廣東省醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 （廣東 佛山 528137）

內(nèi)容提要：外科植入物用金屬材料的化學(xué)成分一般采用化學(xué)分析方法，其測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，制樣方法比較復(fù)雜。實(shí)驗(yàn)采用火花原子發(fā)射光譜法測(cè)試不銹鋼外科植入物化學(xué)成分，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法的正確度和精密度均符合測(cè)試需求，試樣測(cè)試結(jié)果與化學(xué)方法測(cè)試結(jié)果基本一致。該方法樣品制備簡(jiǎn)單，測(cè)試簡(jiǎn)便易行，適用于不銹鋼外科植入物化學(xué)成分的快速檢測(cè)。

不銹鋼是醫(yī)用植入器械常用材料之一，材料的化學(xué)成分是決定該材料性能的重要基礎(chǔ)，材料的化學(xué)成分不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，將影響其終產(chǎn)品的力學(xué)性能和生物相容性。如不銹鋼材料中C元素一方面降低了不銹鋼的腐蝕抗力，另一方面C與Fe、Cr形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的碳化物，是鋼中重要的強(qiáng)化相。因此，應(yīng)將各元素含量控制在一定的限量，從而獲得綜合性能優(yōu)良且適用于植入人體的材料。

不銹鋼材料化學(xué)成分的檢測(cè)，按照GB 4234.1-2017《外科植入物 金屬材料第1部分：鍛造不銹鋼》[1]標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，C采用ISO 437燃燒重量分析法、Si采用ISO 439重量分析法、Mn采用ISO 629分光光度法、S采用ISO 671燃燒滴定法、P采用ISO 10714磷釩鉬酸鹽分光光度法，其他元素采用公認(rèn)的分析方法（現(xiàn)有的ISO方法或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦方法）。目前，檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)常用電感耦合等離子光譜法；但由于電感耦合等離子光譜法涉及酸、重金屬等危險(xiǎn)化學(xué)品或有害物質(zhì)，且一次溶樣不能用于所有元素的測(cè)定。直讀光譜法測(cè)試化學(xué)成分，制樣簡(jiǎn)單，無(wú)需危化品，本文對(duì)其可行性進(jìn)行分析探討。

1.原理

將制備好的塊狀樣品做為一個(gè)電極，用光源發(fā)生器使樣品與對(duì)電極之間激發(fā)發(fā)光，并將該光束引入分光計(jì)，通過(guò)色散原件將光束色散后，對(duì)選定的內(nèi)標(biāo)線和分析線的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣品制作的校準(zhǔn)曲線，求出分析樣品總待測(cè)元素的含量。

2.測(cè)試過(guò)程

2.1 樣品準(zhǔn)備

按照GB/T 20066-2006《鋼和鐵 化學(xué)成分測(cè)定用試樣的取樣和制樣方法》[2]的要求進(jìn)行取樣和制樣。所取樣品表面應(yīng)保證能夠不重疊地激發(fā)兩點(diǎn)，即直徑不小于6mm，厚度不小于3mm，無(wú)物理缺陷，相對(duì)均勻，有代表性。

2.2 儀器及試劑

直讀光譜儀，德國(guó)斯派克Spectro，型號(hào)：Spectro MAXx-07；精密切割機(jī)，萊州市蔚儀，型號(hào)：GTQ-5000；無(wú)級(jí)變速迷你型車床，上海西馬特，型號(hào)：CJ9518.C2；氬氣：純度99.9995%，液化空氣（廣東）工業(yè)氣體有限公司；磨樣機(jī)，廣州儀德，型號(hào)：QMS-350；BS9942/UNS S31703不銹鋼，砂紙。

2.3 分析條件

主要參數(shù)：分析間隙：3～6mm，氬氣流量（沖洗：6～15L/min，積分：2.5～7L/min，靜止：0.5～1L/min），預(yù)燃時(shí)間：2～20s，積分時(shí)間：2～20s。

2.4 試驗(yàn)步驟

對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)和曲線確認(rèn)，確認(rèn)儀器處于最佳工作狀態(tài)，按選定的工作條件激發(fā)樣品，每個(gè)樣品至少激發(fā)2次（每個(gè)樣品激發(fā)1次，獲得一個(gè)獨(dú)立測(cè)量結(jié)果；在樣品激發(fā)點(diǎn)的對(duì)面位置再激發(fā)一次，獲得第2個(gè)獨(dú)立測(cè)量結(jié)果），取平均值[3]。

3.結(jié)果與分析

3.1 檢出限與定量限

在儀器正常工作的條件下，連續(xù)10次激發(fā)純鐵（空白）光譜分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，以10次空白值標(biāo)準(zhǔn)偏差3倍對(duì)應(yīng)的含量為儀器檢出限，此儀器檢出限等于方法檢出限，選擇2倍方法檢出限作為方法定量限，檢出限單位為%。其中碳（C）含量小于儀器最小測(cè)試含量0.0015%，其他元素檢出限和定量限詳見表1，結(jié)果顯示該方法檢出限和定量限可以滿足外科植入物用不銹鋼的測(cè)試需求[4]。

表1.檢出限與定量限

3.2 準(zhǔn)確度

3.2.1 精密度

在重復(fù)性條件下，按照GB/T 11170-2008規(guī)定對(duì)重復(fù)性限r(nóng)進(jìn)行計(jì)算，獲得的兩次獨(dú)立測(cè)試結(jié)果的絕對(duì)差值不大于重復(fù)性限r(nóng)，以大于重復(fù)性限的情況下不超過(guò)5%為前提[5]。測(cè)試2個(gè)樣品（Y1-Y2），其中Y1中S含量小于0.00100%，其他元素重復(fù)性結(jié)果見表2。

在再現(xiàn)性條件下，按照GB/T 11170-2008規(guī)定對(duì)再現(xiàn)性限R進(jìn)行計(jì)算，獲得的兩次獨(dú)立測(cè)試結(jié)果的絕對(duì)差值不大于再現(xiàn)性R，以大于再現(xiàn)R的情況下不超過(guò)5%為前提[5]。測(cè)試2個(gè)樣品（Y1-Y2），其中Y1中S含量小于0.00100%，其他元素再現(xiàn)性結(jié)果見表2。

表2.重復(fù)性測(cè)試結(jié)果

由表2數(shù)據(jù)分析可知，獲得的兩次獨(dú)立測(cè)試結(jié)果的絕對(duì)差值均小于重復(fù)性限r(nóng)和再現(xiàn)性限R，測(cè)試結(jié)果滿足GB/T 11170-2008對(duì)樣品重復(fù)性和再現(xiàn)性的要求。

3.2.2 正確度

火花原子發(fā)射光譜法與化學(xué)分析結(jié)果對(duì)比，見表3。

表3.樣品火花原子光譜法與化學(xué)分析結(jié)果對(duì)比

有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證，見表4。

表4.有證標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)試數(shù)據(jù)

由樣品測(cè)試結(jié)果可知，該方法測(cè)試結(jié)果與化學(xué)方法測(cè)試結(jié)果基本一致，且標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果在標(biāo)稱值的不確定度范圍內(nèi)。

4.討論

通過(guò)上述分析可知，對(duì)于外科植入用不銹鋼產(chǎn)品，采用火花原子發(fā)射光譜法進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，可以快速檢測(cè)各組分含量，該方法的精密度、正確度、結(jié)果再現(xiàn)性良好，相對(duì)于ICP光譜法簡(jiǎn)便高效，可以滿足快速檢測(cè)要求，且可以避免化學(xué)方法的繁瑣和污染。日常工作中建議實(shí)驗(yàn)室采用火花原子發(fā)射光譜法與ICP光譜法比對(duì)、有證標(biāo)準(zhǔn)樣品等質(zhì)量控制手段，同時(shí)及時(shí)對(duì)方法間偏差進(jìn)行分析，以保證結(jié)果有效性。