ICP-MS法测定采血管中的20种微量元素

熊 婵，蒋学慧，田亚平，马庆伟，刘立鹏，郭广宏*

1. 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072 2. 解放军总医院生化科，北京 100853 3. 毅新兴业(北京)生物科技有限公司，北京 102206 4. 聚光科技(杭州)股份有限公司，浙江 杭州 310052 5. Institution of Chemistry, Karl-Franzens University Graz, Graz A-8010，Austria

ICP-MS法测定采血管中的20种微量元素

熊 婵1, 5，蒋学慧1，田亚平2，马庆伟3，刘立鹏4，郭广宏2*

1. 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072 2. 解放军总医院生化科，北京 100853 3. 毅新兴业(北京)生物科技有限公司，北京 102206 4. 聚光科技(杭州)股份有限公司，浙江 杭州 310052 5. Institution of Chemistry, Karl-Franzens University Graz, Graz A-8010，Austria

采用ICP-MS法对国内市场常用的13种采血管中铝、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、硒、钼、镉、锡、锑、钡、钨、汞、铊和铅元素进行测定。通过对采血管的纯水浸出液和10%硝酸浸出液进行20种微量元素含量分析，得到了13种采血管中20种微量元素的含量。根据近年发表的文献中有关人体血清、血浆和全血微量元素含量参考范围，详细分析了各种采血管适用的微量元素检测种类。分析结果表明： 最适用于血清分析的为采血管1，该采血管适用于18种血清微量元素的分析；最适用于血浆分析的为采血管6，该采血管适用于15种血浆微量元素的分析；最适用于全血分析的为采血管13，该采血管适用于17种全血微量元素的分析。但是，值得注意的是，采血管1中的锑和钨元素，采血管6中的钒、铬、镍和锑元素，以及采血管13中的铝，锑和钨元素，其纯水浸出液中这几种微量元素的含量与正常人血液(血清、血浆、全血)中微量元素含量处于同一数量级，可能会对血液微量元素的测量结果造成影响。该研究也对比了采血管1和采血管3对实际血清样本检测结果的影响，结果表明，采血管1的检测结果中几乎所有微量元素含量都低于采血管3的检测结果，尤其是铝，钒，铬，锰，砷，锡，锑等几种元素，说明在实际采血过程中，采血管的选择对微量元素检测结果影响很大。

ICP-MS；采血管；微量元素

引 言

微量元素是构成生物体的基本组成要素，其参与多种人体生化反应。微量元素是许多酶的组成成分，或是酶作用的辅助因子，在人体内有不可替代的重要作用[1-3]。微量元素的摄入过量、不足、或不平衡都会不同程度地引起人体生理的异常或导致疾病。某些对人体有益的微量元素，在含量过高时同样会对人体产生毒副作用，如元素硒和铜等。人体摄入过多的某些微量元素，如砷，镉，铅等，会导致人中毒[4]。血液的微量元素分析也经常作为疾病诊断和环境、职业健康研究的生物监测手段[5]。但是由于微量元素的含量很低，多数元素在ng·L-1～μg·L-1级别，而人体血液的基质复杂，给检测过程带来了很多不确定影响因素，因此，检测血液微量元素的工作难度较大，对科研人员和临床工作人员来说都是一个挑战。研究微量元素在人体内的代谢过程，是众多科研人员的研究热点，也是临床应用发展的方向。

随着电感耦合等离子体质谱法(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)的发展，该方法灵敏度高，选择性好，检出限低，能同时分析多种元素，已广泛应用于食品、生物、环境及土壤等领域[6-9]。因此，对于人体血液微量元素的分析最大的影响因素，在于尽可能减少各个环节引入的干扰，从而获得准确可靠的检测结果。血液采集作为整个检测系统的首要环节，应该得到足够的重视。本文调研了市场上常见的适用于不同血液指标检测的血液采集管，选择了其中最有代表性的13种，分析其中20种微量元素的含量。之所以选择这20种微量元素，首先是参与重要人体生化反应的微量元素，如铬，锰，铁，钴，锌，硒，铜，钼；其次是过量时对人体有毒的微量元素，如铝，砷，镉，汞，铊，铅；最后是近年来各国科研工作者所重点研究的对象，如钒，镍，锡，锑，钨，钡，它们有潜在可能为人体必须的微量元素。

本文以13种血液采集管为研究对象，分析了每种血液采集管内20种元素的含量，并与近年来文献中提到的人体微量元素的含量范围进行详细对比分析，希望能够给出各个采血管最合适检测的血液微量元素种类，为微量元素检测的标准化及临床推广提供一定的参考数据。

1 实验部分

1.1 仪器及工作参数

本文采用Agilent 8800 ICP-QQQ仪器(安捷仑公司，美国)进行微量元素分析，仪器配备360个样本的Agilent SPS 4自动进样器(安捷伦公司，美国)，仪器的基本参数设置如表1所示。

由于碰撞反应池对于减少干扰，提高检测限有明显帮助，因此，对于硒元素我们采用H2模式，对于元素钒，铬，锰，铁，钴，镍，铜，锌，我们采用He模式，元素砷采用O2模式，其余元素采用标准模式。

1.2 样品处理

本文调研了市场上常用的血清，血浆和全血采血管，选择了其中最有代表性的13种。其中血清采血管五种，血浆采血管四种，全血采血管四种。产品来自于BD公司和Greiner bio-one公司，13种采血管的具体型号见表2。

表1 ICPMS 8800仪器参数设置

表2 13种采血管规格型号列表

对于13种不同的血液采集管，我们每种型号各取12只，向其中6只采血管注入与其额定容量相等容积的超纯水，向另外6只采血管注入与其额定容量相等容积的10% HNO3。然后将采集管置于混匀器上，室温下混匀1 h。混匀后，用移液枪移取4 mL浸出液至离心管，加入1 mL内标，1 mL硝酸，定容至10 mL。

1.3 试剂与标准溶液

实验所用超纯水由Milli Q超纯水仪制备(Millipore公司，奥地利)，硝酸(Rotipuran○R≥65%, p.a., ISO, Roth, Karlsruhe, 德国)，硝酸经过低沸点蒸馏进行纯化。实验所用单标液，铝、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、硒、钼、镉、锡、锑、钡、钨、汞、铊和铅(1 000 mg·L-1, Rosa，美国)，混标液(ICP multi-element standard solution VI, Merck, 德国)，天然水1640a(NIST，Gaithersburg, 美国)包含有15种元素的标定值。

1.4 样品测定

标准曲线用单标液混合进行配制，对于血液中含量较高的元素铁，铜，锌，硒，钡，7点标准曲线的浓度为1, 2, 5, 10, 50, 100, 200 μg·L-1，对于其余血液中含量较低的元素，7点标准曲线的浓度为0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 2 μg·L-1。内标选择铟, 锗, 镥, 铑四种元素，检测溶液中的最终浓度为10 μg·L-1。

在ICP-MS优化的条件下，对处理好的样品中的20种微量元素进行测定，仪器根据7点标准溶液自动建立标准曲线，并计算出被测样本的浓度。

2 结果与讨论

2.1 仪器检出限和准确度

10%硝酸作为空白溶液，同时测定这20种元素的系列标准溶液，得到元素的线性回归方程和相关系数。通过连续测量4次空白溶液，以其的平均值加上3倍标准偏差作为仪器的检出限。为了检测标准曲线的准确性，我们采用NIST 1640a天然水作为标准物质，其标定元素含量范围，本方法检出值及相对标准偏差如表3所示。

表3 仪器的检测限、背景等效浓度，天然水检测结果，文献中微量元素参考值和两种血清采血管微量元素检测值

Table 3 The detection limit, BEC, results of reference water, recently published data of trace elements in the serum, plasma & blood and the trace elements in the human serum collected by 2 different serum collection tubes

元素相关系数检测限背景等效浓度标准品1640a参考值检测值RSD/%微量元素参考值血清微量元素血清血浆全血采血管1采血管3单位27Al0.999940.01540.011853.0±1.851.15√8.0～55.2[10]1.2～17.3[15]1.28～6.35[15]13.76%±10%19.3%±39%μg·L-151V0.999070.00200.005915.05±0.2515.9840.28～0.34[11]<0.012～0.228[17]0.10%±28%2.77%±3%μg·L-152Cr0.999740.00400.029240.54±0.3043.106

由表3可知，本方法中所检测的20种元素信号值与浓度均呈现出良好的线性，相关系数均在0.999 1以上。本方法检出限低，对于元素钴，钼，镉，锡，锑，钡，钨，汞，铊和铅，检测限低于0.01 μg·L-1；对于元素钒，铬，锰，镍，铜，砷和硒，检测限低于0.1 μg·L-1；对于元素铝，铁，锌检测限低于1 μg·L-1。本方法的背景等效浓度低，对于元素钴，钼，镉，锑，钡，钨，铊和铅，背景等效浓度低于0.01 μg·L-1；对于元素钒，锰，砷，硒，锡和汞，背景等效浓度低于0.1 μg·L-1；对于元素铝，铬，铁，镍，铜和锌，背景等效浓度低于1 μg·L-1，说明在该测量条件下，有非常好的抑制背景干扰的能力。本方法对标准物质(天然水)的检测结果良好，元素铝，锰，铁，锌，硒，镉，钡，铊和铅的测量值均在天然水的标定范围之内，元素钒，钴，铜，砷和钼的测量值与标定值的相对标准偏差RSD小于5%，元素铬，镍，锑的测量值与标定值的相对标准偏差RSD小于10%。

2.2 样品分析

根据上述所列的仪器条件和方法，对13种采血管中的20种微量元素进行了测定，测定结果如表4所示。

从结果中我们可以看到，对比五种血清采血管的结果，浸出液中(包括H2O和10%HNO3作为溶剂)各种元素的含量由低到高为：

采血管1<采血管2<采血管5<采血管4<采血管3对比4种血浆采血管的结果，除锌之外的各种元素含量均比较接近。锌元素在采血管6和采血管7中的含量远低于在采血管8和采血管9中的含量。

适用于全血采集的4种采血管中，采血管13的微量元素含量相对最低；采血管10和采血管11浸出液中的各种元素含量均比较接近且均高于采血管13；采血管12中的各种微量元素含量显著高于采血管10，11和13。

为了进一步对比采血管中微量元素的浓度是否会对血液微量元素分析造成影响，我们总结了文献中提到的人体血液(血清、血浆、全血)微量元素检测的含量范围，以此作为判断采血管中的微量元素含量是否会对检测结果造成影响的基础。人体血液(血清、血浆、全血)微量元素的含量范围如表3所示。

根据人体血液(血清、血浆、全血)微量元素含量的参考范围，我们详细分析了13种采血管中微量元素含量可能对检测结果造成的影响。我们将采血管中微量元素含量低于文献中血液(血清、血浆、全血)微量元素含量最小值10%的，作为确定能够检测该种元素的采血管；介于文献中血液微量元素含量最小值10%和最大值10%之间的，作为潜在可检测该种元素的采血管；高于血液微量元素含量最大值的10%的，作为不可检测该种元素的采血管。由此，制作了表5。

表4 13种采血管中20种微量元素含量

续表4

全血No.10No.11No.12No.13H2O0.071±19%0.102±11%0.0009±32%0.015±10%0.117±12%3.54±9%1.18±31%0.0012±35%0.0031±16%0.071±5%μg·L-110%HNO30.099±32%0.103±39%0.0013±17%0.015±36%0.150±28%4.06±20%1.01±22%0.0012±13%0.0037±10%0.118±12%μg·L-1H2O0.045±17%0.056±5%0.0005±13%0.008±3%0.434±7%3.56±8%0.891±9%0.0007±22%0.0021±12%0.043±14%μg·L-110%HNO30.078±16%0.065±24%0.0012±14%0.015±5%5.23±71%3.98±7%0.859±13%0.0008±49%0.0023±5%0.066±5%μg·L-1H2O0.109±39%0.542±4%0.0009±10%0.006±5%1.28±2%0.126±11%0.168±11%0.0017±37%0.0006±13%0.006±9%μg·L-110%HNO30.131±21%0.585±6%0.0014±11%0.044±40%32.64±7%2.74±11%0.569±13%0.0034±21%0.0035±37%0.085±35%μg·L-1H2O0.036±23%0.011±27%0.0004±30%0.001±36%3.32±4%0.035±32%0.019±6%

表5 13种不同采血管对20种微量元素的分析能力

注： √ 表示采血管中元素含量低于文献中人体血液微量元素最小值的10%；o 表示采血管中元素含量介于文献中人体血液微量元素最小值的10%和最大值的10%之间；空白表示采血管中元素含量大于文献中人体血液微量元素最大值的10%；试管中的微量元素含量采用纯水浸出液的检测值

由表5可知，血清微量元素采血管中，采血管1能够完全满足种11种元素的检测要求，而采血管1中的元素铝、铬、锰、钴、镍和钡的含量会一定程度上受到采血管中微量元素含量的影响，元素锑和钨在采血管1中含量相对较高，会显著影响血清微量元素的检测结果。

血浆微量元素采血管中，采血管6能够完全满足种11种元素的检测要求，而采血管6中的元素铝、锡、钨、铅的含量会一定程度上受到采血管中微量元素含量的影响，元素钒、铬、镍和锑在采血管6中含量相对较高，会显著影响血浆微量元素的检测结果。

全血微量元素采血管中，采血管13能够满足对15种元素的检测要求，而采血管13中的元素钴和镍的含量会一定程度上受到采血管中微量元素含量的影响，元素铝、锑和钨在采血管13中的含量相对较高，会显著影响血浆微量元素的检测结果。

由于现行的国标中，有关微量元素的检测方法及含量范围均是建立在以血清微量元素为基础的结果上。因此，寻找适用于微量元素检测的血清采集管是微量元素检测首先必须解决的问题。我们在检测采血管浸出液中微量元素含量的过程中，并不能完全的模拟血清在采血管中的真实情况，为了对比微量元素专用血清管(采血管1)和非专用血清采血管(采血管3)对血清测量结果的影响，我们采用了同一名志愿者的血清，同时使用采血管1和采血管3进行采集，分析结果如表3所示。

根据检测结果来看，采用血清微量元素专用采血管(采血管1)的血清检测结果中，志愿者血清的微量元素含量几乎都下降了，尤其是铝，钒，铬，锰，砷，锡，锑等几种元素，采血管1的检测结果明显低于采血管3的检测结果。近年来发表于本领域的文献中也强调了选择采血管在微量元素检测过程中的重要性，在血液微量元素分析的过程中，选择合适的采血管，能够尽可能减少干扰，保证检测结果的一致性。但从本实验结果来看，即使采用了血清微量元素专用采血管(采血管1)，我们也应充分考虑到元素锑和钨由采血管中污染所带来的影响。

3 结 论

通过在安捷伦8800 ICP-MS仪器平台上建立了检出限低，准确度高，精密度好，操作快速简便的检测方法，对13种常见的采血管中的20种微量元素进行了检测。通过分析了五种常见的血清采集管，四种血浆采集管，四种全血采集管，最后得到BD公司生产的微量元素专用血清管(采血管1)能够检测18种元素，Greiner Bio One公司生产的肝素锂血浆采血管(采血管6)能够检测15种元素，Greiner Bio One公司生产的无添加管(采血管13)能够检测17种元素，但仍有部分元素(采血管1： 锑和钨，采血管6： 钒、铬、镍和锑，采血管13： 铝，锑和钨)存在干扰较大的情况。血清采集管中的污染来源主要在于管内添加了促凝剂，以及用于分离血清和血细胞的凝胶。血浆采集管中的污染来源主要在于管内添加了抗凝剂。

本文旨在给出常见血液采集管的微量元素参考含量，希望能对相关行业的研究人员及临床医护人员提供一个参考标准。如果血液中微量元素的含量远高于采血管中的元素含量，我们可以使用该采血管检测这类元素，如果血液中的微量元素含量与采血管中的元素含量相当，甚至于更低，我们就应当选择或研发更为合适的采血管以保证实验结果的准确性。

致谢： 感谢格拉茨大学分析化学系提供的仪器平台，试剂及标准物质支持。

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(Received Nov. 16, 2015; accepted Feb. 16, 2016)

*Corresponding author

Determination of 20 Trace Elements in the Blood Collection Tubes with ICP-MS

XIONG Chan1, 5，JIANG Xue-hui1，TIAN Ya-ping2，MA Qing-wei3，LIU Li-peng4，GUO Guang-hong2*

1. Department of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China 2. Department of Clinical Biochemistry, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China 3. Bioyong Technology Inc, Beijing 102206, China 4. Focused Photonics Inc, Hangzhou 310052, China 5. Institution of Chemistry, Karl-Franzens University Graz, Graz A-8010, Austria

To investigate the contamination of blood collection tubes, 20 trace elements (Al, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Mo, Cd, Sn, Sb, Ba, W, Hg, Tl, Pb) in 13 different types of blood collection tube were studied with ICP-MS method. The lixivium of H2O and 10% HNO3were measured with ICP-MS, and then the contamination coming from the blood collection tube is specified. According to the concentration range of human blood, plasma and serum from recently published literature, this report presents a detailed analysis of capable trace elements for each blood collection tube. The results showed that, tube No.1 is capable to analyze 18 trace elements in the human serum; tube No.6 is capable to analyze 15 trace elements in the human plasma; tube No. 13 is capable to analyze 17 trace elements in the human blood. But we still should be aware that, the elements Sb and W in tube No.1, the elements V, Cr, Ni, and Sb in tube No.6, and the elements Al, Sb and W in tube No.13, are in the same magnitude of the normal trace element concentration range in the human serum, plasma and blood. They might affect the testing results. The serum collected from the same volunteer by tube No.1 and tube No.3 were compared here, the results show that, almost each trace element concentration of human serum from tube No.1 is lower than from tube No.3, especially for elements Al, V, Cr, Mn, As, Sn, and Sb. The results indicate that the blood collection tubes show great impact on determination of trace element.

ICP-MS；Blood collection tube；Trace element

2015-11-16，

2016-02-16

国家“863”计划项目(2014AA022305，2014AA020901)资助

熊 婵，1986年生，天津大学精密仪器与光电子工程学院博士后 e-mail: chinaxc@tju.edu.cn *通讯联系人 e-mail： 1974ggh@sina.com

O657.6

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)11-3676-07