采用电感耦合等离子体-质谱法测定人体尿液中的微量元素研究

刘建 于光平 丁占林 天津市武清区疾病预防控制中心 （天津 301700）

内容提要： 目的：探讨采用电感耦合等离子体-质谱法测定人体尿液中的微量元素的研究价值。方法：选择2020年1月～6月采集的健康人群尿液52份作为标本，采用电感耦合等离子体-质谱法测定尿样中的微量元素。结果：不同内标测定有证标准物质的测定结果范围均在参考范围内；各元素在线性范围内线性关系良好，相关系数r均＞0.999；测定人体尿液中13种微量元素批间精密度为1.1%～9.4%，日间精密度为1.5%～12.2%，平均回收率为88.5%～117.5%。结论：电感耦合等离子体-质谱法具有操作简单特征，应用在人体尿液的微量元素检测中可同时测定多种元素，且准确度高，样品用量少。

一直以来，通过测定人体中各种体液内微量元素情况，可以了解人体身体状况。但也有许多因素会影响到检测结果。并且人体具有非常复杂的性质，微量元素中的各种金属，可能存在于尿液、血液、血清中，以尿液来进行分析，本身尿液是机体排出的废物，因此尿液属于包含许多复杂元素的混合物，而且饮食习惯、生活环境、化工物品接触情况等，会直接影响到尿液样品的情况，要对尿液进行分析十分困难。人微量元素作为评价营养及判断疾病的指标，主要是指人体每天需要量在100mg以下的元素，通过检测人体尿液中的微量元素可判断人体暴露环境化学物质的类别、数量、符合水平及变化趋势，分析环境化学污染物对人体健康的影响[1]。传统人体尿液中的微量元素检测采用原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收光谱法分析，存在局限性，样本需求量大，干扰严重、基本效应难以解决解决，无法准确测量多种元素[2]。如今电感耦合等离子体-质谱法以动态线性范围宽、干扰少、样本需求量少等优势得到推广。为此，本次研究选择健康人群尿液52份作为标本采用电感耦合等离子体-质谱法测定微量元素，分析检测过程及结果，具体如下。

1.资料与方法

1.1 一般资料

选择2020年1月～6月采集的健康人群尿液52份作为标本，男性29份，女性23份，年龄20～65岁，平均（38.46±3.65）岁。

1.2 仪器与试剂

美国Thermo Fisher公司iCAP RQ型电感耦合等离子体质谱仪，含有1.0μg/L钡、铋、铈、钴、铟、锂、铀的混合标准溶液，硝酸：痕量金属级（CAS：7697-37-2）；Millpore公司MILLI-QINTERAL15型纯水机；美国AccuStandard公司PE-CAL2-ASL-1多元素金属混合标准储备液，ICP-MSCAL5-1汞元素单标溶液，AG-INTSTD-ASL-1内标溶液；挪威SERO AS公司Seronorm Trace Elements Urine L-1/2（LOT 1403080/LOT 1403081）；18.2MΩ·cm超纯水。

2.试验方法

2.1 样品采集与处理

取健康人群尿液52份均为50mL于聚乙烯瓶中，-20°C保存，检验前取出样品放置常温，利用尿样用涡旋振荡器混匀2次，取1mL尿样置入15mL离心管中，加入9mL1%HNO3混匀，离心处理，转速4500r/min，5min。

2.2 有证标准物质预处理

选择Seronorm Trace Elements Urine L-1和2干粉瓶中均置入5mL纯水，回旋振荡器振荡40min，取1mL-1标准物质稀释10倍，离心处理后待测。取1mL-2标准物质稀释100倍离心处理后待测。

2.3 标准工作曲线和在线内标溶液的配制

配制多元素混合标准浓度含量为10μg/L、汞元素浓度含量为5μg/L的标准使用液，利用1%HNO3依次倍比稀释。取100μL内标溶液于1000mL容量瓶中，1%HNO3定容至刻度，获得在线内标使用液。电感耦合等离子体质谱仪测定标准系列、有证标准物质和样品，质谱条件使用介质为2%HNO3和0.5%HCl，含有1.0μg/L钡、铋、铈、钴、铟、锂、铀的混合标准溶液。

3.结果

3.1 不同内标测定有证标准物质的测定结果范围分析

不同内标测定有证标准物质的测定结果范围均在参考范围内，详见表1。

表1 不同内标测定有证标准物质的测定结果范围分析(μg/L)

3.2 各元素方法检出限、线性范围和相关系数

各元素在线性范围内线性关系良好，相关系数r均＞0.999，详见表2。

表2 各元素方法检出限、线性范围和相关系数

3.3 方法精密度和回收率

测定人体尿液中13种微量元素批间精密度为1.1%～9.4%，日间精密度为1.5%～12.2%，平均回收率为88.5%～117.5%，详见表3。

表3 方法精密度和回收率(%)

3.4 样品测定结果

人体尿液样品中13种微量元素含量详见表4。

表4 样品测定结果(μg/L)

4.讨论

尿液中的微量元素种类丰富，虽然含量较低，但也可以进行检测分析，从成分含量来看，其中人的尿中水大约占96%～97%，还含有尿酸，尿素，还有钙，锌，镍，铁等微量元素，但是尿液是人体的排泄物，里面也会有很多对身体有害的元素，人体产生的废水会通过尿液的形式排出体外，食物残渣通过大便排出去，如果不超标都是属于正常的。总的来说，人体尿液主要成分为水、蛋白质、葡萄糖等，临床常通过分析尿液的颜色、气味及尿常规指标进行相关疾病的判断，而随着医疗技术的进步，如今人体尿液中的微量元素检测受到重视[3]。而且我国推广《国家人体生物监测》项目，以期掌握人们健康状况、营养状况及环境化学物质的累积暴露状况，取尿液样本进行微量元素检测可明确环境化学物质人体暴露负荷的相关信息。但在对尿液进行微量元素分析的过程中，还有许多难题需要攻克，首先是在尿液中存在许多离子、原子对微量元素的检测结果产生干扰；其次，许多微量元素含量极低，检测起来十分困难，比如砷（As）、镉（Cd）、汞（Hg），传统的检测方法并不能准确对微量元素进行辨别和分析。使用质谱仪来进行检测的过程中，可以通过标准模式、碰撞模式、反应模式来进行综合性的分析，尽量将干扰因素排除，并准确分析其中的微量元素浓度。同时，还可以使用高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测（HPAEPAD）联用技术分析复杂碳水化合物。一般来说，质谱仪对人体尿液进行分析，由于受尿液复杂性的影响，需要进行校准分析，电感耦合等离子体-质谱法首先对尿液样品进行匹配校准，及时将常见的微量元素检测出来，并且电感耦合等离子体具有较高的稳定性，及时针对外界因素的干扰，准确检测微量元素的含量。

电感耦合等离子体-质谱法是一种十分新颖的检测技术，紧凑、具有成本效益，非常适合含有目标分析物的液体或溶解样品。由于存在雾化过程，最终只有少量样品到达火焰，电感耦合等离子体-质谱法可以提供相对高效的去干扰作用，从而确保可靠的准确性。非常适用于mg L-1级的微量元素检测，某些元素含量可以更低。因此，电感耦合等离子体-质谱法的应用逐渐受到关注，电感耦合等离子体-质谱法在近年来不断发展完善，能够很好的人体的尿液、血液、血清等元素含量进行检测，全面分析受检者的基本身体状况，并且此项技术安全便捷，临床应用价值高。电感耦合等离子体-质谱法可实现多元素微量同时测定，将1%HNO3作为介质，与样本溶解后离心处理，再通过在线内标补偿基本效应，具有简单、快速、准确等优势，可应用在大批量监测中，应用范围广泛[4]。电感耦合等离子体-质谱法仪器具有先进性能可实现可靠性、数据准确性和简易性特征，且直观的工作流程能实现易用性，从而让尿液微量元素检测的工作更加智能化，通过先进的干扰消除功能以及操作简单，使用方便等优势，能面对样品分析结果要求超高精确度以及半导体分析应用中的挑战，从常规分析到科研研究，致力于满足现有及未来法规，可用于尿液微量元素的检测分析，适合高复杂基质的样品研究[5]。在进行微量元素分析的过程中，电感耦合等离子体-质谱法操作简单且易用，可简化工作流程并实现“一次成功”的结果，减少反复检测的繁琐。电感耦合等离子体-质谱法监测系统拥有强大的抗干扰能力，不仅确保大批量数据的准确性，提高实验的分析效率，而且极大地提升实验室的检测能力[6,7]。凭借具有动能歧视功能的氦气碰撞模式（KED Mode），实现样品中全元素的分析；即便是Li、Be、B等低质量数元素，也可在碰撞模式下获得较准确的检出水平；超高真空系统配合低频驱动四极杆质量分析器，确保获得更高的分析灵敏度；四极杆碰撞反应池配合多种干扰消除模式，保证检测数据的准确性；提供灵活多样的碰撞/反应气选择，无惧复杂样品基体干扰[8]。本次研究选择健康人群尿液52份作为标本采用电感耦合等离子体-质谱法测定微量元素，探讨采用电感耦合等离子体-质谱法测定人体尿液中的微量元素的研究价值。根据实验数据分析的结果可知，各元素在线性范围内线性关系良好，精密度及回收率高，证实感耦合等离子体-质谱法试验过程满意，结果满意。但仍需注意，由于样品中各元素含量低，需严格遵从操作规范，严格记录样品形状及异常，重视试验过程的质量控制。

综上所述，人体尿液中的微量元素的检测存在较多干扰因素，结合应用电感耦合等离子体-质谱法测定人体尿液中的微量元素为正常范围的确定提供参考依据，研究价值较高。