采用電感耦合等離子體-質譜法測定人體尿液中的微量元素研究

劉建 于光平 丁占林 天津市武清區疾病預防控制中心 （天津 301700）

內容提要： 目的：探討采用電感耦合等離子體-質譜法測定人體尿液中的微量元素的研究價值。方法：選擇2020年1月～6月采集的健康人群尿液52份作為標本，采用電感耦合等離子體-質譜法測定尿樣中的微量元素。結果：不同內標測定有證標準物質的測定結果范圍均在參考范圍內；各元素在線性范圍內線性關系良好，相關系數r均＞0.999；測定人體尿液中13種微量元素批間精密度為1.1%～9.4%，日間精密度為1.5%～12.2%，平均回收率為88.5%～117.5%。結論：電感耦合等離子體-質譜法具有操作簡單特征，應用在人體尿液的微量元素檢測中可同時測定多種元素，且準確度高，樣品用量少。

一直以來，通過測定人體中各種體液內微量元素情況，可以了解人體身體狀況。但也有許多因素會影響到檢測結果。并且人體具有非常復雜的性質，微量元素中的各種金屬，可能存在于尿液、血液、血清中，以尿液來進行分析，本身尿液是機體排出的廢物，因此尿液屬于包含許多復雜元素的混合物，而且飲食習慣、生活環境、化工物品接觸情況等，會直接影響到尿液樣品的情況，要對尿液進行分析十分困難。人微量元素作為評價營養及判斷疾病的指標，主要是指人體每天需要量在100mg以下的元素，通過檢測人體尿液中的微量元素可判斷人體暴露環境化學物質的類別、數量、符合水平及變化趨勢，分析環境化學污染物對人體健康的影響[1]。傳統人體尿液中的微量元素檢測采用原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法分析，存在局限性，樣本需求量大，干擾嚴重、基本效應難以解決解決，無法準確測量多種元素[2]。如今電感耦合等離子體-質譜法以動態線性范圍寬、干擾少、樣本需求量少等優勢得到推廣。為此，本次研究選擇健康人群尿液52份作為標本采用電感耦合等離子體-質譜法測定微量元素，分析檢測過程及結果，具體如下。

1.資料與方法

1.1 一般資料

選擇2020年1月～6月采集的健康人群尿液52份作為標本，男性29份，女性23份，年齡20～65歲，平均（38.46±3.65）歲。

1.2 儀器與試劑

美國Thermo Fisher公司iCAP RQ型電感耦合等離子體質譜儀，含有1.0μg/L鋇、鉍、鈰、鈷、銦、鋰、鈾的混合標準溶液，硝酸：痕量金屬級（CAS：7697-37-2）；Millpore公司MILLI-QINTERAL15型純水機；美國AccuStandard公司PE-CAL2-ASL-1多元素金屬混合標準儲備液，ICP-MSCAL5-1汞元素單標溶液，AG-INTSTD-ASL-1內標溶液；挪威SERO AS公司Seronorm Trace Elements Urine L-1/2（LOT 1403080/LOT 1403081）；18.2MΩ·cm超純水。

2.試驗方法

2.1 樣品采集與處理

取健康人群尿液52份均為50mL于聚乙烯瓶中，-20°C保存，檢驗前取出樣品放置常溫，利用尿樣用渦旋振蕩器混勻2次，取1mL尿樣置入15mL離心管中，加入9mL1%HNO3混勻，離心處理，轉速4500r/min，5min。

2.2 有證標準物質預處理

選擇Seronorm Trace Elements Urine L-1和2干粉瓶中均置入5mL純水，回旋振蕩器振蕩40min，取1mL-1標準物質稀釋10倍，離心處理后待測。取1mL-2標準物質稀釋100倍離心處理后待測。

2.3 標準工作曲線和在線內標溶液的配制

配制多元素混合標準濃度含量為10μg/L、汞元素濃度含量為5μg/L的標準使用液，利用1%HNO3依次倍比稀釋。取100μL內標溶液于1000mL容量瓶中，1%HNO3定容至刻度，獲得在線內標使用液。電感耦合等離子體質譜儀測定標準系列、有證標準物質和樣品，質譜條件使用介質為2%HNO3和0.5%HCl，含有1.0μg/L鋇、鉍、鈰、鈷、銦、鋰、鈾的混合標準溶液。

3.結果

3.1 不同內標測定有證標準物質的測定結果范圍分析

不同內標測定有證標準物質的測定結果范圍均在參考范圍內，詳見表1。

表1 不同內標測定有證標準物質的測定結果范圍分析(μg/L)

3.2 各元素方法檢出限、線性范圍和相關系數

各元素在線性范圍內線性關系良好，相關系數r均＞0.999，詳見表2。

表2 各元素方法檢出限、線性范圍和相關系數

3.3 方法精密度和回收率

測定人體尿液中13種微量元素批間精密度為1.1%～9.4%，日間精密度為1.5%～12.2%，平均回收率為88.5%～117.5%，詳見表3。

表3 方法精密度和回收率(%)

3.4 樣品測定結果

人體尿液樣品中13種微量元素含量詳見表4。

表4 樣品測定結果(μg/L)

4.討論

尿液中的微量元素種類豐富，雖然含量較低，但也可以進行檢測分析，從成分含量來看，其中人的尿中水大約占96%～97%，還含有尿酸，尿素，還有鈣，鋅，鎳，鐵等微量元素，但是尿液是人體的排泄物，里面也會有很多對身體有害的元素，人體產生的廢水會通過尿液的形式排出體外，食物殘渣通過大便排出去，如果不超標都是屬于正常的。總的來說，人體尿液主要成分為水、蛋白質、葡萄糖等，臨床常通過分析尿液的顏色、氣味及尿常規指標進行相關疾病的判斷，而隨著醫療技術的進步，如今人體尿液中的微量元素檢測受到重視[3]。而且我國推廣《國家人體生物監測》項目，以期掌握人們健康狀況、營養狀況及環境化學物質的累積暴露狀況，取尿液樣本進行微量元素檢測可明確環境化學物質人體暴露負荷的相關信息。但在對尿液進行微量元素分析的過程中，還有許多難題需要攻克，首先是在尿液中存在許多離子、原子對微量元素的檢測結果產生干擾；其次，許多微量元素含量極低，檢測起來十分困難，比如砷（As）、鎘（Cd）、汞（Hg），傳統的檢測方法并不能準確對微量元素進行辨別和分析。使用質譜儀來進行檢測的過程中，可以通過標準模式、碰撞模式、反應模式來進行綜合性的分析，盡量將干擾因素排除，并準確分析其中的微量元素濃度。同時，還可以使用高效陰離子交換色譜-脈沖安培檢測（HPAEPAD）聯用技術分析復雜碳水化合物。一般來說，質譜儀對人體尿液進行分析，由于受尿液復雜性的影響，需要進行校準分析，電感耦合等離子體-質譜法首先對尿液樣品進行匹配校準，及時將常見的微量元素檢測出來，并且電感耦合等離子體具有較高的穩定性，及時針對外界因素的干擾，準確檢測微量元素的含量。

電感耦合等離子體-質譜法是一種十分新穎的檢測技術，緊湊、具有成本效益，非常適合含有目標分析物的液體或溶解樣品。由于存在霧化過程，最終只有少量樣品到達火焰，電感耦合等離子體-質譜法可以提供相對高效的去干擾作用，從而確保可靠的準確性。非常適用于mg L-1級的微量元素檢測，某些元素含量可以更低。因此，電感耦合等離子體-質譜法的應用逐漸受到關注，電感耦合等離子體-質譜法在近年來不斷發展完善，能夠很好的人體的尿液、血液、血清等元素含量進行檢測，全面分析受檢者的基本身體狀況，并且此項技術安全便捷，臨床應用價值高。電感耦合等離子體-質譜法可實現多元素微量同時測定，將1%HNO3作為介質，與樣本溶解后離心處理，再通過在線內標補償基本效應，具有簡單、快速、準確等優勢，可應用在大批量監測中，應用范圍廣泛[4]。電感耦合等離子體-質譜法儀器具有先進性能可實現可靠性、數據準確性和簡易性特征，且直觀的工作流程能實現易用性，從而讓尿液微量元素檢測的工作更加智能化，通過先進的干擾消除功能以及操作簡單，使用方便等優勢，能面對樣品分析結果要求超高精確度以及半導體分析應用中的挑戰，從常規分析到科研研究，致力于滿足現有及未來法規，可用于尿液微量元素的檢測分析，適合高復雜基質的樣品研究[5]。在進行微量元素分析的過程中，電感耦合等離子體-質譜法操作簡單且易用，可簡化工作流程并實現“一次成功”的結果，減少反復檢測的繁瑣。電感耦合等離子體-質譜法監測系統擁有強大的抗干擾能力，不僅確保大批量數據的準確性，提高實驗的分析效率，而且極大地提升實驗室的檢測能力[6,7]。憑借具有動能歧視功能的氦氣碰撞模式（KED Mode），實現樣品中全元素的分析；即便是Li、Be、B等低質量數元素，也可在碰撞模式下獲得較準確的檢出水平；超高真空系統配合低頻驅動四極桿質量分析器，確保獲得更高的分析靈敏度；四極桿碰撞反應池配合多種干擾消除模式，保證檢測數據的準確性；提供靈活多樣的碰撞/反應氣選擇，無懼復雜樣品基體干擾[8]。本次研究選擇健康人群尿液52份作為標本采用電感耦合等離子體-質譜法測定微量元素，探討采用電感耦合等離子體-質譜法測定人體尿液中的微量元素的研究價值。根據實驗數據分析的結果可知，各元素在線性范圍內線性關系良好，精密度及回收率高，證實感耦合等離子體-質譜法試驗過程滿意，結果滿意。但仍需注意，由于樣品中各元素含量低，需嚴格遵從操作規范，嚴格記錄樣品形狀及異常，重視試驗過程的質量控制。

綜上所述，人體尿液中的微量元素的檢測存在較多干擾因素，結合應用電感耦合等離子體-質譜法測定人體尿液中的微量元素為正常范圍的確定提供參考依據，研究價值較高。