引用本文
武鑫, 赵玮, 宋楠楠, 闫慧芳. 电感耦合等离子体发射光谱法测定人血浆中5种金属元素[J]. 环境卫生学杂志, 2018, 8(2): 134-138.
WU Xin, ZHAO Wei, SONG Nannan, YAN Huifang. Simultaneous Determination of Five Metals in Human Plasma by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry[J]. Journal of Environmental Hygiene, 2018, 8(2): 134-138.
电感耦合等离子体发射光谱法测定人血浆中5种金属元素
武鑫1, 赵玮1, 宋楠楠2, 闫慧芳1     
1. 中国疾病预防控制中心职业卫生与中毒控制所;
2. 首都经济贸易大学
基金项目: 国家科技支撑计划课题（2014BAI12B00、2006BAI06B00）
作者简介: 武鑫, 硕士研究生, 从事劳动卫生与环境卫生研究
通信作者: 闫慧芳, 研究员, 从事职业卫生检测研究
联系方式：北京市西城区南纬路29号；邮编：100050；Email：1066501711@qq.com
摘要: 目的 建立人血浆中锌、铁、镁、钙、铜5种金属元素的电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测定方法。方法 采用1%（v/v）硝酸对血浆进行10倍稀释后直接进行ICP-OES分析，标准曲线法定量。结果 5种金属元素在对应的浓度范围内线性良好，相关系数均>0.999，方法检出限为（0.004 1~0.015 1）mg/L。方法批内精密度（RSD%）为0.8%~2.5%，方法批间精密度（RSD%）为1.4%~3.0%，平均加标回收率范围为93.3%~105.2%；血清标准物质中5种元素测定结果均在参考值范围内。结论 建立的方法可用于人血浆中5种金属元素的测定。
关键词: 人血浆     金属元素     电感耦合等离子体发射光谱法    
Simultaneous Determination of Five Metals in Human Plasma by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry
WU Xin1, ZHAO Wei1, SONG Nannan2, YAN Huifang1     
Abstract: Objectives To establish an inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) for the determination of 5 metals, including Zn, Fe, Mg, Ca and Cu in human plasma. Methods Plasma samples were analyzed by ICP-OES after 10 times dilution with 1% (v/v) nitric acid solution and quantified by standard curve method. Results There were good linearity of standard curves in the detection range of (0.004 1~0.015 1) mg/L for 5 metals, with a correlation coefficient of >0.999. The intra-assay precision of 5 metals were 0.8%~2.5% and the inter-assay precision of 5 metal were 1.4%~3.0%. The spiked for all elements was in the range of 93.3%~105.2%. The result of five elements in the reference materials were in the acceptable ranges. Conclusions The inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) method could be used to monitor the concentrations of the 5 metals in human plasma.
Key words: human plasma     metal element     inductively coupled plasma optical emission spectrometry    

锌、铁、镁、钙、铜是人体必需金属元素，是机体正常代谢必不可少的物质，摄入不足或过量均会对健康产生影响，血中金属元素的含量可以反映人体的营养和环境暴露水平。目前血浆中金属元素的测定方法有原子吸收分光光度法[1-2]、荧光分析法[3]电感耦合等离子体质谱法[4-5]。原子吸收光谱法分析速度慢，ICP-MS灵敏度高，但仪器昂贵，本文建立了用1%硝酸直接稀释样品、电感耦合等离子体发射光谱法测定血浆中锌、铁、镁、钙、铜的方法。

1 材料与方法 1.1 仪器

ICP-OES仪OPTIMA 8000DV型(美国PE公司)；旋涡混合器HeidolphMaltiReax(XWT-204，德Heidolph公司)；Mili-Q纯水机(美国Millipore公司)。

1.2 仪器条件

射频功率：1 300 W；等离子体气：15 L/min; 辅助气：0.2 L/min；雾化器流速：0.6 L/min；蠕动泵：1.5 L/min。分析波长：Zn：213.857 nm、Fe：238.204 nm、Mg：285.213 nm、Ca：317.933 nm、Cu：327.393 nm。

1.3 试剂

混合标准溶液(美国SPEX公司)：包括锌(Zn)、铁(Fe)、镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)，均为1 000 mg/L。硝酸(德国Merck公司)。去离子水：电阻率≥去离子水：MΩ。血清痕量标准物质(挪威Seronorm公司，L-1，批号1309438，L-2，批号1309416)。

1.4 标准系列的配制

根据人血浆中各金属元素不同的浓度范围，将待测元素分为2组，用1%硝酸分别配制标准系列。Zn、Fe、Cu混合标准系列的浓度为：0.050、0.10、0.20和0.30 mg/L；Ca、Mg标准系列的浓度为0.10、1.00、3.00、5.00、10.0和20.0 mg/L。

1.5 样品前处理方法

血浆样品解冻后放至室温，充分震荡摇匀。用微量移液器准确量取人血浆样品0.5 mL，加入4.5 mL 1%硝酸稀释液，振荡摇匀后测定。

1.6 质量控制

用微量移液器准确量取市售血清痕量标准物质(挪威Seronorm公司，L-1，批号1309438，L-2，批号1309416)0.5 mL，加入4.5 mL1%硝酸稀释，振荡摇匀后测定，进行质量控制。

2 结果与讨论 2.1 前处理方法的比较

血浆中金属元素的前处理方法主要有直接稀释法[6-7]，微波消解法[8-9]和湿法酸消解法[10]等。微波消解法和湿法酸消解法均能消除基体干扰，但湿法酸消解法效果不如微波消解法，且操作过程更为繁琐，故本实验选择对直接稀释法和微波消解法进行了比较。用直接稀释法和微波消解法处理血清痕量元素标准物质(挪威Seronorm公司，L-1，批号1309438，L-2，批号1309416)(表 1)。结果显示，直接稀释法各元素测定结果均在给定的参考值范围之内；微波消解法除L-2中Zn的测定结果高于给定的参考值范围之外，其余也均在参考值范围之内。微波消解法较为繁琐，且容易在转移过程中造成损失，而直接稀释法过程简单，较适于大批量样本的处理。故本实验采用直接稀释法进行样品前处理。

表 1 血清质控样品直接稀释和微波消解法测定结果(mg/L)
金属 L-1参考值范围/
(mg/L)		 测定值/(mg/L) L-2参考值范围/
(mg/L)		 测定值/(mg/L)
直接稀释法 微波消解法 直接稀释法 微波消解法
Zn 0.844~1.269 1.121 0.897 1.223~1.840 1.479 2.208
Fe 1.17~1.77 1.273 1.418 1.72~2.58 1.769 1.865
Mg 13.4~20.1 16.2 16.8 27.1~40.7 32.350 35.500
Ca 69~104 88.35 89.78 95~143 120.600 131.500
Cu 0.852~1.281 1.004 0.855 1.538~2.312 1.706 1.803
表选项

2.2 稀释液的选择

血液样品的稀释剂多采用硝酸-曲拉通混合溶液和稀硝酸溶液，以降低样品粘稠度和提高原子化效率。本实验对以上两种稀释液进行了比较选择。取混匀人血浆样品，分为两组，每组7个平行样品，每个平行样取0.5 mL，分别用0.05%硝酸-0.1%曲拉通稀释液和1%硝酸对其进行10倍稀释后检测，对其结果进行配对t检验，检验水准α=0.05(表 2)。结果显示，两种前处理方法相比较，t值均小于t(0.05/2, 6)=2.45，故差别均无显著性差异(P>0.05)。故本实验选择直接用稀硝酸对样品进行稀释。

表 2 各元素两种前处理方法的比较(x±s)
金属/
(mg/L)		 直接稀释
(n=7)		 硝酸曲拉通稀释
(n=7)		 t P值
Zn 1.00±0.01 1.00±0.04 -0.022 0.983
Fe 1.23±0.01 1.22±0.03 1.633 0.154
Mg 16.31±0.12 16.24±0.38 0.436 0.678
Ca 80.78±0.49 79.66±1.89 1.394 0.213
Cu 1.04±0.01 1.03±0.03 0.925 0.391
表选项

2.3 定量方法的选择

由于生物样品存在较强的基质效应，一般选用工作曲线定量。本实验分别采用标准曲线和工作曲线的定量方法，对加标样品的测定结果进行配对t检验，并对两种定量方法的回收率进行比较。取混匀人血浆样品，分为2组，每组7个平行样，分别进行高低两浓度加标(表 3)。结果显示，Fe元素两种定量方法无显著性差异，Ca、Mg、Cu 3种元素有显著性差异。而Zn在0.03 mg/L的加标浓度水平无显著性差异，在0.15 mg/L的加标浓度水平有显著性差异。采用标准曲线定量方法的样品加标回收率范围在93.3%~105.2%之间。采用工作曲线定量的样品加标回收率在89.3%~115.0%之间。根据《职业卫生标准》制定指南第5部分：生物材料中化学物质测定方法(GBZ/T 210.5-2008)[11]有关要求，平均加标回收率应在75%~105%之间，采用标准曲线法定量，样品加标回收率能够满足该标准要求，而采用工作曲线法定量，Mg在0.8 mg/L的加标浓度水平的平均加标回收率(115%)高于标准要求，且配制工作曲线繁琐，而标准曲线的配制较为简便快捷，因此，最终采用标准曲线进行定量测定。

表 3 定量方法的选择
金属 本底值/(mg/L) 加标浓度/(mg/L) 测定值/(mg/L) t值 P值 回收率/%
标准曲线 工作曲线 标准曲线 工作曲线
Zn 0.059 1 0.03 0.087 1 0.089 3 -2.203 0.070 93.3 100.7
0.15 0.203 1 0.207 5 -2.879 0.028 96.0 98.9
Fe 0.069 0.03 0.099 3 0.100 5 -1.294 0.243 101.0 105.0
0.15 0.217 1 0.218 9 -0.908 0.399 98.7 99.9
Mg 1.506 0.8 2.269 3 2.426 0 -11.948 < 0.01 95.4 115.0
3 4.554 9 4.690 4 -4.186 0.006 101.6 106.1
Ca 6.857 7 3 10.013 6 9.536 6 4.302 0.005 105.2 89.3
15 21.781 4 20.997 1 7.762 < 0.01 99.5 94.3
Cu 0.049 4 0.03 0.078 2 0.081 1 -4.334 0.005 96.0 105.7
0.1 0.147 6 0.154 7 -5.219 0.002 98.2 105.3
表选项

2.4 方法的测定范围、方法检出限及方法定量限

以1%硝酸稀释液进行11次测定，将产生响应信号的3倍标准差代入线性方程，所得值乘以10得该方法检出限；将产生响应信号的10倍标准差代入线性方程，所得值乘以10得该方法定量限；人体血浆中5种待测元素含量差异较大，根据预实验结果，对不同元素分别取不同的测定范围，以达到准确定量的目的(表 4)。

表 4 方法检出限、定量限、测定范围
金属 测定范围/(mg/L) 线性方程 相关系数 检出限/(mg/L) 定量限/(mg/L)
Zn 0.05~0.3 y=59.30x+35.35 0.999 9 0.008 2 0.027 3
Fe 0.05~0.3 y=63.86x+1.528 0.999 8 0.009 2 0.030 6
Mg 0.1~5 y=207.5x-4 227 0.999 9 0.004 1 0.013 7
Ca 1~20 y=55.05x-3 388 0.999 9 0.014 4 0.048 0
Cu 0.05~0.3 y=61.69x+127.8 0.999 9 0.015 1 0.050 2
表选项

2.5 方法准确度实验

取混匀人血浆样品，分为2组，每组7个平行样，分别进行Zn、Fe、Mg、Ca、Cu的高低两浓度加标，按本方法进行样品预处理并测定，计算平均加标回收率(表 5)。结果显示，平均加标回收率在93.3%~105.2%之间，能够满足《职业卫生标准制定指南》第5部分：生物材料中化学物质测定方法(GBZ/T 210.5-2008)[11]对加标回收率(75%~105%)的有关要求。同时，用本方法对市售血清痕量元素标准物质(挪威Seronorm公司，L-1，批号1309438，L-2，批号1309416)进行测定(表 5)。结果显示，各元素测定值均在给定的参考值范围内。

表 5 Zn、Fe、Mg、Ca、Cu的准确度实验(n=7)
元素 本底值/
(mg/L)		 加标浓度/
(mg/L)		 测定值/(mg/L) 平均值/
(mg/L)		 加标回收率/%
1 2 3 4 5 6 7
Zn 0.059 1 0.03 0.086 4 0.087 1 0.087 5 0.086 1 0.086 9 0.088 2 0.087 5 0.087 1 93.3
0.15 0.196 3 0.205 0.205 4 0.204 3 0.200 8 0.210 6 0.199 2 0.203 1 96.0
Fe 0.069 0.03 0.098 64 0.099 99 0.097 71 0.098 76 0.098 05 0.100 2 0.102 0.099 3 101.0
0.15 0.210 6 0.221 9 0.215 7 0.217 6 0.216 5 0.223 7 0.213 7 0.217 1 98.7
Mg 1.506 0.8 2.291 2.283 2.22 2.248 2.279 2.293 2.271 2.2693 95.4
3 4.668 4.478 4.462 4.473 4.443 4.666 4.694 4.5549 101.6
Ca 6.857 7 3 10.180 9.829 9.914 9.920 9.842 10.22 10.19 10.0136 105.2
15 21.330 21.880 21.100 21.960 21.840 22.060 22.300 21.7814 99.5
Cu 0.049 4 0.03 0.078 12 0.078 09 0.080 24 0.077 98 0.077 51 0.078 49 0.076 8 0.078 2 96.0
0.1 0.152 1 0.147 5 0.148 3 0.145 6 0.147 1 0.146 3 0.146 1 0.147 6 98.2
表选项

2.6 方法精密度实验

2.6.1 批内精密度

取混匀人血浆样品，分为2组，每组7个平行样，分别进行Zn、Fe、Mg、Ca、Cu的高低两浓度加标，加标值选择人血浆样品本底值的大约1/2倍和2倍，按本方法进行样品预处理并测定，计算相对标准偏差(RSD)，作为方法批内精密度(表 6)。结果显示，本方法批内精密度在0.8%~2.5%之间。

表 6 Zn、Fe、Mg、Ca、Cu的批内精密度实验(n=7)
元素 本底值/
(mg/L)		 加标浓度/
(mg/L)		 测定值/(mg/L) 平均值/
(mg/L)		 RSD/
%
1 2 3 4 5 6 7
Zn 0.059 1 0.03 0.086 4 0.087 1 0.087 5 0.086 1 0.086 9 0.088 2 0.087 5 0.087 1 0.8
0.15 0.196 3 0.205 0.205 4 0.204 3 0.200 8 0.210 6 0.199 2 0.203 1 2.3
Fe 0.069 0.03 0.098 64 0.099 99 0.097 71 0.098 76 0.098 05 0.100 2 0.102 0.099 3 1.5
0.15 0.210 6 0.221 9 0.215 7 0.217 6 0.216 5 0.223 7 0.213 7 0.217 1 2.1
Mg 1.506 0.8 2.291 2.283 2.22 2.248 2.279 2.293 2.271 2.269 3 1.2
3 4.668 4.478 4.462 4.473 4.443 4.666 4.694 4.554 9 2.5
Ca 6.857 7 3 10.180 9.829 9.914 9.920 9.842 10.22 10.19 10.013 6 1.7
15 21.330 21.880 21.100 21.960 21.840 22.060 22.300 21.781 4 1.9
Cu 0.049 4 0.03 0.078 12 0.078 09 0.080 24 0.077 98 0.077 51 0.078 49 0.076 8 0.078 2 1.4
0.1 0.152 1 0.147 5 0.148 3 0.145 6 0.147 1 0.146 3 0.146 1 0.147 6 1.5
表选项

2.6.2 批间精密度

取混匀人血浆样品，分为2组，每组6个平行样，分别进行Zn、Fe、Mg、Ca、Cu的高低两浓度加标，按本方法每天每个浓度水平制备2个样品，进行测定，连续6天完成。计算相对标准偏差(RSD)，作为方法批间精密度(表 7)。结果显示，批间精密度在1.4%~3.0%之间。本方法批内精密度和批间精密度均能够满足职业卫生标准制定指南第5部分：生物材料中化学物质测定方法(GBZ/T 210.5-2008)[11]关于精密度(RSD < 10%)的有关要求。

表 7 Zn、Fe、Mg、Ca、Cu的批间精密度实验(n=6)
元素 本底值/
(mg/L)		 加标浓度/
(mg/L)		 测定值/(mg/L) 平均值/
(mg/L)		 RSD/
%
1 2 3 4 5 6
Zn 0.062 4 0.03 0.089 3 0.090 9 0.088 1 0.090 5 0.091 8 0.089 7 0.090 1 1.4
0.15 0.200 8 0.205 2 0.200 5 0.205 4 0.204 0.198 0.203 1.5
Fe 0.066 5 0.03 0.092 4 0.095 6 0.095 3 0.098 0 0.097 8 0.092 4 0.095 3 2.6
0.15 0.197 1 0.204 0 0.198 8 0.211 5 0.209 3 0.201 7 0.203 7 2.8
Mg 1.593 1 0.8 2.208 2.234 5 2.179 2.273 2.224 2.193 5 2.218 7 1.5
3 4.122 4.179 5 3.981 3 4.206 5 4.194 5 4.171 5 4.142 5 2.0
Ca 6.611 7 3 9.992 5 10.245 9.349 5 9.814 9.905 9.775 9.846 8 3.0
15 21.695 22.145 20.425 21.310 20.875 211.135 21.264 2.8
Cu 0.049 1 0.03 0.070 6 0.072 5 0.072 5 0.075 5 0.075 2 0.071 0 0.072 9 2.9
0.1 0.133 6 0.137 9 0.138 4 0.140 1 0.139 1 0.131 1 0.136 8 2.7
表选项

2.7 方法应用

应用本方法检测了河南某地区50名正常人血浆中锌、铁、镁、钙、铜，其中男性16名，女性34名，分为(6~12)、(12~16)、(16~20)、(20~30)、(30~45)、(45~)6个年龄组(表 8)。

表 8 50名正常人测定结果(x±s)
年龄组/岁 Zn/
(mg/L)		 Fe/
(mg/L)		 Mg/
(mg/L)		 Ca/
(mg/L)		 Cu/
(mg/L)
6~12 0.874 4±0.210 1.315±0.658 6 19.03±1.92 89.68±5.08 0.883 5±0.242 1
12~16 0.816 1±0.087 56 1.207±0.626 81 20.35±1.90 90.75±7.76 0.793 6±0.211 7
16~20 0.831 6±0.066 55 1.445±0.376 61 20.52±2.48 88.82±8.83 0.685 6±0.129 4
20~30 0.734 1±0.259 9 1.188±0.587 11 17.12±5.78 71.92±25.3 0.716 5±0.305 9
30~45 0.718 9±0.197 3 1.280±0.532 11 18.82±5.28 74.49±21.88 0.776 4±0.226 5
45~ 0.674 6±0.208 2 0.829 6±0.323 8 18.75±5.84 77.27±23.31 0.795 3±0.262 0
表选项

3 小结

本研究建立的人血浆经1%硝酸直接稀释后，用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)进行锌、铁、镁、钙、铜的测定。方法能满足《职业卫生标准制定指南》第5部分：生物材料中化学物质测定方法(GBZ/T 210.5-2008)[11]有关要求，且本方法前处理简单快速，适用于人群大样本的测定。

参考文献
[1] Lee KT, Jacob E. Determination of serum iron and zinc by atomic absorption spectroscopy[J]. Microchim Acta, 1974, 62(1): 65–72. doi: 10.1007/BF01271418
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DOI: 10.13421/j.cnki.hjwsxzz.2018.02.011
中国疾病预防控制中心主办。
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武鑫, 赵玮, 宋楠楠, 闫慧芳
WU Xin, ZHAO Wei, SONG Nannan, YAN Huifang
电感耦合等离子体发射光谱法测定人血浆中5种金属元素
Simultaneous Determination of Five Metals in Human Plasma by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry
环境卫生学杂志, 2018, 8(2): 134-138
Journal of Environmental Hygiene, 2018, 8(2): 134-138
DOI: 10.13421/j.cnki.hjwsxzz.2018.02.011

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