电感耦合等离子体质谱法测定成人全血、膳食、尿样和粪便中轻稀土元素及相关性分析

解 清，欧阳荔，王京宇

（1.北京大学公共卫生学院中心仪器室，北京 100191；

2.北京大学医药卫生分析中心生命元素组学实验室，北京 100191）

电感耦合等离子体质谱法测定成人全血、膳食、尿样和粪便中轻稀土元素及相关性分析

解 清1，2，欧阳荔1，王京宇1，2

（1.北京大学公共卫生学院中心仪器室，北京 100191；

2.北京大学医药卫生分析中心生命元素组学实验室，北京 100191）

为了全面分析人体内稀土元素通过膳食摄取、血液蓄积、尿粪排出之间的关系，应用等离子体质谱法测定成人全血、膳食、尿样及粪便中轻稀土元素含量，比较4个不同膳食类型的城市人体摄取轻稀土元素的差异，并对相同个体的膳食、全血、尿样及粪便中的轻稀土元素进行相关性分析。分别在天津、成都、镇江、太原4个城市采集30名健康成年男性的全血、72h膳食、72h尿样和72h粪便，膳食、尿样和粪便做冷冻干燥处理后经湿法消解，并采用电感耦合等离子体质谱法测定轻稀土元素含量。4城市采样人体中的稀土含量由高至低依次为粪便、膳食、血液，尿液，但上述样品在4城市人群之间没有显著性差异；同体血、膳食和粪便中轻稀土元素的分布特征符合自然分布特征规律，但尿样中的Sm存在正异常。

全血；尿样；膳食；粪便；电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）；轻稀土元素

我国稀土矿藏丰富，稀土的开发应用已涉及到与人民生活密切相关的农、林、牧、副、渔和轻工业等方面。非职业人群的稀土暴露水平及其健康危险评价已成为当前医学领域重要的研究课题，其成果将是决定我国今后稀土开发应用战略的重要依据之一。对稀土矿区及其周围地区的人发［1］、静脉血及乳汁［2］、岩矿［3］、血浆［4］中稀土元素进行分析的研究已有报道，但对非矿区污染人群的稀土研究却鲜见报道。电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）能同时测定多种稀土含量，具有较高的灵敏度和较低的检出限，在痕量稀土含量的测定方面具有较大优势。利用此方法测定生物样品（如血、毛发、植物［5－8］等）中的稀土元素已有报道，但人体粪便中的稀土元素测定却未见研究。

本研究以非污染物区城镇人口中的健康人群作为研究对象，采用同地、同时、同体采集样本，借以满足每日膳食、血样、尿样和粪便样本采集的时空一致性，从而全面分析人体内稀土元素通过每日食物摄入量、血液蓄积量、尿粪排出量之间的关系。所获结果可为我国一般人群的稀土健康危险评价及稀土环境评价提供参考，对国际参考人修订、国情资料统计、探讨稀土元素在地壳－土壤－大气－人体的迁移、转化、循环和归宿也有重要意义［9－10］。

1 实验部分

1.1 样品采集

由中国医学科学院放射医学研究所负责采集中国4个膳食类型地区（天津、成都、镇江、太原）样品。为了保持所采集样品的时空相对一致性以及膳食、全血、尿样和粪便中所含稀土元素之间的可比性，连续3天同时采集成年男子（20～50岁，身高165～190cm，体重50～90kg）同体膳食、血液、尿液和粪便样品，每地区30例。

按我国总膳食研究所确定的4个不同膳食类型地区的4省或直辖市，即太原、天津、成都、镇江，在当地环境监测中心和CDC专业人员的协助下，各随机抽取征集30例（共120例）健康成年男性志愿者。通过问卷调查无所测定元素职业或药物接触史，在当地有3年以上稳定生活史，志愿者完全按事先签订的合同要求提供样品，并得到适当的报酬。

1.1.1 全血采集 采用专用的微量元素测定抗凝采血器直拔装置于次日清晨空腹采集10mL全血样，－25℃冰箱保存、待测。

1.1.2 尿样采集 连续采集3天72h尿液，从膳食采样第一天早晨（不包括晨尿）开始收集至第4天早晨截止。每人分发3个2.5L洁净聚乙稀塑料瓶，再将3天尿样混合，装入100mL聚丙烯瓶中，待称重干燥。在洁净实验室内将100mL尿液按20mL每瓶分装于5个洁净聚乙稀塑料瓶中，冷冻干燥后于－20℃保存。

1.1.3 膳食采集 采用双份饭采集方法，连续3天所有进食包括一日三餐及其他所有进食、水和饮料均收集，等分进食量和存留量。每人分发膳食收集袋15个，饮品收集桶3个。3天样品混合，装入100mL聚丙烯瓶中，待称重干燥。

1.1.4 粪便采集 连续采集3天（72h）粪便。从膳食采样第2天早晨收集至第4天早晨截止。每人分发粪便收集袋。将3天样品混合，装入100mL聚丙烯瓶中，待称重干燥。

膳食样与粪便样用冷冻干燥机干燥磨碎成粉末，装瓶，于－20℃贮存。

1.2 仪器与试剂

Elan DRCⅡ型电感耦合等离子体质谱仪：美国Pekin-Elmer Sciex公司产品。

硝酸（70%）、过氧化氢（30%）（BV-III级）：北京化学试剂研究所产品；18MΩ·cm超纯水；15种稀土混合标准液（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y）：国家有色金属及电子材料测试中心产品。

1.3 样品溶液的制备

准确称取0.250 0g冷冻干燥均匀粉末样品（或准确吸取1.0mL血）于15mL石英烧杯中，加入6mL HNO3和0.6mL HClO4，放置12h后，逐步升温，加热程序为100℃→120℃→140℃→160℃→180℃，到达消解终点后，加入高纯水赶酸至终点，冷却，定量转移至10mL容量瓶中，并定容。样品空白、内控标准参考物质与样品同步操作 。

1.4 质量控制

应用电感耦合等离子体质谱法测定样品时采用内标法和国家一级标准物质人发［14］（GBW09101a）盲样法进行质控。质控样和空白管与样品同步操作，待测。测得值与标准值基本相符，说明测定结果准确可靠，结果列于表1。

表1 人发国家一级标准物质（GBW09101a）中轻稀土元素含量标准值与测定值（ng/g，n＝8）Table 1 Light REEs contents in hair CRM（GBW 09101a）（ng/g，n＝8）

实验中使用的量器，如移液管、容量瓶均经过国家质检部门检定和校准；移液枪经分析天平校准，以保证测量数据的准确性和溯源性。

1.5 统计分析

用SPSS17.0软件包对测定结果进行数据统计和分析检验。符合正态分布的采用单向方差分析（One-way ANOVA）进行多组样本间的均数比较，不符合正态分布的采用非参数检验（Nonparametric test）。

1.6 质谱条件

RF功率：1 100W；冷却气流量（Ar）：15.00 L/min；辅助气流量（Ar）：1.80L/min；载气流量（Ar）：0.95L/min；分析室真空度：7.9×10－4Pa；脉冲电压：950V；分辨率：m/z0.7～0.9；停留时间：100ms；样品提升量：1mL/min。

2 结果与讨论

2.1 四城市稀土元素含量的地域差异

4个城市人群的全血、尿样、膳食和粪便样品中的轻稀土元素含量列于表2，其中粪便样品中稀土含量最高，其次为膳食和血样，尿样中的最低。经统计学检验，4个城市的血样、尿样、膳食和粪便样品的稀土元素含量未见明显差异性（P＞0.05）。将来自4个城市志愿者的血样、尿样、膳食和粪便样品中的轻稀土元素含量除以各自的Ce含量归一化处理后，经统计学检验，4个城市人群之间稀土元素含量仍无差异。说明4个城市均远离稀土矿区，均未受到稀土污染。

表2 4城市人群血样、尿样、膳食、粪便样品中轻稀土元素的含量Table 2 Light REEs contents of blood，urine，food and feces in human bodies from four cities

2.2 同体血样、尿样、膳食、粪便样品间轻稀土元素的比较

经正态性检验发现，血样、尿样、膳食及粪便样品中的轻稀土元素含量均不符合正态分布，将其含量进行以10为底的对数转换后方接近正态。其稀土元素含量曲线呈规则的锯齿状，示于图1，符合稀土元素的奥多－哈尔金斯规则［5］：原子序数为偶数的元素丰度大于与其相邻的2个奇数元素的丰度。但尿样中元素Sm存在正偏离现象。

图1 血样、尿样、膳食及粪便样品中轻稀土含量对数图Fig.1 Logarithmic curve of light REEs concentration in blood，urine，food and feces

将每个人血样、尿样及粪便样品中的轻稀土元素用各自膳食中的轻稀土元素做分母进行归一性处理后再进行对数转换，示于图2。发现血样、粪便样品中的轻稀土元素分布模式基本呈一条直线，与膳食一致，符合“自然分布”的特征［6］；而尿样中La、Ce、Pr、Nd和 Gd与膳食一致，但Sm存在差异性（P＜0.05）。此类偏离奥多-哈尔金斯规则的现象在以往的动物实验中有过报道［7］。前期研究工作发现，不同稀土剂量灌胃的大鼠股骨中Sm含量为一个常数，有可能是一个潜在的人体必须元素。

图2 经归一化处理后的血样、尿样和粪便样品中轻稀土含量的对数图Fig.2 Logarithmic curve of light REEs concentration in blood，urine and feces normalized by food’s REEs

3 结论

天津、成都、镇江、太原4城市人群的粪便样品中的稀土含量最高，其次为膳食和血样，尿样中最低；4城市人群之间在轻稀土含量上未见差异性；同体血样、膳食和粪便中轻稀土元素的分布特征符合自然分布特征规律，但尿样中的Sm存在正异常，这种偏离现象的机制有待进一步研究。

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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

欧阳荔（1957～），女，北京人，主任技师，分析化学专业。E-mail：oyl1016＠sina.com.cn

O 657.63

A

1004-2997（2012）06-0353-04

2012-07-11；

2012-08-24

国家自然科学基金（30770654）资助

解 清（1976～），女，安徽人，主管技师，分析化学专业。E-mail：xieqing94＠gmail.com