Валидация методики измерения массовых концентраций химических элементов в крови методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой

Введение. Усовершенствование методики определения количественного содержания потенциально опасных элементов в биосредах человека является актуальной прикладной задачей биомониторинга.

Цель. Валидация авторской методики МУК 4.1.3230‒14 («Методика измерений массовых концентраций химических элементов в биосредах методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой») с расширением области применения и диапазона концентраций для определения в крови бериллия, кобальта, мышьяка, молибдена, кадмия, олова, сурьмы, свинца, не входящих в аттестованную область применения.

Материалы и методы. Измерения проводили с использованием масс-спектрометра Agilent 7900 с октопольной реакционно-столкновительной ячейкой (ORS). Подготовку проб крови осуществляли методом кислотного разложения при температуре плюс 90 °С в течение 80 мин до гомогенизации.

Результаты. Экспериментальным путём продемонстрирована линейность градуировочной зависимости, проведён расчёт лабораторных показателей правильности, точности, прецизионности. Установлены пределы обнаружения (LOD) для бериллия (0,0019 мкг/л), кобальта (0,00015 мкг/л), мышьяка (0,0003 мкг/л), молибдена (0,0006 мкг/л), кадмия (0,00015 мкг/л), олова (0,0006 мкг/л), сурьмы (0,00009 мкг/л), свинца (0,0003 мкг/л). Диапазон определения в крови составляет для бериллия 0,7‒100 мкг/л, для кобальта 0,05‒100 мкг/л, для мышьяка 0,1‒1000 мкг/л, для молибдена 0,2‒500 мкг/л, для кадмия 0,02‒100 мкг/л, для олова 0,2‒500 мкг/л, для сурьмы 0,03‒100 мкг/л, для свинца 0,1‒1500 мкг/л с погрешностью от 9 до 16%.

Ограничения исследования. Методика МУК 4.1.3230‒14 ограничена определением в крови девяти элементов: ванадия, хрома, марганца, никеля, меди, цинка, селена, стронция, таллия. Требовалось доказать приемлемость методики для определения в крови бериллия, кобальта, мышьяка, молибдена, кадмия, олова, сурьмы и свинца.

Заключение. Подтверждена пригодность валидируемой методики для селективного измерения массовых концентраций бериллия, кобальта, молибдена, олова, сурьмы, кадмия, свинца, мышьяка в крови с приемлемыми аналитическими показателями одновременно с химическими элементами (ванадий, хром, марганец, никель, медь, цинк, селен, стронций, таллий), указанными в области применения методики МУК 4.1.3230–14.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике.

Участие авторов:
Нурисламова Т.В. – концепция и дизайн исследования;
Стенно Е.В. – написание текста, редактирование;
Недошитова А.В. – спектральный анализ проб;
Вейхман Г.А. – статистическая обработка результатов, написание текста;
Гилева К.О., Сухих Е.А., Николаева А.Е. – пробоподготовка, обработка результатов.
Все соавторы ‒ утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех её частей.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 21.04.2025 / Поступила после доработки: 11.06.2025 / Принята к печати: 26.06.2025 / Опубликована: 20.08.2025

1. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. М.: Оникс; 2004. https://elibrary.ru/wqrzft

2. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека. М.: Медицина; 1991.

3. Элленхорн М.Дж. Медицинская токсикология: диагностика и лечение отравлений у человека. М.: Медицина; 2003.

4. Hays S.M., Macey K., Poddalgoda D., Lu M., Nong A., Aylward L.L. Biomonitoring Equivalents for molybdenum. Regul. Toxicol. Pharmacol. 2016; 77: 223–9. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2016.03.004

5. Землянова М.А., Зайцева Н.В., Степанков М.С., Игнатова А.М. Оценка потенциальной опасности наночастиц оксида молибдена (VI) для здоровья человека. Экология человека. 2022; 29(8): 563–75. https://doi.org/10.17816/humeco108248 https://elibrary.ru/kpztld

6. Sundar S., Chakravarty J. Antimony toxicity. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2010; 7(12): 4267–77. https://doi.org/10.3390/ijerph7124267

7. Gerhardsson L., Brune D., Nordberg G.F., Wester P.O. Antimony in lung, liver and kidney tissue from deceased smelter workers. Scand. J. Work Environ. Health. 1982; 8(3): 201–8. https://doi.org/10.5271/sjweh.2475

8. Wu C.C., Chen Y.C. Assessment of industrial antimony exposure and immunologic function for workers in Taiwan. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2017; 14(7): 689. https://doi.org/10.3390/ijerph14070689

9. Iavicoli I., Caroli S., Alimonti A., Petrucci F., Carelli G. Biomonitoring of a worker population exposed to low antimony trioxide levels. J. Trace Elem. Med. Biol. 2002; 16(1): 33–9. https://doi.org/10.1016/S0946-672X(02)80006-2

10. Liao Y.H., Yu H.S., Ho C.K., Wu M.T., Yang C.Y., Chen J.R., et al. Biological monitoring of exposures to aluminium, gallium, indium, arsenic, and antimony in optoelectronic industry workers. J. Occup. Environ. Med. 2004; 46(9): 931–6. https://doi.org/10.1097/01.jom.0000137718.93558.b8

11. Зайцева Н.В., Шур П.З., Кирьянов Д.А., Камалтдинов М.Р., Цинкер М.Ю. Методические подходы к оценке популяционного риска здоровью на основе эволюционных моделей. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2013; (1): 4–6. https://elibrary.ru/pxltgf

12. Иваненко Н.Б., Ганеев А.А., Соловьев Н.Д., Москвин Л.Н. Определение микроэлементов в биологических жидкостях. Журнал аналитической химии. 2011; 66(9): 900–15. https://elibrary.ru/ocxgxv

13. Маркова О.Л., Шилов В.В., Кузнецов А.В., Метелица Н.Д. Сравнительная оценка подходов к проблеме биомониторинга здоровья человека отечественных и зарубежных исследователей (обзор литературы). Гигиена и санитария. 2020; 99(6): 545–50. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-6-545-550 https://elibrary.ru/qsgxrd

14. odushkin I., Ödman F., Olofsson R., Axelsson M.D. Determination of 60 elements in whole blood by sector field inductively coupled plasma mass spectrometry. J. Anal. At. Spectrom. 2000; 15(8): 937–44. https://doi.org/10.1039/b003561k

15. Иваненко Н.Б., Иваненко А.А., Соловьев Н.Д., Наволоцкий Д.В., Павлова О.В., Ганеев А.А. Определение Al, Be, Cd, Co, Cr, Mn, Ni, Pb, Se и Tl в цельной крови без предварительного разложения методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Биомедицинская химия. 2014; 60(3): 378–88. https://doi.org/10.18097/pbmc20146003378 https://elibrary.ru/slbpvx

16. Серегина И.Ф., Ланская С.Ю., Окина О.И., Большов М.А., Ляпунов С.М., Чугунова О.Л. и др. Определение химических элементов в биологических жидкостях и диагностических субстратах детей методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Журнал аналитической химии. 2010; 65(9): 986–94. https://doi.org/10.1134/S1061934810090133 https://elibrary.ru/muyyyf

17. Heitland P., Köster H.D. Biomonitoring of 37 trace elements in blood samples from inhabitants of northern Germany by ICP-MS. J. Trace Elem. Med. Biol. 2006; 20(4): 253–62. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2006.08.001

18. Pino A., Amato A., Alimonti A., Mattei D., Bocca B. Human biomonitoring for metals in Italian urban adolescents: data from Latium Region. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2012; 215(2): 185–90. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2011.07.015

19. Bocca B., Forte G., Petrucci F., Senofonte O., Violante N., Alimonti A. Development of methods for the quantification of essential and toxic elements in human biomonitoring. Ann. Ist. Super Sanita. 2005; 41(2): 165–70.

20. Goullé J.P., Mahieu L., Castermant J., Neveu N., Bonneau L., Lainé G., et al. Metal and metalloid multi-elementary ICP-MS validation in whole blood, plasma, urine and hair. Reference values. Forensic Sci. Int. 2005; 153(1): 39–44. https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2005.04.020

21. D’Ilio S., Violante N., Di Gregorio M., Senofonte O., Petrucci F. Simultaneous quantification of 17 trace elements in blood by dynamic reaction cell inductively coupled plasma mass spectrometry (DRC-ICP-MS) equipped with a high-efficiency sample introduction system. Anal. Chim. Acta. 2006; 579(2): 202–8. https://doi.org/10.1016/j.aca.2006.07.027

22. Голубкова Е.В., Комина И.Г., Чиканцева Е.И. Валидация и верификация методик измерений: мнения и взгляды. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023; 89(2–2): 77–80. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-2-II-77-80 https://elibrary.ru/jniqeq

23. Нежиховский Г.Р., Кадис Р.Л., ред. Валидация аналитических методик. Количественное описание неопределённости в аналитических измерениях. Руководства для лабораторий. СПб.: Профессия; 2016.

24. Медведевских М.Ю., Крашенинина М.П., Сергеева А.С., Барановская В.Б. Валидация методик химического анализа: практический пример. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020; 86(8): 72–9. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-8-72-79 https://elibrary.ru/jtaxgv

25. Тиц Н.У. Клиническое руководство по лабораторным тестам. Пер. с англ. М.: ЮНИМЕД-пресс; 2003.

26. Burtis C.A., Ashwood E.R., Bruns D.E., Tietz N.W. Tietz Textbook of Clinical Chemestry and Molecular Diagnostics. 4th ed. St. Louis, MO: Elsevier Saunders; 2006.

27. Societa’Italiana Valori di Riferimento-Quarta lista dei Valori di Riferimento per elementi, Composti Organici e Loro Metaboliti-Edizione; 2011. Available at: https://sivr.it/documenti/sivr2011.pdf

28. Reference data. Trace Elements in human biological material; 2014. Available at: https://alsglobal.se/media-se/pdf/information/reference_data_biomonitoring.pdf

29. Боев В.М., Зеленина Л.В., Кудусова Л.Х., Кряжева Е.А., Зеленин Д.О. Гигиеническая оценка канцерогенного риска здоровью населения, ассоциированного с загрязнением депонирующих сред тяжелыми металлами. Анализ риска здоровью. 2022; (1): 17–26. https://doi.org/10.21668/health.risk/2022.1.02 https://elibrary.ru/pssyqm

30. Cai L.M., Xu Z.C., Qi J.Y., Feng Z.Z., Xiang T.S. Assessment of exposure to heavy metals and health risks among residents near Tonglushan mine in Hubei, China. Chemosphere. 2015; 127: 127–35. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.01.027

31. Бахтерева Е.В., Лейдерман Е.Л., Плотко Э.Г., Рябкова Т.А. Оценка нейрофизиологических параметров состояния нервной системы у работающих в производстве цветных металлов. Анализ риска здоровью. 2023; (3): 156–62. https://doi.org/10.21668/health.risk/2023.3.15 https://elibrary.ru/fwbxzr