ICP-MS法測(cè)定采血管中的20種微量元素

熊 嬋，蔣學(xué)慧，田亞平，馬慶偉，劉立鵬，郭廣宏*

1. 天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院, 天津 300072 2. 解放軍總醫(yī)院生化科，北京 100853 3. 毅新興業(yè)(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法測(cè)定采血管中的20種微量元素

熊 嬋1, 5，蔣學(xué)慧1，田亞平2，馬慶偉3，劉立鵬4，郭廣宏2*

1. 天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院, 天津 300072 2. 解放軍總醫(yī)院生化科，北京 100853 3. 毅新興業(yè)(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法對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)常用的13種采血管中鋁、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、砷、硒、鉬、鎘、錫、銻、鋇、鎢、汞、鉈和鉛元素進(jìn)行測(cè)定。通過對(duì)采血管的純水浸出液和10%硝酸浸出液進(jìn)行20種微量元素含量分析，得到了13種采血管中20種微量元素的含量。根據(jù)近年發(fā)表的文獻(xiàn)中有關(guān)人體血清、血漿和全血微量元素含量參考范圍，詳細(xì)分析了各種采血管適用的微量元素檢測(cè)種類。分析結(jié)果表明： 最適用于血清分析的為采血管1，該采血管適用于18種血清微量元素的分析；最適用于血漿分析的為采血管6，該采血管適用于15種血漿微量元素的分析；最適用于全血分析的為采血管13，該采血管適用于17種全血微量元素的分析。但是，值得注意的是，采血管1中的銻和鎢元素，采血管6中的釩、鉻、鎳和銻元素，以及采血管13中的鋁，銻和鎢元素，其純水浸出液中這幾種微量元素的含量與正常人血液(血清、血漿、全血)中微量元素含量處于同一數(shù)量級(jí)，可能會(huì)對(duì)血液微量元素的測(cè)量結(jié)果造成影響。該研究也對(duì)比了采血管1和采血管3對(duì)實(shí)際血清樣本檢測(cè)結(jié)果的影響，結(jié)果表明，采血管1的檢測(cè)結(jié)果中幾乎所有微量元素含量都低于采血管3的檢測(cè)結(jié)果，尤其是鋁，釩，鉻，錳，砷，錫，銻等幾種元素，說明在實(shí)際采血過程中，采血管的選擇對(duì)微量元素檢測(cè)結(jié)果影響很大。

ICP-MS；采血管；微量元素

引 言

微量元素是構(gòu)成生物體的基本組成要素，其參與多種人體生化反應(yīng)。微量元素是許多酶的組成成分，或是酶作用的輔助因子，在人體內(nèi)有不可替代的重要作用[1-3]。微量元素的攝入過量、不足、或不平衡都會(huì)不同程度地引起人體生理的異常或?qū)е录膊?。某些?duì)人體有益的微量元素，在含量過高時(shí)同樣會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒副作用，如元素硒和銅等。人體攝入過多的某些微量元素，如砷，鎘，鉛等，會(huì)導(dǎo)致人中毒[4]。血液的微量元素分析也經(jīng)常作為疾病診斷和環(huán)境、職業(yè)健康研究的生物監(jiān)測(cè)手段[5]。但是由于微量元素的含量很低，多數(shù)元素在ng·L-1～μg·L-1級(jí)別，而人體血液的基質(zhì)復(fù)雜，給檢測(cè)過程帶來了很多不確定影響因素，因此，檢測(cè)血液微量元素的工作難度較大，對(duì)科研人員和臨床工作人員來說都是一個(gè)挑戰(zhàn)。研究微量元素在人體內(nèi)的代謝過程，是眾多科研人員的研究熱點(diǎn)，也是臨床應(yīng)用發(fā)展的方向。

隨著電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)的發(fā)展，該方法靈敏度高，選擇性好，檢出限低，能同時(shí)分析多種元素，已廣泛應(yīng)用于食品、生物、環(huán)境及土壤等領(lǐng)域[6-9]。因此，對(duì)于人體血液微量元素的分析最大的影響因素，在于盡可能減少各個(gè)環(huán)節(jié)引入的干擾，從而獲得準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)結(jié)果。血液采集作為整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，應(yīng)該得到足夠的重視。本文調(diào)研了市場(chǎng)上常見的適用于不同血液指標(biāo)檢測(cè)的血液采集管，選擇了其中最有代表性的13種，分析其中20種微量元素的含量。之所以選擇這20種微量元素，首先是參與重要人體生化反應(yīng)的微量元素，如鉻，錳，鐵，鈷，鋅，硒，銅，鉬；其次是過量時(shí)對(duì)人體有毒的微量元素，如鋁，砷，鎘，汞，鉈，鉛；最后是近年來各國(guó)科研工作者所重點(diǎn)研究的對(duì)象，如釩，鎳，錫，銻，鎢，鋇，它們有潛在可能為人體必須的微量元素。

本文以13種血液采集管為研究對(duì)象，分析了每種血液采集管內(nèi)20種元素的含量，并與近年來文獻(xiàn)中提到的人體微量元素的含量范圍進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比分析，希望能夠給出各個(gè)采血管最合適檢測(cè)的血液微量元素種類，為微量元素檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化及臨床推廣提供一定的參考數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作參數(shù)

本文采用Agilent 8800 ICP-QQQ儀器(安捷侖公司，美國(guó))進(jìn)行微量元素分析，儀器配備360個(gè)樣本的Agilent SPS 4自動(dòng)進(jìn)樣器(安捷倫公司，美國(guó))，儀器的基本參數(shù)設(shè)置如表1所示。

由于碰撞反應(yīng)池對(duì)于減少干擾，提高檢測(cè)限有明顯幫助，因此，對(duì)于硒元素我們采用H2模式，對(duì)于元素釩，鉻，錳，鐵，鈷，鎳，銅，鋅，我們采用He模式，元素砷采用O2模式，其余元素采用標(biāo)準(zhǔn)模式。

1.2 樣品處理

本文調(diào)研了市場(chǎng)上常用的血清，血漿和全血采血管，選擇了其中最有代表性的13種。其中血清采血管五種，血漿采血管四種，全血采血管四種。產(chǎn)品來自于BD公司和Greiner bio-one公司，13種采血管的具體型號(hào)見表2。

表1 ICPMS 8800儀器參數(shù)設(shè)置

表2 13種采血管規(guī)格型號(hào)列表

對(duì)于13種不同的血液采集管，我們每種型號(hào)各取12只，向其中6只采血管注入與其額定容量相等容積的超純水，向另外6只采血管注入與其額定容量相等容積的10% HNO3。然后將采集管置于混勻器上，室溫下混勻1 h?；靹蚝?，用移液槍移取4 mL浸出液至離心管，加入1 mL內(nèi)標(biāo)，1 mL硝酸，定容至10 mL。

1.3 試劑與標(biāo)準(zhǔn)溶液

實(shí)驗(yàn)所用超純水由Milli Q超純水儀制備(Millipore公司，奧地利)，硝酸(Rotipuran○R≥65%, p.a., ISO, Roth, Karlsruhe, 德國(guó))，硝酸經(jīng)過低沸點(diǎn)蒸餾進(jìn)行純化。實(shí)驗(yàn)所用單標(biāo)液，鋁、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、砷、硒、鉬、鎘、錫、銻、鋇、鎢、汞、鉈和鉛(1 000 mg·L-1, Rosa，美國(guó))，混標(biāo)液(ICP multi-element standard solution VI, Merck, 德國(guó))，天然水1640a(NIST，Gaithersburg, 美國(guó))包含有15種元素的標(biāo)定值。

1.4 樣品測(cè)定

標(biāo)準(zhǔn)曲線用單標(biāo)液混合進(jìn)行配制，對(duì)于血液中含量較高的元素鐵，銅，鋅，硒，鋇，7點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)曲線的濃度為1, 2, 5, 10, 50, 100, 200 μg·L-1，對(duì)于其余血液中含量較低的元素，7點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)曲線的濃度為0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 2 μg·L-1。內(nèi)標(biāo)選擇銦, 鍺, 镥, 銠四種元素，檢測(cè)溶液中的最終濃度為10 μg·L-1。

在ICP-MS優(yōu)化的條件下，對(duì)處理好的樣品中的20種微量元素進(jìn)行測(cè)定，儀器根據(jù)7點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)溶液自動(dòng)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，并計(jì)算出被測(cè)樣本的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器檢出限和準(zhǔn)確度

10%硝酸作為空白溶液，同時(shí)測(cè)定這20種元素的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，得到元素的線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)。通過連續(xù)測(cè)量4次空白溶液，以其的平均值加上3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為儀器的檢出限。為了檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)曲線的準(zhǔn)確性，我們采用NIST 1640a天然水作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其標(biāo)定元素含量范圍，本方法檢出值及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差如表3所示。

表3 儀器的檢測(cè)限、背景等效濃度，天然水檢測(cè)結(jié)果，文獻(xiàn)中微量元素參考值和兩種血清采血管微量元素檢測(cè)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

元素相關(guān)系數(shù)檢測(cè)限背景等效濃度標(biāo)準(zhǔn)品1640a參考值檢測(cè)值RSD/%微量元素參考值血清微量元素血清血漿全血采血管1采血管3單位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，本方法中所檢測(cè)的20種元素信號(hào)值與濃度均呈現(xiàn)出良好的線性，相關(guān)系數(shù)均在0.999 1以上。本方法檢出限低，對(duì)于元素鈷，鉬，鎘，錫，銻，鋇，鎢，汞，鉈和鉛，檢測(cè)限低于0.01 μg·L-1；對(duì)于元素釩，鉻，錳，鎳，銅，砷和硒，檢測(cè)限低于0.1 μg·L-1；對(duì)于元素鋁，鐵，鋅檢測(cè)限低于1 μg·L-1。本方法的背景等效濃度低，對(duì)于元素鈷，鉬，鎘，銻，鋇，鎢，鉈和鉛，背景等效濃度低于0.01 μg·L-1；對(duì)于元素釩，錳，砷，硒，錫和汞，背景等效濃度低于0.1 μg·L-1；對(duì)于元素鋁，鉻，鐵，鎳，銅和鋅，背景等效濃度低于1 μg·L-1，說明在該測(cè)量條件下，有非常好的抑制背景干擾的能力。本方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(天然水)的檢測(cè)結(jié)果良好，元素鋁，錳，鐵，鋅，硒，鎘，鋇，鉈和鉛的測(cè)量值均在天然水的標(biāo)定范圍之內(nèi)，元素釩，鈷，銅，砷和鉬的測(cè)量值與標(biāo)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD小于5%，元素鉻，鎳，銻的測(cè)量值與標(biāo)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD小于10%。

2.2 樣品分析

根據(jù)上述所列的儀器條件和方法，對(duì)13種采血管中的20種微量元素進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表4所示。

從結(jié)果中我們可以看到，對(duì)比五種血清采血管的結(jié)果，浸出液中(包括H2O和10%HNO3作為溶劑)各種元素的含量由低到高為：

采血管1<采血管2<采血管5<采血管4<采血管3對(duì)比4種血漿采血管的結(jié)果，除鋅之外的各種元素含量均比較接近。鋅元素在采血管6和采血管7中的含量遠(yuǎn)低于在采血管8和采血管9中的含量。

適用于全血采集的4種采血管中，采血管13的微量元素含量相對(duì)最低；采血管10和采血管11浸出液中的各種元素含量均比較接近且均高于采血管13；采血管12中的各種微量元素含量顯著高于采血管10，11和13。

為了進(jìn)一步對(duì)比采血管中微量元素的濃度是否會(huì)對(duì)血液微量元素分析造成影響，我們總結(jié)了文獻(xiàn)中提到的人體血液(血清、血漿、全血)微量元素檢測(cè)的含量范圍，以此作為判斷采血管中的微量元素含量是否會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響的基礎(chǔ)。人體血液(血清、血漿、全血)微量元素的含量范圍如表3所示。

根據(jù)人體血液(血清、血漿、全血)微量元素含量的參考范圍，我們?cè)敿?xì)分析了13種采血管中微量元素含量可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成的影響。我們將采血管中微量元素含量低于文獻(xiàn)中血液(血清、血漿、全血)微量元素含量最小值10%的，作為確定能夠檢測(cè)該種元素的采血管；介于文獻(xiàn)中血液微量元素含量最小值10%和最大值10%之間的，作為潛在可檢測(cè)該種元素的采血管；高于血液微量元素含量最大值的10%的，作為不可檢測(cè)該種元素的采血管。由此，制作了表5。

表4 13種采血管中20種微量元素含量

續(xù)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種不同采血管對(duì)20種微量元素的分析能力

注： √ 表示采血管中元素含量低于文獻(xiàn)中人體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獻(xiàn)中人體血液微量元素最小值的10%和最大值的10%之間；空白表示采血管中元素含量大于文獻(xiàn)中人體血液微量元素最大值的10%；試管中的微量元素含量采用純水浸出液的檢測(cè)值

由表5可知，血清微量元素采血管中，采血管1能夠完全滿足種11種元素的檢測(cè)要求，而采血管1中的元素鋁、鉻、錳、鈷、鎳和鋇的含量會(huì)一定程度上受到采血管中微量元素含量的影響，元素銻和鎢在采血管1中含量相對(duì)較高，會(huì)顯著影響血清微量元素的檢測(cè)結(jié)果。

血漿微量元素采血管中，采血管6能夠完全滿足種11種元素的檢測(cè)要求，而采血管6中的元素鋁、錫、鎢、鉛的含量會(huì)一定程度上受到采血管中微量元素含量的影響，元素釩、鉻、鎳和銻在采血管6中含量相對(duì)較高，會(huì)顯著影響血漿微量元素的檢測(cè)結(jié)果。

全血微量元素采血管中，采血管13能夠滿足對(duì)15種元素的檢測(cè)要求，而采血管13中的元素鈷和鎳的含量會(huì)一定程度上受到采血管中微量元素含量的影響，元素鋁、銻和鎢在采血管13中的含量相對(duì)較高，會(huì)顯著影響血漿微量元素的檢測(cè)結(jié)果。

由于現(xiàn)行的國(guó)標(biāo)中，有關(guān)微量元素的檢測(cè)方法及含量范圍均是建立在以血清微量元素為基礎(chǔ)的結(jié)果上。因此，尋找適用于微量元素檢測(cè)的血清采集管是微量元素檢測(cè)首先必須解決的問題。我們?cè)跈z測(cè)采血管浸出液中微量元素含量的過程中，并不能完全的模擬血清在采血管中的真實(shí)情況，為了對(duì)比微量元素專用血清管(采血管1)和非專用血清采血管(采血管3)對(duì)血清測(cè)量結(jié)果的影響，我們采用了同一名志愿者的血清，同時(shí)使用采血管1和采血管3進(jìn)行采集，分析結(jié)果如表3所示。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來看，采用血清微量元素專用采血管(采血管1)的血清檢測(cè)結(jié)果中，志愿者血清的微量元素含量幾乎都下降了，尤其是鋁，釩，鉻，錳，砷，錫，銻等幾種元素，采血管1的檢測(cè)結(jié)果明顯低于采血管3的檢測(cè)結(jié)果。近年來發(fā)表于本領(lǐng)域的文獻(xiàn)中也強(qiáng)調(diào)了選擇采血管在微量元素檢測(cè)過程中的重要性，在血液微量元素分析的過程中，選擇合適的采血管，能夠盡可能減少干擾，保證檢測(cè)結(jié)果的一致性。但從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，即使采用了血清微量元素專用采血管(采血管1)，我們也應(yīng)充分考慮到元素銻和鎢由采血管中污染所帶來的影響。

3 結(jié) 論

通過在安捷倫8800 ICP-MS儀器平臺(tái)上建立了檢出限低，準(zhǔn)確度高，精密度好，操作快速簡(jiǎn)便的檢測(cè)方法，對(duì)13種常見的采血管中的20種微量元素進(jìn)行了檢測(cè)。通過分析了五種常見的血清采集管，四種血漿采集管，四種全血采集管，最后得到BD公司生產(chǎn)的微量元素專用血清管(采血管1)能夠檢測(cè)18種元素，Greiner Bio One公司生產(chǎn)的肝素鋰血漿采血管(采血管6)能夠檢測(cè)15種元素，Greiner Bio One公司生產(chǎn)的無添加管(采血管13)能夠檢測(cè)17種元素，但仍有部分元素(采血管1： 銻和鎢，采血管6： 釩、鉻、鎳和銻，采血管13： 鋁，銻和鎢)存在干擾較大的情況。血清采集管中的污染來源主要在于管內(nèi)添加了促凝劑，以及用于分離血清和血細(xì)胞的凝膠。血漿采集管中的污染來源主要在于管內(nèi)添加了抗凝劑。

本文旨在給出常見血液采集管的微量元素參考含量，希望能對(duì)相關(guān)行業(yè)的研究人員及臨床醫(yī)護(hù)人員提供一個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)。如果血液中微量元素的含量遠(yuǎn)高于采血管中的元素含量，我們可以使用該采血管檢測(cè)這類元素，如果血液中的微量元素含量與采血管中的元素含量相當(dāng)，甚至于更低，我們就應(yīng)當(dāng)選擇或研發(fā)更為合適的采血管以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

致謝： 感謝格拉茨大學(xué)分析化學(xué)系提供的儀器平臺(tái)，試劑及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)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

國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2014AA022305，2014AA020901)資助

熊 嬋，1986年生，天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院博士后 e-mail: chinaxc@tju.edu.cn *通訊聯(lián)系人 e-mail： 1974ggh@sina.com

O657.6

A

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