電感耦合等離子體質譜法測定成人全血、膳食、尿樣和糞便中輕稀土元素及相關性分析

解 清，歐陽荔，王京宇

（1.北京大學公共衛(wèi)生學院中心儀器室，北京 100191；

2.北京大學醫(yī)藥衛(wèi)生分析中心生命元素組學實驗室，北京 100191）

電感耦合等離子體質譜法測定成人全血、膳食、尿樣和糞便中輕稀土元素及相關性分析

解 清1，2，歐陽荔1，王京宇1，2

（1.北京大學公共衛(wèi)生學院中心儀器室，北京 100191；

2.北京大學醫(yī)藥衛(wèi)生分析中心生命元素組學實驗室，北京 100191）

為了全面分析人體內稀土元素通過膳食攝取、血液蓄積、尿糞排出之間的關系，應用等離子體質譜法測定成人全血、膳食、尿樣及糞便中輕稀土元素含量，比較4個不同膳食類型的城市人體攝取輕稀土元素的差異，并對相同個體的膳食、全血、尿樣及糞便中的輕稀土元素進行相關性分析。分別在天津、成都、鎮(zhèn)江、太原4個城市采集30名健康成年男性的全血、72h膳食、72h尿樣和72h糞便，膳食、尿樣和糞便做冷凍干燥處理后經濕法消解，并采用電感耦合等離子體質譜法測定輕稀土元素含量。4城市采樣人體中的稀土含量由高至低依次為糞便、膳食、血液，尿液，但上述樣品在4城市人群之間沒有顯著性差異；同體血、膳食和糞便中輕稀土元素的分布特征符合自然分布特征規(guī)律，但尿樣中的Sm存在正異常。

全血；尿樣；膳食；糞便；電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）；輕稀土元素

我國稀土礦藏豐富，稀土的開發(fā)應用已涉及到與人民生活密切相關的農、林、牧、副、漁和輕工業(yè)等方面。非職業(yè)人群的稀土暴露水平及其健康危險評價已成為當前醫(yī)學領域重要的研究課題，其成果將是決定我國今后稀土開發(fā)應用戰(zhàn)略的重要依據之一。對稀土礦區(qū)及其周圍地區(qū)的人發(fā)［1］、靜脈血及乳汁［2］、巖礦［3］、血漿［4］中稀土元素進行分析的研究已有報道，但對非礦區(qū)污染人群的稀土研究卻鮮見報道。電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）能同時測定多種稀土含量，具有較高的靈敏度和較低的檢出限，在痕量稀土含量的測定方面具有較大優(yōu)勢。利用此方法測定生物樣品（如血、毛發(fā)、植物［5－8］等）中的稀土元素已有報道，但人體糞便中的稀土元素測定卻未見研究。

本研究以非污染物區(qū)城鎮(zhèn)人口中的健康人群作為研究對象，采用同地、同時、同體采集樣本，借以滿足每日膳食、血樣、尿樣和糞便樣本采集的時空一致性，從而全面分析人體內稀土元素通過每日食物攝入量、血液蓄積量、尿糞排出量之間的關系。所獲結果可為我國一般人群的稀土健康危險評價及稀土環(huán)境評價提供參考，對國際參考人修訂、國情資料統(tǒng)計、探討稀土元素在地殼－土壤－大氣－人體的遷移、轉化、循環(huán)和歸宿也有重要意義［9－10］。

1 實驗部分

1.1 樣品采集

由中國醫(yī)學科學院放射醫(yī)學研究所負責采集中國4個膳食類型地區(qū)（天津、成都、鎮(zhèn)江、太原）樣品。為了保持所采集樣品的時空相對一致性以及膳食、全血、尿樣和糞便中所含稀土元素之間的可比性，連續(xù)3天同時采集成年男子（20～50歲，身高165～190cm，體重50～90kg）同體膳食、血液、尿液和糞便樣品，每地區(qū)30例。

按我國總膳食研究所確定的4個不同膳食類型地區(qū)的4省或直轄市，即太原、天津、成都、鎮(zhèn)江，在當地環(huán)境監(jiān)測中心和CDC專業(yè)人員的協(xié)助下，各隨機抽取征集30例（共120例）健康成年男性志愿者。通過問卷調查無所測定元素職業(yè)或藥物接觸史，在當地有3年以上穩(wěn)定生活史，志愿者完全按事先簽訂的合同要求提供樣品，并得到適當的報酬。

1.1.1 全血采集 采用專用的微量元素測定抗凝采血器直拔裝置于次日清晨空腹采集10mL全血樣，－25℃冰箱保存、待測。

1.1.2 尿樣采集 連續(xù)采集3天72h尿液，從膳食采樣第一天早晨（不包括晨尿）開始收集至第4天早晨截止。每人分發(fā)3個2.5L潔凈聚乙稀塑料瓶，再將3天尿樣混合，裝入100mL聚丙烯瓶中，待稱重干燥。在潔凈實驗室內將100mL尿液按20mL每瓶分裝于5個潔凈聚乙稀塑料瓶中，冷凍干燥后于－20℃保存。

1.1.3 膳食采集 采用雙份飯采集方法，連續(xù)3天所有進食包括一日三餐及其他所有進食、水和飲料均收集，等分進食量和存留量。每人分發(fā)膳食收集袋15個，飲品收集桶3個。3天樣品混合，裝入100mL聚丙烯瓶中，待稱重干燥。

1.1.4 糞便采集 連續(xù)采集3天（72h）糞便。從膳食采樣第2天早晨收集至第4天早晨截止。每人分發(fā)糞便收集袋。將3天樣品混合，裝入100mL聚丙烯瓶中，待稱重干燥。

膳食樣與糞便樣用冷凍干燥機干燥磨碎成粉末，裝瓶，于－20℃貯存。

1.2 儀器與試劑

Elan DRCⅡ型電感耦合等離子體質譜儀：美國Pekin-Elmer Sciex公司產品。

硝酸（70%）、過氧化氫（30%）（BV-III級）：北京化學試劑研究所產品；18MΩ·cm超純水；15種稀土混合標準液（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y）：國家有色金屬及電子材料測試中心產品。

1.3 樣品溶液的制備

準確稱取0.250 0g冷凍干燥均勻粉末樣品（或準確吸取1.0mL血）于15mL石英燒杯中，加入6mL HNO3和0.6mL HClO4，放置12h后，逐步升溫，加熱程序為100℃→120℃→140℃→160℃→180℃，到達消解終點后，加入高純水趕酸至終點，冷卻，定量轉移至10mL容量瓶中，并定容。樣品空白、內控標準參考物質與樣品同步操作 。

1.4 質量控制

應用電感耦合等離子體質譜法測定樣品時采用內標法和國家一級標準物質人發(fā)［14］（GBW09101a）盲樣法進行質控。質控樣和空白管與樣品同步操作，待測。測得值與標準值基本相符，說明測定結果準確可靠，結果列于表1。

表1 人發(fā)國家一級標準物質（GBW09101a）中輕稀土元素含量標準值與測定值（ng/g，n＝8）Table 1 Light REEs contents in hair CRM（GBW 09101a）（ng/g，n＝8）

實驗中使用的量器，如移液管、容量瓶均經過國家質檢部門檢定和校準；移液槍經分析天平校準，以保證測量數據的準確性和溯源性。

1.5 統(tǒng)計分析

用SPSS17.0軟件包對測定結果進行數據統(tǒng)計和分析檢驗。符合正態(tài)分布的采用單向方差分析（One-way ANOVA）進行多組樣本間的均數比較，不符合正態(tài)分布的采用非參數檢驗（Nonparametric test）。

1.6 質譜條件

RF功率：1 100W；冷卻氣流量（Ar）：15.00 L/min；輔助氣流量（Ar）：1.80L/min；載氣流量（Ar）：0.95L/min；分析室真空度：7.9×10－4Pa；脈沖電壓：950V；分辨率：m/z0.7～0.9；停留時間：100ms；樣品提升量：1mL/min。

2 結果與討論

2.1 四城市稀土元素含量的地域差異

4個城市人群的全血、尿樣、膳食和糞便樣品中的輕稀土元素含量列于表2，其中糞便樣品中稀土含量最高，其次為膳食和血樣，尿樣中的最低。經統(tǒng)計學檢驗，4個城市的血樣、尿樣、膳食和糞便樣品的稀土元素含量未見明顯差異性（P＞0.05）。將來自4個城市志愿者的血樣、尿樣、膳食和糞便樣品中的輕稀土元素含量除以各自的Ce含量歸一化處理后，經統(tǒng)計學檢驗，4個城市人群之間稀土元素含量仍無差異。說明4個城市均遠離稀土礦區(qū)，均未受到稀土污染。

表2 4城市人群血樣、尿樣、膳食、糞便樣品中輕稀土元素的含量Table 2 Light REEs contents of blood，urine，food and feces in human bodies from four cities

2.2 同體血樣、尿樣、膳食、糞便樣品間輕稀土元素的比較

經正態(tài)性檢驗發(fā)現，血樣、尿樣、膳食及糞便樣品中的輕稀土元素含量均不符合正態(tài)分布，將其含量進行以10為底的對數轉換后方接近正態(tài)。其稀土元素含量曲線呈規(guī)則的鋸齒狀，示于圖1，符合稀土元素的奧多－哈爾金斯規(guī)則［5］：原子序數為偶數的元素豐度大于與其相鄰的2個奇數元素的豐度。但尿樣中元素Sm存在正偏離現象。

圖1 血樣、尿樣、膳食及糞便樣品中輕稀土含量對數圖Fig.1 Logarithmic curve of light REEs concentration in blood，urine，food and feces

將每個人血樣、尿樣及糞便樣品中的輕稀土元素用各自膳食中的輕稀土元素做分母進行歸一性處理后再進行對數轉換，示于圖2。發(fā)現血樣、糞便樣品中的輕稀土元素分布模式基本呈一條直線，與膳食一致，符合“自然分布”的特征［6］；而尿樣中La、Ce、Pr、Nd和 Gd與膳食一致，但Sm存在差異性（P＜0.05）。此類偏離奧多-哈爾金斯規(guī)則的現象在以往的動物實驗中有過報道［7］。前期研究工作發(fā)現，不同稀土劑量灌胃的大鼠股骨中Sm含量為一個常數，有可能是一個潛在的人體必須元素。

圖2 經歸一化處理后的血樣、尿樣和糞便樣品中輕稀土含量的對數圖Fig.2 Logarithmic curve of light REEs concentration in blood，urine and feces normalized by food’s REEs

3 結論

天津、成都、鎮(zhèn)江、太原4城市人群的糞便樣品中的稀土含量最高，其次為膳食和血樣，尿樣中最低；4城市人群之間在輕稀土含量上未見差異性；同體血樣、膳食和糞便中輕稀土元素的分布特征符合自然分布特征規(guī)律，但尿樣中的Sm存在正異常，這種偏離現象的機制有待進一步研究。

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Determination and Correlation Analysis of Light Rare Earth Elements in Human’s Blood，Food，Urine and Feces by ICP-MS

XIE Qing1，2，OUYANG Li1，WANG Jing－yu1，2
（1.School of Public Health，Peking University，Beijing100191，China；2.Centerfor Health and Medical Analysis，Peking University，Beijing100191，China）

The light rare earth element（REEs）contents in the blood，food，urine and feces of human bodies were determined by ICP-MS.All the samples were obtained from healthy adult men who lived in the four areas（Chengdu，Taiyuan，Tianjin and Zhenjiang）with different dietary patterns in China.All the individual samples were digested by mixed acid and determined by ICP-MS.Descending order of the light REEs concentrations were in feces，food，blood and urine.There was no significant difference on concentrations of the samples among the four cities.And the distribution pattern of the light REEs in blood，food and feces were similar to that in the nature，while the Sm in the urine was abnormal（REEs）.

blood；urine；food；feces；ICP-MS；light rare earth elements

歐陽荔（1957～），女，北京人，主任技師，分析化學專業(yè)。E-mail：oyl1016＠sina.com.cn

O 657.63

A

1004-2997（2012）06-0353-04

2012-07-11；

2012-08-24

國家自然科學基金（30770654）資助

解 清（1976～），女，安徽人，主管技師，分析化學專業(yè)。E-mail：xieqing94＠gmail.com