱，主要检测铅的363.9 nm和368.3 nm发射线。设备可以与智能手机连接，实现数据的实时读取和分析。
参数优化：研究人员对设备的多个参数进行了优化，包括电极直径、放电间隙、氩气流速和放电电压等，以确保微等离子体的稳定性和激发能力。
设备性能：BD-OES Pen在检测血铅时表现出优异的性能，检测限（Limit of Detection, LOD）为0.73 μg/L，远低于传统微等离子体OES技术的检测限。设备在100 μL血液样品中的检测精度（相对标准偏差）为2.1%，且对常见共存离子（如K+、Ca2+、Na+等）的抗干扰能力较强。
现场应用：研究人员在河南省某乡村医院对16名儿童的血铅水平进行了现场检测，结果显示其中两名儿童的血铅水平超过了世界卫生组织（WHO）的安全标准（>50 μg/L）。BD-OES Pen的检测结果与医院实验室的ICP-MS检测结果高度一致，验证了其准确性和可靠性。
理论分析：通过理论模拟和实验验证，研究人员发现BD-OES Pen的微等离子体在电极出口处具有较高的激发能力，能够显著提高铅原子的激发效率，从而增强检测灵敏度。
本研究成功开发了一种全球最小的便携式微等离子体光学发射光谱仪，首次实现了儿童血铅的现场快速检测。该设备具有样品需求量低、灵敏度高、成本低廉等优点，特别适用于低收入地区的血铅筛查。此外，该设备还具有检测其他有毒元素（如汞、砷等）的潜力，未来有望在环境水样检测中发挥重要作用。
本研究不仅为儿童血铅的现场检测提供了一种高效、低成本的解决方案，还为微等离子体光谱技术的发展开辟了新的方向。该设备的成功应用有望在全球范围内推广，特别是在铅污染严重的发展中国家，帮助减少儿童铅中毒的发生率。