人體微量元素檢測(cè)方法及臨床應(yīng)用的研究進(jìn)展

熊嬋，黎慶，馬慶偉，3*

根據(jù)含量的多少，人體內(nèi)的元素可分為常量元素和微量元素，其中常量元素是指占人體比重超過(guò)萬(wàn)分之一的元素，包括鈣（Ca）、鈉（Na）、磷（P）、鉀（K）、鎂（Mg）、氯（Cl）和硫（S）等，而微量元素則是指含量處于人體總量的萬(wàn)分之一以下，且每日需攝入量低于100 mg的元素。1995年，微量元素中的銅（Cu）、鈷（Co）、鉻（Cr）、鐵（Fe）、氟（F）、碘（I）、錳（Mn）、鉬（Mo）、硒（Se）和鋅（Zn）等10種元素被聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）/世界衛(wèi)生組織（WHO）專(zhuān)家委員會(huì)列為維持人體正常生命活動(dòng)所不可缺少的必需微量元素，其中Fe又稱(chēng)為半微量元素；硅（Si）、鎳（Ni）、硼（B）、釩（V）被列為可能必需微量元素，而鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鋁（Al）、鉈（TI）、砷（As）和錫（Sn）等元素則被列為具有潛在毒性，但低劑量時(shí)可能具有功能作用的微量元素。

微量元素亦是人體組織的重要組成成分，如Fe為血紅蛋白的重要組成成分，Ca、P、Mg為組成牙齒、骨骼的成分。微量元素同時(shí)也是許多酶的組成成分，或是酶作用的輔助因子，人體內(nèi)50%～70%的酶需要微量元素的參與或激活，如Se是人體內(nèi)硒谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的組成成分，Mn是超氧化物歧化酶的重要成分。

由于微量元素在人體中作用的二重性，人體中微量元素處于一定的范圍，若低于或高于此范圍則提示身體的異常狀態(tài)。對(duì)于有益元素，如Ca、Mg、Fe、Zn、Se等，若人血清中含量低于參考范圍，提示應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充，或提示與相關(guān)疾病如缺鐵性貧血、兒童生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、骨質(zhì)疏松、克山病的相關(guān)性。人體也會(huì)通過(guò)飲食、水、空氣以及服用藥物攝入有毒金屬，如Hg、Pb、Cd、銀（Ag）、Al和鋇（Ba），可引起慢性或急性中毒，必須采取相應(yīng)的解毒措施。與特異性疾病相關(guān)的微量元素含量的變化，提示疾病的發(fā)展階段及預(yù)后情況。例如，補(bǔ)充微量元素在全胃腸外營(yíng)養(yǎng)治療的患者中應(yīng)用廣泛，如何監(jiān)測(cè)患者的微量元素水平是亟待解決的問(wèn)題。但受制于分析手段和分析精度，特別是分析過(guò)程中與引入干擾相關(guān)的問(wèn)題，一定程度上阻止了監(jiān)測(cè)手段的應(yīng)用。

本文討論了與微量元素檢測(cè)相關(guān)的各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)比不同方法分析結(jié)果的可比性和偏差，以及對(duì)臨床應(yīng)用中面臨的具體問(wèn)題（采樣、儲(chǔ)存、前處理等過(guò)程）進(jìn)行探討，旨在為微量元素檢測(cè)在臨床應(yīng)用領(lǐng)域提供理論參考和技術(shù)指導(dǎo)。

1 生物樣品采集及前處理

1.1 微量元素分析的生物樣品類(lèi)型 人體微量元素分析通常涉及的生物樣品有血液、尿液、乳汁、唾液、頭發(fā)、指甲和組織等。一般情況下，乳汁、尿液、唾液可用于檢測(cè)被人體吸收并且排出體外的微量元素，血液用于檢測(cè)吸收進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的微量元素，頭發(fā)、指甲和組織用于檢測(cè)儲(chǔ)存在體內(nèi)的微量元素。

1.1.1 血液 全血、血清、血漿中的微量元素含量及分布，是反映新陳代謝狀態(tài)（平衡或失調(diào)）最可靠的信息。一般推薦采集靜脈血［1］，末梢血液（耳垂、手指）取血量較小，但受污染的風(fēng)險(xiǎn)較大。

通常全血和血清是微量元素檢測(cè)的主要對(duì)象，全血中由于血紅蛋白的存在，某些元素（如Fe、Pb、Cd和Tl）在血紅蛋白內(nèi)大量積累，因此，采用全血檢測(cè)這些元素的靈敏度較高。但是由于全血的基質(zhì)復(fù)雜，某些高濃度元素的氧化物、雙原子、氯化物干擾，有可能對(duì)其他低濃度元素的檢測(cè)造成較大影響。一般要求采用消解方式對(duì)全血進(jìn)行前處理，該過(guò)程極大增加了引入微量元素污染的風(fēng)險(xiǎn)，而且，消解儀價(jià)格昂貴，前處理步驟復(fù)雜，操作時(shí)間長(zhǎng)，降低了檢測(cè)速度，試劑消耗大，成本高。

血清檢測(cè)的對(duì)象是溶解在血液中或與血液中流動(dòng)的蛋白相結(jié)合的微量元素，如Al、銻（Sb）、Ba、鈹（Be）、Cu、Mn、Ni、Se、V和Zn更推薦采用血清進(jìn)行檢測(cè)。由于血清中某些元素（如Ca、Cu、Mo、Co等）含量高于血紅蛋白中的含量，而血紅蛋白占全血體積約40%，因此血清中該類(lèi)元素含量比全血中更高［2］。血清基質(zhì)相對(duì)簡(jiǎn)單，可采用稀釋法進(jìn)行檢測(cè)，由于前處理步驟簡(jiǎn)單，較好地避免了微量元素污染的風(fēng)險(xiǎn)。稀釋法前處理的重復(fù)性好，檢測(cè)速度快，成本低。

一般情況下，除不適合采用血清檢測(cè)的元素外，多數(shù)微量元素在全血中和血清中分布的差異并不大。而且，隨著儀器靈敏度的提高，即使在血清中含量較低的元素，現(xiàn)在也能夠被檢測(cè)到。在沒(méi)有溶血等疾病存在的情況下，血清中的微量元素含量能夠反映人體生理狀況。例如，糖尿病患者、健康人全血鐵含量分別為（38.5±2.8）、（31.9±1.4） μg/g［3］，血清鐵含量分別為（250.2±50.4）、（115.2±23.6） μg/g［4］。雖然全血和血清中鐵含量并不相同，但糖尿病患者全血、血清鐵含量均高于健康人，因此，血清中的鐵元素也能夠反映健康人和糖尿病患者的生理狀態(tài)。

1.1.2 尿液 在急性重金屬暴露后，尿液作為某些微量元素的排出途徑，在一天中的含量變化不定，因此采集24 h尿液，測(cè)定一天的微量元素排出總量較有意義。在任何情況下，微量元素的檢測(cè)需要強(qiáng)制檢測(cè)尿液的肌酐濃度和/或尿比重指數(shù)，用于校正尿液微量元素的含量。

1.1.3 頭發(fā) 頭發(fā)通常認(rèn)為是非常適于估計(jì)微量元素?cái)z入量和微量元素暴露的生物樣品。頭發(fā)形成后，會(huì)從身體的內(nèi)部代謝系統(tǒng)中分離出來(lái)，其成分反映了頭發(fā)形成時(shí)血液中的微量元素含量。雖然頭發(fā)用于微量元素測(cè)定具有標(biāo)本收集、輸送方便的優(yōu)點(diǎn)，但是，頭發(fā)是人體末端，代謝活動(dòng)低，只能反映某一時(shí)間段微量元素含量的變化情況，而不能反映近期變化。在頭發(fā)樣品中重要的營(yíng)養(yǎng)或有毒微量元素，如Zn、Cu、Hg和Pb，可以反映人體在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的正常狀態(tài)或暴露情況［5］。

但同時(shí)值得注意的是，頭發(fā)具有易受到來(lái)自外部污染的風(fēng)險(xiǎn)，以及頭發(fā)中多數(shù)微量元素含量與身體微量元素積累并沒(méi)有直接的相關(guān)性限制了其應(yīng)用［6］。頭發(fā)裸露在外，可能受到人體所到過(guò)的各種環(huán)境污染。目前，尚無(wú)任何一種標(biāo)本預(yù)處理方法能區(qū)別頭發(fā)中的微量元素是內(nèi)源性的或外源性的。因此，除少數(shù)幾種元素外，目前不認(rèn)為頭發(fā)中的微量元素對(duì)反映體內(nèi)的微量元素含量有任何實(shí)用價(jià)值。

1.1.4 指甲 在各種生物標(biāo)本中，指甲樣品分析也能夠表征人體內(nèi)的微量元素積累［7］。指甲的特點(diǎn)與頭發(fā)相似，能夠反映許多元素在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的代謝變化。其優(yōu)點(diǎn)在于，指甲內(nèi)微量元素的含量不會(huì)因飲食、空氣和水而迅速變化，因此，適用于檢測(cè)營(yíng)養(yǎng)狀況的長(zhǎng)期穩(wěn)定性［8］，可以提供相對(duì)長(zhǎng)期的微量元素?cái)z取量的量度。同樣與頭發(fā)相似的是，缺乏有效的指甲與體內(nèi)微量元素相關(guān)性的報(bào)道。

總體而言，對(duì)生物樣品的微量元素進(jìn)行分析，要根據(jù)被檢測(cè)元素的種類(lèi)、短期或長(zhǎng)期效應(yīng)、在體內(nèi)的積累情況或排出情況等關(guān)鍵因素選擇生物樣品類(lèi)型，對(duì)樣品的取樣量則應(yīng)與該樣品中元素的含量及最終測(cè)定方法密切相關(guān)。

1.2 臨床樣品的采樣、儲(chǔ)存、前處理 微量元素在臨床應(yīng)用中面臨的巨大問(wèn)題是樣品采集、儲(chǔ)存。除非在采集、儲(chǔ)存和分析過(guò)程中采取特殊的預(yù)防措施，否則非常容易出現(xiàn)極端錯(cuò)誤，尤其是樣品的完整性，很有可能在被分析前就受到來(lái)自樣品收集和樣品處理過(guò)程中所帶來(lái)的污染或受到被分析物含量在儲(chǔ)存期間降低的影響。如果發(fā)生了上述情況，即使所采用的分析方法靈敏度和準(zhǔn)確度非常高，所得到的檢測(cè)結(jié)果對(duì)于臨床要求來(lái)說(shuō)也是無(wú)效的。因此，僅討論檢測(cè)方法的精度不足以滿足臨床檢測(cè)的需求。本文討論有可能阻礙獲得精準(zhǔn)臨床分析數(shù)據(jù)的若干原因，提出對(duì)生物樣品進(jìn)行微量元素檢測(cè)時(shí)所需的注意事項(xiàng)，以及在臨床實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展相關(guān)檢測(cè)的基本要求，從而得出適用于臨床的誤差來(lái)源控制方法。

2 血液微量元素檢測(cè)

2.1 采血管 采血管的管壁材料和管塞材料是影響微量元素檢測(cè)結(jié)果的重要因素。例如，檢測(cè)血清Al時(shí)不應(yīng)用玻璃管，檢測(cè)Cd時(shí)不應(yīng)用含Cd基軟化劑的塑料管，檢測(cè)Zn時(shí)不應(yīng)使用Zn摻雜的管塞。選擇合適的采血管對(duì)微量元素的檢測(cè)尤為重要，從采血管中抽檢（不同批次）其微量元素本底值，用純水浸出液和弱酸浸出液進(jìn)行微量元素檢測(cè)，對(duì)比采血管本底值與待檢測(cè)元素的含量范圍，一般低于待檢測(cè)元素的1/10則認(rèn)為不會(huì)顯著影響微量元素分析結(jié)果。但應(yīng)注意的是，純水和弱酸不能完全模擬血液樣品在采血管中儲(chǔ)存情況，此時(shí)應(yīng)使用具有標(biāo)定值的血液樣品來(lái)測(cè)試采血管的本底值，如果微量元素的檢測(cè)值不高于標(biāo)定值的10%，則認(rèn)為該采血管可以用于該微量元素的檢測(cè)。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)注意的是，由于添加劑的存在，血液中的氨基酸和多肽可能附著于管壁上，此時(shí)微量元素的檢測(cè)值會(huì)低于標(biāo)定值。

市面上常見(jiàn)的普通采血管中Al、V、Zn、Fe等微量元素含量較高，應(yīng)采用微量元素專(zhuān)用試管采血，否則會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論［9］。

2.2 采血針 在微量元素檢測(cè)中使用不銹鋼采血針收集血液通常是不合適的，會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)某些元素（如Cr、Co、Ni、Mn）的檢測(cè)結(jié)果，替代方案可以采用聚丙烯材質(zhì)的靜脈采血針。

2.3 抗凝劑 全血、血漿采血管中添加抗凝劑是微量元素污染的主要來(lái)源。多數(shù)抗凝劑是聚陰離子（如肝素）或金屬螯合劑（如乙二胺四乙酸、枸櫞酸鹽），這些抗凝劑在制備過(guò)程中對(duì)陽(yáng)離子/金屬離子具有較高的親和力，常是微量元素污染的主要來(lái)源。一般情況下，需對(duì)多批次的采血管進(jìn)行抽樣來(lái)評(píng)估其空白中所攜帶的微量元素值。由于抗凝劑的存在，在微量元素檢測(cè)的過(guò)程中血清的檢測(cè)結(jié)果常優(yōu)于血漿或全血。

2.4 分離血清和紅細(xì)胞 凝血和分離程序的標(biāo)準(zhǔn)化，以及盡量避免溶血作用對(duì)微量元素的檢測(cè)非常重要。部分元素（如Pb、Zn）在紅細(xì)胞中的含量高于血清，應(yīng)通過(guò)檢測(cè)血漿或血清樣品中的血紅蛋白來(lái)評(píng)估溶血狀況，否則會(huì)得出不正確的結(jié)果。

2.5 污染控制 在某些情況下，血清微量元素的檢測(cè)會(huì)受到被采血者皮膚或醫(yī)生手中汗液污染的可能，而汗液中Ni含量約為血清的20倍，Cr含量約為血清的10倍［10］。采血時(shí)，應(yīng)充分清潔皮膚，盡可能防止皮膚表面污染和組織液滲入，采血過(guò)程中使用無(wú)粉橡膠手套。

2.6 儲(chǔ)存 樣品應(yīng)儲(chǔ)存在4 ℃（短期，1周）的冰箱中或冷凍至-20 ℃及更低溫度下（長(zhǎng)期，僅限塑料管）［11］。血液樣品也可以采用凍干的方式長(zhǎng)期保存?？傮w而言，微量元素在儲(chǔ)存期間的變化與元素種類(lèi)密切相關(guān)。

3 尿液微量元素檢測(cè)

3.1 采尿杯 一般采用聚乙烯材料作為收集尿液的容器，而且在使用前應(yīng)采用弱酸清洗處理。

3.2 污染控制 尿液應(yīng)直接排入經(jīng)弱酸清洗的聚乙烯容器中，該容器可用密封蓋封存。尿液收集過(guò)程中進(jìn)入容器的粉塵是影響微量元素含量的潛在因素，尤其是對(duì)24 h尿液樣品，多次將容器打開(kāi)接觸空氣的過(guò)程會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響。同時(shí)，也應(yīng)注意分泌物、皮膚、衣物等污染尿液樣品。

3.3 儲(chǔ)存 樣品應(yīng)儲(chǔ)存在4 ℃（短期，1周）的冰箱中或冷凍至-20 ℃及更低溫度下（長(zhǎng)期，僅限塑料管），盡量減少尿液中的添加劑（常用的有稀鹽酸、稀硝酸）的使用。再次進(jìn)行取樣分析前，應(yīng)將樣品恢復(fù)至室溫，混勻后再進(jìn)行檢測(cè)。

BORNHORST等［12］對(duì)儲(chǔ)存了1、2、8、65 d的24 h尿液樣品進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)，期間多數(shù)元素含量變化較小，但值得注意的是，Al含量隨著時(shí)間推移而升高，Hg含量隨著時(shí)間推移而下降。

4 頭發(fā)和指甲微量元素檢測(cè)

臨床也可對(duì)頭發(fā)（一般取距頭皮不超過(guò)2 cm的頭發(fā)樣品）和指甲樣品進(jìn)行采樣，該采樣過(guò)程方便、易操作、易于保存和運(yùn)輸。

在對(duì)樣品進(jìn)行微量元素分析前通常需要對(duì)樣品進(jìn)行前處理，前處理的方法取決于生物樣品的種類(lèi)、樣品的大小、特定微量元素的含量范圍、基質(zhì)干擾以及所采用的分析方法。對(duì)血清、血漿和尿液樣品，一般采用稀釋法降低基質(zhì)干擾。同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的是，在分析超痕量元素時(shí)，考慮到基質(zhì)干擾和靈敏度，常對(duì)稀釋倍數(shù)有所妥協(xié)。對(duì)于全血、頭發(fā)和指甲樣品，一般采用消解的方法，消化的過(guò)程中有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為溶液中更簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)形式［13］。但消解過(guò)程中所使用的溶劑、密封消解罐的本底值、多次轉(zhuǎn)移樣品和溶液等操作步驟均有引入微量元素干擾的風(fēng)險(xiǎn)。

在影響微量元素分析結(jié)果的各種因素中，最重要的兩個(gè)因素是各個(gè)環(huán)節(jié)所引入的污染、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和質(zhì)控品的穩(wěn)定性。任何被分析物的檢測(cè)穩(wěn)定性均受到樣品采集、儲(chǔ)存、前處理和分析過(guò)程中所引入污染的影響。同時(shí)，被分析物的檢測(cè)穩(wěn)定性也受到由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、質(zhì)控品的精度，以及在儲(chǔ)存過(guò)程中穩(wěn)定性因素的影響。

5 檢測(cè)方法的性能比較

本節(jié)考慮最常用的微量元素檢測(cè)方法，并對(duì)各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)加以討論和比較。表1總結(jié)了微量元素常用檢測(cè)方法的一些基本特性。

5.1 溶出伏安法 陽(yáng)極溶出伏安法是將恒電位電解富集與伏安法測(cè)定相結(jié)合的一種電化學(xué)分析方法。該方法能檢測(cè)40多種元素，靈敏度高，可檢測(cè)10-9～10-7mol/L的金屬離子，但檢測(cè)速度較慢，結(jié)果準(zhǔn)確性較低。國(guó)內(nèi)劉保啟等［14］采用微分脈沖陽(yáng)極溶出伏安法檢測(cè)癌癥患者血液中Zn、Cd、Pb和Cu元素含量，為癌癥與血液中微量元素含量的相關(guān)性研究提供了臨床數(shù)據(jù)。

5.2 原子吸收光譜法（AAS） AAS是主要用于檢測(cè)樣品中特定金屬元素含量的分析方法，可用于檢測(cè)溶液中70余種不同金屬的含量。該技術(shù)通常使用火焰原子化器（F-AAS），但也可使用其他原子化器，如石墨爐（GF-AAS）和氫化物發(fā)生（HG-AAS）。

F-AAS僅用于液體樣品的分析，需要相對(duì)較大的樣品量。F-AAS的檢測(cè)速度相對(duì)較慢，最好在單一元素或一些元素被確定時(shí)使用樣品。F-AAS的檢測(cè)限為0.1～100 μg/L，但由于F-AAS的原子化火焰溫度較低，使部分難熔元素不能完全霧化，從而導(dǎo)致靈敏度降低，因此在檢測(cè)痕量水平的B、鎢（W）、鉭（Ta）、鋯（Zr）、As和Sn等元素時(shí)面臨很大挑戰(zhàn)。

GF-AAS通常比F-AAS的靈敏度高、檢測(cè)限低（0.01～10 μg/L）、進(jìn)樣量少，還可直接分析固體樣品。但是GF-AAS產(chǎn)生的總能量較F-AAS小，由被分析物原子的光程長(zhǎng)度不同所引起的基體干擾更嚴(yán)重，檢測(cè)的精密度較F-AAS差，而且相對(duì)F-AAS的檢測(cè)速度更慢。

HG-AAS適用于鍺（Ge）、Sn、Pb、As、Sb、鉍（Bi）、Se和碲（Te）等元素。在一定的酸度下，HG-AAS將被測(cè)元素還原成極易揮發(fā)與分解的氫化物，如AsH3、SnH4、BiH3等，經(jīng)載氣送入石英管后進(jìn)行原子化與測(cè)定。但HG-AAS并不能檢測(cè)所有元素，因此其在多微量元素同時(shí)檢測(cè)上的應(yīng)用受到限制。

鄭舉鵬等［15］采用F-AAS檢測(cè)深圳南山＜3歲兒童血液微量元素Cu、Fe、Zn、Ca、Mg、P含量；李芳等［16］探討采用適宜基體改進(jìn)劑消除GF-AAS測(cè)定血Pb的基體干擾，建立基體改進(jìn)劑測(cè)定血Pb的方法，回收率為92.7%～100.8%，檢測(cè)限為4.2 μg/L；索有瑞［17］研究了HG-AAS用于全血、血清、胎盤(pán)、頭發(fā)、指甲和尿液樣品中As和Se的檢測(cè)方法。

5.3 電感耦合等離子體發(fā)射光譜/質(zhì)譜法 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）的主要優(yōu)點(diǎn)為能同時(shí)檢測(cè)多種元素，其缺點(diǎn)為易受其他元素及背景輻射的影響。ICP-OES的檢測(cè)限與F-AAS接近（0.1～100 μg/L），對(duì)Al、Ba等難溶金屬元素的檢測(cè)靈敏度較高，而且ICP-OES的動(dòng)態(tài)范圍（5～7個(gè)數(shù)量級(jí)）較AAS的動(dòng)態(tài)范圍（2～3個(gè)數(shù)量級(jí)）更大。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）靈敏度（＜0.001～10 μg/L）較ICP-OES高50～100倍以上，而且受基質(zhì)干擾的影響較AAS低。此外，ICP-MS具有多元素檢測(cè)能力和更高的樣品通量，這些特征使其對(duì)臨床應(yīng)用有非常大的吸引力。ICP-MS技術(shù)的另一優(yōu)點(diǎn)是可提供同位素檢測(cè)能力。同位素檢測(cè)能力是許多臨床實(shí)驗(yàn)室所必需，可進(jìn)行同位素示蹤劑、稀釋度和比例的檢測(cè)，超出了該領(lǐng)域其他傳統(tǒng)的AAS技術(shù)。

ICP-OES和ICP-MS的特點(diǎn)可滿足對(duì)樣品中多元素進(jìn)行檢測(cè)的臨床實(shí)驗(yàn)室需求。因而，該技術(shù)已被成功應(yīng)用到與生物學(xué)意義息息相關(guān)的血液、尿液中微量元素的定量分析。PROHASKA等［18］采用ICP-OES對(duì)全血、血漿、紅細(xì)胞、淋巴細(xì)胞中的Ca、Mg、Fe、Cu、Zn等元素進(jìn)行檢測(cè)；HEITLAND等［19］采用ICP-MS對(duì)德國(guó)北部130位志愿者血液中37種微量元素進(jìn)行了檢測(cè)；美國(guó)疾控預(yù)防控制中心推薦的尿液和血液中多種微量元素檢測(cè)方法均為ICP-MS［20-21］；加拿大健康部門(mén)在2007—2011年對(duì)人口微量元素普查所采用的檢測(cè)方法為ICP-MS［22］。由此可見(jiàn)，ICP-MS已成為臨床最為推薦的微量元素檢測(cè)方法。

表1 微量元素常用檢測(cè)方法基本特性Table 1 Basic characteristics of common analytical methods for the determination of trace elements

5.4 X射線熒光法（XRF） XRF可分析范圍包括原子序數(shù)≥4（鈹）的所有元素，常規(guī)分析一般用于原子序數(shù)≥9（氟）的元素。新型儀器的檢測(cè)限一般可達(dá)10-6～10-5g/g（ppm級(jí)）；在比較有利的條件下，對(duì)多種元素也可檢測(cè)到10-9～10-7g/g（ppb級(jí)）。XRF分析具有譜線簡(jiǎn)單、不破壞樣品、基體的吸收和增強(qiáng)效應(yīng)較易克服、操作簡(jiǎn)便、測(cè)定迅速等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于地質(zhì)材料分析，以及鋼、水泥、考古樣品、法醫(yī)樣品和環(huán)境樣品的微量元素分析。

XRF相較于ICP-MS優(yōu)點(diǎn)在于，ICP-MS要求樣品為液態(tài)，樣品前處理復(fù)雜，需由專(zhuān)業(yè)人士操作；XRF要求樣品為固態(tài)、液態(tài)或粉末皆可，對(duì)頭發(fā)、指甲等固體生物樣品的檢測(cè)較為合適。但相對(duì)于ICP-MS，XRF靈敏度低，檢測(cè)限高，對(duì)超痕量元素的檢測(cè)應(yīng)用受到了限制。國(guó)外KHUDER等［23］采用XRF和全反射XRF（T-XRF）檢測(cè)全血、頭發(fā)樣品中的多種微量元素，以確定非暴露人群的參考范圍。KWIATEK等［24］探討了不同類(lèi)型的前處理方式以適用于T-XRF和XRF技術(shù)檢測(cè)魚(yú)、肉和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中K、Ca、Fe、Ni、Cu、Zn的含量。ZHANG等［25］為研究甲狀腺激素對(duì)微量元素平衡的影響，檢測(cè)了甲狀腺功能亢進(jìn)癥患者在131I治療前后紅細(xì)胞和血清中Fe、Cu、Zn含量的變化。

5.5 中子活化分析法（NAA） NAA是一種絕對(duì)分析方法，已廣泛用于基礎(chǔ)地質(zhì)研究，能夠在不破壞樣品的情況下測(cè)定巖樣中50多種不同元素，并可多元素同時(shí)測(cè)定及測(cè)定同位素組成。對(duì)部分元素，NAA是最靈敏的分析方法之一，靈敏度可達(dá)10-13～10-6g/g，甚至可分析小型稀有樣品，例如月球樣品或分離后的礦物。NAA的不足之處是所需設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴，分析周期較長(zhǎng)，不能檢測(cè)元素的化學(xué)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)。NAA可用于分析人體毛發(fā)、器官、癌組織、神經(jīng)系統(tǒng)中的微量元素分布［26-28］。

6 微量元素檢測(cè)臨床應(yīng)用

6.1 人體微量元素檢測(cè)現(xiàn)狀 近幾十年來(lái)，由于人類(lèi)活動(dòng)增加了大氣層中微量元素的含量，關(guān)于微量元素的研究也逐年增加。此外，酸沉淀促進(jìn)了許多微量元素的溶解，增強(qiáng)了其生物利用度。因此，一些有害元素，如Pb、Cd和Hg積聚在生物圈中，對(duì)生命系統(tǒng)造成不利影響。

由于工業(yè)化發(fā)展程度較高，人體微量元素檢測(cè)在北美、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家臨床應(yīng)用較早，并在有害元素污染監(jiān)控、必需微量元素日常攝入等方面的研究取得了較高水平。美國(guó)疾病預(yù)防控制中心推薦帶動(dòng)力學(xué)反應(yīng)池的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀檢測(cè)尿液和血液中的多種微量元素［20-21］；美國(guó)環(huán)境與健康實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了超過(guò)30年的生物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，持續(xù)關(guān)注微量元素在人體血液、尿液或其他生物樣品中的分布［29-33］；加拿大衛(wèi)生部門(mén)（Health Canada）開(kāi)展的健康調(diào)查中關(guān)注了多達(dá)13種微量元素在血液和尿液樣品中的分布［22］；WHO歐洲分部開(kāi)展了對(duì)歐洲各國(guó)的生物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，比較各國(guó)人群血液和尿液Pb、Hg、Cd和As元素的分布［34］。

除各國(guó)健康項(xiàng)目逐漸開(kāi)展對(duì)微量元素的監(jiān)測(cè)外，各國(guó)科研人員也開(kāi)展了多項(xiàng)與微量元素相關(guān)的研究，重點(diǎn)關(guān)注于建立健康人群微量元素的參考范圍［35-37］，探索疾病與微量元素異常之間的關(guān)系［38-40］，監(jiān)測(cè)環(huán)境中有害元素污染對(duì)人體造成的危害等［41-43］。法國(guó)勒阿弗爾醫(yī)院藥動(dòng)學(xué)和臨床毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)室GOULLéJ等［35］通過(guò)對(duì)100名志愿者全血、血漿和尿液，以及45名志愿者頭發(fā)樣品中微量元素含量的檢測(cè)，建議的參考范圍見(jiàn)表2。

隨著研究手段的進(jìn)步，更多微量元素的生物學(xué)意義已為人們所知，但是，如何闡述其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的潛在重要意義，以及如何通過(guò)技術(shù)發(fā)展使臨床方便可行地獲得可靠的數(shù)據(jù)，仍是當(dāng)前面臨的兩個(gè)重要問(wèn)題。

目前，我國(guó)人體微量元素的檢測(cè)已逐漸被廣大醫(yī)療機(jī)構(gòu)接受，尤其得到營(yíng)養(yǎng)學(xué)家及兒科專(zhuān)家的廣泛認(rèn)可，多數(shù)婦幼保健醫(yī)院、兒童醫(yī)院以及部分綜合醫(yī)院兒科已將Pb、Zn、Cu、Ca、Mg、Fe等作為常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目，為健康體檢、疾病篩查、人口出生缺陷的控制及疾病診療提供臨床輔助依據(jù)等。

6.2 常見(jiàn)的人體微量元素檢測(cè)儀器

6.2.1 電化學(xué)分析儀 該儀器價(jià)格適中，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，符合醫(yī)院要求，有明確的國(guó)家檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)院一次性投入不高，運(yùn)營(yíng)成本低。但該儀器固體電極不能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定使用，分析速度較慢，抗干擾能力較差，同時(shí)，使用時(shí)用到Hg，對(duì)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)人員的污染較重。由于其價(jià)格較低，目前多用于縣級(jí)以下地區(qū)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)。

6.2.2 原子吸收光譜儀 該儀器檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，一次性投入大，運(yùn)營(yíng)成本高，多用于三級(jí)甲等醫(yī)院。目前國(guó)內(nèi)常用的原子吸收光譜儀按照技術(shù)發(fā)展水平大致可分為3代，即單火焰原子吸收光譜儀、火焰原子吸收光譜儀加外置石墨爐、一體化火焰加內(nèi)置石墨爐原子吸收光譜儀（此為當(dāng)前主流產(chǎn)品，如日立公司Z5000、島津公司AA6800、PE公司的AA800、北京東西分析儀器有限公司AA7000系列等）。

6.2.3 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 該儀器現(xiàn)階段基本由國(guó)外儀器公司壟斷，價(jià)格高昂，一般由獨(dú)立的第三方醫(yī)學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室提供微量元素的檢測(cè)服務(wù)。第三方醫(yī)學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室所采用的儀器主要為安捷倫（7500、7700）、熱電（iCAP Q系列）和鉑金埃爾默（NexION系列）品牌下產(chǎn)品。經(jīng)中國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局認(rèn)證可應(yīng)用于臨床的國(guó)產(chǎn)電感耦合等離子體質(zhì)譜儀僅有毅新博創(chuàng)（北京）生物科技有限公司Clin-ICP-QMS-I人體微量元素分析儀。與國(guó)產(chǎn)AA-7030A型醫(yī)用原子吸收分光光度計(jì)、BH7100S型原子吸收光譜儀比較，Clin-ICP-QMS-I人體微量元素分析儀可分析元素種類(lèi)、檢測(cè)靈敏度、檢測(cè)限、同位素分析能力、線性范圍、多元素分析能力有極大提高，樣品干擾程度極小，是臨床微量元素檢測(cè)的發(fā)展方向（見(jiàn)表3）。

7 總結(jié)

當(dāng)前，微量元素與人體健康、重金屬污染防治等問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注。研究人員一直致力于開(kāi)發(fā)更精確、更靈敏、更穩(wěn)定、更便捷的微量元素檢測(cè)手段，臨床工作人員更致力于研究健康人群微量元素參考范圍、微量元素與疾病的關(guān)系，以及重金屬暴露人群的健康狀況。微量元素的檢測(cè)和分析受到多種因素的制約，從生物樣品的采集、儲(chǔ)存和處理，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的選擇，分析技術(shù)的選擇，微量元素?cái)?shù)據(jù)的分析，均在一定程度上影響了微量元素在人體內(nèi)的分布與作用的了解程度?，F(xiàn)階段來(lái)看，ICP-MS將逐步取代AAS成為微量元素檢測(cè)的主要手段。隨著更大范圍的微量元素調(diào)查和研究，臨床將獲得大量的微量元素?cái)?shù)據(jù)，對(duì)了解和掌握微量元素在人體內(nèi)的作用方式及關(guān)鍵意義有重大幫助。

本文文獻(xiàn)檢索策略：

于PubMed、Web of Science、中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方數(shù)據(jù)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)等中英文數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索微量元素的檢測(cè)方法及應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)，以微量元素及其檢測(cè)方法為中英文檢索詞，發(fā)表時(shí)間不限。

作者貢獻(xiàn)：熊嬋進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)、可行性分析，撰寫(xiě)論文；黎慶進(jìn)行文獻(xiàn)/資料收集、整理及論文的修訂；馬慶偉負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，對(duì)文章整體負(fù)責(zé)，監(jiān)督管理。

本文無(wú)利益沖突。

表2 健康志愿者全血、血漿、尿液和頭發(fā)樣品中微量元素的建議參考范圍〔μg/L，M（P5，P95）〕［35］Table 2 Reference range of trace elements in human whole blood，plasma，urine and hair of healthy volunteers

表3 3種國(guó)產(chǎn)微量元素分析儀的性能比較Table 3 Comparison of the performance among three domestic trace element analyzers

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