電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定人體尿液中鎘含量的研究

明劍輝 李致明 梁國(guó)榮 歐映紅

廣東省清遠(yuǎn)市清新區(qū)疾病預(yù)防控制中心檢驗(yàn)科，廣東清遠(yuǎn) 511800

隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，空氣、水土等環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，重金屬中毒事件越來(lái)越多。傳統(tǒng)的金屬元素測(cè)定方法主要有原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、二苯碳酰二肼比色法等，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，常難以滿足臨床快速檢測(cè)的需求[1]。電感耦合等離子質(zhì)譜法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）是近年發(fā)展迅速的一種理化檢測(cè)技術(shù)，能同時(shí)測(cè)定多種金屬元素含量，分析速度快且靈敏度、精密度高，被廣泛用于生物、環(huán)境和地質(zhì)等領(lǐng)域[2-3]。鎘（Cd）元素是普遍存在于自然界礦石、土壤、大氣與海水中的一種稀有金屬元素，被鎘污染的空氣、水源與食物對(duì)人體危害極大，日本曾出現(xiàn)鎘中毒引起的痛病，患者最初表現(xiàn)為關(guān)節(jié)疼痛，逐漸演變?yōu)樯窠?jīng)痛與全身骨痛，最后導(dǎo)致骨骼萎縮、四肢彎曲變形[4]。尿鎘是重要的生物監(jiān)測(cè)指示物，反映的是人體和環(huán)境中鎘負(fù)荷，本研究為評(píng)價(jià)清遠(yuǎn)地區(qū)環(huán)境鎘負(fù)荷量，采用ICP-MS 法對(duì)清遠(yuǎn)地區(qū)工人進(jìn)行了尿液中鎘含量測(cè)定，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機(jī)選取2018 年1 ～12 月在清遠(yuǎn)市各大工廠進(jìn)行體檢的健康工人200 例作為研究對(duì)象，所有受試者無(wú)嚴(yán)重心、肝、腎等器質(zhì)性疾病，無(wú)重大傳染性疾病，無(wú)過(guò)往嚴(yán)重病史，每位受試者提供尿液樣本至少＞50mL（將其置于-20℃冰箱保存）。200例受試者中男：女=93：107，年齡18 ～65 歲，平均（34.8±5.7）歲。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 儀器與試劑 高分辨電感耦合等離子質(zhì)譜儀（美國(guó)Thermo Scientific 公司，型號(hào)：ICAP RQ）；密閉式智能微波消解儀（上海袁析儀器有限公司，型號(hào)：MWD-800）渦旋儀（北京科爾德實(shí)驗(yàn)儀器廠，型號(hào)：WH-861）；濃硝酸（德國(guó)Merck 公司，體積分?jǐn)?shù)為65%）；鎘單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院GBW08612，質(zhì)量濃度為1000μg/mL），采用1%稀硝酸配制成質(zhì)量濃度為20μg/L 的Cd 元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液；銦-115（鋼鐵研究總院，質(zhì)量濃度為1000μg/mL），采用1%稀硝酸配制成質(zhì)量濃度為10μg/L 的內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液；質(zhì)量濃度為 1.0μg/L 質(zhì)譜調(diào)諧液標(biāo)準(zhǔn)溶液（美國(guó)Thermo Fisher 公司）；實(shí)驗(yàn)用水為超純水（電阻率為18.25MΩ·cm）。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液與內(nèi)標(biāo)溶液配制 將Cd 標(biāo)準(zhǔn)溶液儲(chǔ)備液稀釋成0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0μg/L 的標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液，將內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液配逐級(jí)稀釋，制成100μg/L 的內(nèi)標(biāo)工作溶液。

1.2.3 儀器參數(shù)設(shè)定 設(shè)定高分辨電感耦合等離子質(zhì)譜儀主要的參數(shù)：射頻功率為1600W；采樣深度8mm；等離子體氣流速15L/min；矩管水平位置為-0.5mm；輔助氣流速為0.25L/min；矩管垂直位置0mm；載氣流速0.85L/min；掃描模式為全掃描；積分時(shí)間為0.1s；采集次數(shù)為3 次；提取透鏡1 為2V；提取透鏡2 為-105V；氧化物干擾＜3%；雙電荷干擾＜1.5%。

1.2.4 尿樣前處理 將所有患者的尿液樣本置于室溫解凍，渦旋混勻后分為兩份，分別采用如下兩種方式進(jìn)行前處理。直接稀釋法：用體積分?jǐn)?shù)為1%的硝酸將尿樣稀釋20 倍后測(cè)定；微波消解法：準(zhǔn)確量取2.5mL 尿樣置于微波消解罐，加入2mL 的硝酸與1mL 的雙氧水，設(shè)定微波消解程序，消解后用超純水頂溶質(zhì)至100mL。

1.2.5 樣本測(cè)定 直接稀釋處理樣本以1%的硝酸溶液作為空白對(duì)照，微波消解樣本以5%的硝酸溶液作為空白對(duì)照，分別將空白對(duì)照或標(biāo)準(zhǔn)工作液注入等離子質(zhì)譜儀中，使用蠕動(dòng)泵在線加入內(nèi)標(biāo)溶液（按照內(nèi)標(biāo)：待測(cè)液=1：1），用Y 接頭與樣品混合，測(cè)定Cd 元素分析譜線強(qiáng)度信號(hào)響應(yīng)值，以Cd 元素與115In 響應(yīng)信號(hào)值的比值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

將前處理好的尿液樣本溶液與內(nèi)標(biāo)溶液同樣采用蠕動(dòng)泵加入，測(cè)定待測(cè)尿樣樣本中Cd 元素分析譜線強(qiáng)度信號(hào)響應(yīng)值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的得到每個(gè)尿中Cd 元素濃度，平行重復(fù)測(cè)定3 次取平均值，同時(shí)作空白對(duì)照。

1.3 觀察指標(biāo)

觀察標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)得的線性相關(guān)程度是否符合《尿中釩、鉻、鈷、鎘、鉈、鉛的測(cè)定電感耦合等離子體質(zhì)譜法》標(biāo)準(zhǔn)[1]，比較直接稀釋法與微波消解法兩種方法處理樣本的效果，即兩種方法測(cè)得人群Cd濃度的差異；觀察人群尿鎘水平是否在正常范圍（既往研究[4]指出正常尿鎘水平為0 ～25μg/L）；比較尿鎘在不同性別，不同年齡之間的負(fù)荷差異。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS22.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理分析，計(jì)量資料以（）表示，采用t 檢驗(yàn)，P ＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為Y=6566.8x ＋4928.1，相關(guān)系數(shù)為0.9975，線性良好，檢測(cè)范圍為0.1 ～20μg/L，符合《職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)制定指南 第5 部分：生物材料中化學(xué)物質(zhì)測(cè)定方法》的要求。見圖1。

圖1 鎘的標(biāo)準(zhǔn)曲線（0.1 ～20ug/L）

2.2 兩種前處理方法比較

直接稀釋法測(cè)得200 例人群尿樣的平均響應(yīng)值為25951.58cps，Cd 平均含量為2.87μg/L，微波消解法測(cè)得平均響應(yīng)值為26334.53cps，Cd 平均含量為2.93μg/L，均在正常范圍內(nèi)，兩種方法測(cè)得結(jié)果比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＞0.05）。見表1。

表1 兩種前處理方法測(cè)定結(jié)構(gòu)的比較（，μg/L）

表1 兩種前處理方法測(cè)定結(jié)構(gòu)的比較（，μg/L）

組別 尿樣份數(shù) 尿鎘平均水平直接稀釋組 200 2.87±1.78微波消解組 200 2.93±1.82 t 0.333 P 0.739

2.3 不同性別、年齡段人群間的尿鎘水平比較

男女人群間Cd 元素含量比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＞0.05）；Cd 元素含量在＜20 歲，20 ～40歲，＞40 歲三組年齡段間呈遞增趨勢(shì)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜0.05）；兩種前處理方法間不同性別、年齡人群的尿鎘水平比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＞0.05）。見表2。

表2 不同性別、年齡段人群間尿鎘水平的比較（，μg/L）

表2 不同性別、年齡段人群間尿鎘水平的比較（，μg/L）

注：與＜20 歲人群比較，aP ＜0.05；與20 ～40 歲人群比較，bP ＜0.05

項(xiàng)目 n 直接稀釋組 微波消解組 t P性別 男 93 2.95±1.86 3.01±1.92 0.216 0.829女 107 2.71±1.62 2.82±1.57 0.504 0.615 t 0.947 0.746 P 0.345 0.457年齡（歲） ＜20 41 1.85±0.79 1.87±0.76 0.117 0.907 20～40 96 2.88±1.36a 2.91±1.40a 0.151 0.880＞40 63 3.42±1.47ab 3.38±1.42ab 0.155 0.877 F 18.111 16.916 P ＜0.001 ＜0.001

3 討論

鎘是存在于自然界中的一種稀有金屬，正常環(huán)境狀態(tài)下含量很低，不會(huì)影響人體健康，當(dāng)環(huán)境受到鎘污染后，鎘通過(guò)食物、水和空氣進(jìn)入人體富集引發(fā)慢性中毒[5]。鎘在正常成人中負(fù)荷量為30 ～45mg，經(jīng)尿液排出體外，檢測(cè)人體尿液中鎘元素含量，可從側(cè)面評(píng)價(jià)環(huán)境鎘元素暴露水平[6-7]。ICP-MS 是20 世紀(jì)80 年代發(fā)展起來(lái)無(wú)機(jī)元素與同位素分析測(cè)試技術(shù)，具有速度快、靈敏度高、精密度高及抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于地質(zhì)、環(huán)境與生物檢測(cè)中[8]。本文采用ICP-MS 對(duì)清遠(yuǎn)地區(qū)工廠體檢健康人群尿鎘水平進(jìn)行測(cè)定，來(lái)評(píng)價(jià)清遠(yuǎn)地區(qū)工廠鎘負(fù)荷水平。

ICP-MS 法主要原理是通過(guò)在電感線圈上施加強(qiáng)大功率的高頻射頻信號(hào)形成高溫等離子體，并由氣體推動(dòng)保證等離子體平衡與持續(xù)電離，將待測(cè)樣霧化成氣溶膠后再經(jīng)蒸發(fā)、分解、激發(fā)和電離呈帶電粒子進(jìn)行質(zhì)譜分析[9]。鎘的第一電離能高，屬于難電離元素，需要較高能量的電感耦合等離子體焰滿足測(cè)定的靈敏度與準(zhǔn)確度，本研究中采用1600kW 射頻功率來(lái)進(jìn)行電離[10]。ICP-MS 法圖譜簡(jiǎn)單，易于解析，但也存在光譜干擾和基體效應(yīng)，為減小基體干擾，通常選用尿液樣本不存在且與鎘元素的質(zhì)量數(shù)和電離電位相近的同位素[11]。常用的內(nèi)標(biāo)元素有Li、Sc、Ge、Y、Rh、In 等，本研究采用與Cd 相對(duì)分子質(zhì)量相近的115In 同位素作為內(nèi)標(biāo)[12]。結(jié)果顯示采用ICP-MS 法測(cè)定得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為Y=6566.8x+4928.1，相關(guān)系數(shù)為0.9975，線性良好，檢測(cè)范圍為0.1 ～20μg/L，符合《職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)制定指南第5 部分：生物材料中化學(xué)物質(zhì)測(cè)定方法》的要求。

ICP-MS 法測(cè)定前采用微波消解法與直接稀釋法測(cè)量結(jié)果差異不大，可能是因?yàn)槟蛞褐缓猩倭砍猎ㄖ饕獮榧?xì)胞、管型、結(jié)晶和細(xì)菌等有形成分），其他固體物質(zhì)較少，微波消解可以發(fā)揮的作用不大，而直接稀釋法操作簡(jiǎn)單、快速，更適合用于處理批量尿液樣本。正常人的尿鎘水平為0 ～25μg/L，直接稀釋法測(cè)得200 例工廠人尿樣中Cd 平均含量為2.87μg/L，微波消解法測(cè)得2.93μg/L，均在正常范圍內(nèi)，表明清遠(yuǎn)地區(qū)工廠鎘暴露水平處于正常范圍，環(huán)境未受到鎘污染。既往研究表明，男性抽煙會(huì)加重鎘吸收入肺，導(dǎo)致男性的鎘負(fù)荷高于女性[13]，本研究中男性尿鎘水平雖稍高于女性，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能與樣本基數(shù)不夠大，導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)一定程度偏倚有關(guān)。結(jié)果還顯示，隨著年齡增長(zhǎng)，尿鎘水平有增加趨勢(shì)，這是因?yàn)槿藦某錾_始就不斷從環(huán)境中攝取鎘，而鎘在人體內(nèi)代謝很慢，鎘不斷蓄積，所以鎘負(fù)荷總體水平會(huì)隨著年齡增長(zhǎng)而增加[14-15]。

綜上所述，直接稀釋法相比微波消解法，處理簡(jiǎn)單快速，更適用于大批量尿樣中元素含量的測(cè)定。ICP-MS 測(cè)得清遠(yuǎn)地區(qū)工廠健康人群尿中鎘含量均處于正常范圍內(nèi)，且有隨著年齡增長(zhǎng)而遞增的趨勢(shì)。