Analysis of Inorganic Elements in Urine Using EDXRF

Význam tématu

Rychlé a spolehlivé stanovení anorganických prvků v biologických tekutinách je v forenzní praxi i klinickém výzkumu klíčové pro včasné odhalení intoxikací a pro screening podezření na expozici těžkým kovům. Metoda EDXRF nabízí neničivou analýzu bez složité chemické přípravy, s citlivostí v řádu ppm (µg/mL) a krátkým časem analýzy, což ji činí vhodnou pro rychlé předběžné vyšetření vzorků.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem prezentovaného aplikačního článku od výrobce bylo ověřit schopnost spektrometru EDX-7200 kvantifikovat 15 vybraných anorganických prvků v moči a porovnat dvě přístupy: klasickou kalibrační křivku a kvali-kvantitativní Fundamental Parameter (FP) metodu bez použití externích standardů. Důraz byl kladen na rychlost, jednoduchost přípravy vzorků a dosaženou přesnost v koncentracích relevantních pro otravy.

Použitá instrumentace

• Přístroj: Shimadzu EDX-7200 (Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer)
• Detektor: SDD (Silicon Drift Detector)
• X-ray anodový materiál: Rhodium (Rh) target
• Atmosféra měření: vzduch
• Filtrace, kolimace a volby napětí: konfigurace se lišila podle prvku (viz anal. podmínky): typicky 30 kV pro lehčí přechodné kovy a 50 kV pro těžší prvky; kolimátor 10 mm φ; primární filtry voleny dle skupin prvků

Použitá metodika

Popis vzorkování a přípravy:

Ultrapure standardní roztoky ICP (1000 µg/mL) byly naředěny na standardy 0, 1, 5, 10, 25 a 50 µg/mL. Do vzorkové komůrky s dnem z 5 µm polypropylenu bylo nalito 2,5 mL roztoku. Pro ověření kvantitativní přesnosti byla komerčně dostupná lidská moč doplněna tak, aby finální koncentrace jednotlivých přidaných prvků činila 10 µg/mL (0,25 mL 100 µg/mL do 2,25 mL moči). Před měřením nebylo nutné odstraňovat bílkoviny ani provádět jiné chemické kroky.

Analytické postupy:

Kalibrační metoda: interní standardizace využívající rozptýlené (scattered) rentgenové záření pro korekci matrice; integrace signálu typicky 60 s × 4 kanály (120 s × 4 u kalibračních standardů), dead time max. 30 %; u vybraných prvků byla použita korekce překryvů (overlap correction).

FP (Fundamental Parameter) metoda: tenkovrstvá varianta FP přizpůsobená pro lehkomatrixovou moč s nastavením tloušťky vzorku; integrace 60 s × 5 kanálů; ve výpočtu FP byly předpokládány jako neřízené složky vlhkost a organika převedeny na H2O balance (tj. zbytek matrice). FP umožňuje kvali‑kvantitativní stanovení bez externích standardů.

Detekční linie: většina kovů stanovena na Kα (popř. Kβ) linii; těžší prvky jako Hg, Tl, Pb využity na L-linkách podle optimální citlivosti.

Hlavní výsledky a diskuse

Bylo stanoveno 15 prvků relevantních pro otravy (např. V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Mo, Cd, Sn, Hg, Tl, Pb). Klíčová zjištění:

• Lineární kalibrační křivky: velmi vysoká linearita pro většinu prvků (koeficienty korelace R ≈ 0,999 pro většinu případů), s malými standardními odchylkami u kalibračních bodů.
• Přesnost kalibrační metody: naměřené hodnoty pro kontrolní vzorky (10 µg/mL) vykázaly přesnost v rozmezí přibližně 90–111 %.
• Přesnost FP metody: výsledky FP byly s přesností přibližně 86–124 %; průměrná odchylka byla okolo ±20 %, což autoři hodnotí jako dostačující pro screeningové účely bez použití standardů.
• Detekční rozsah a vzorkování: metoda umožňuje kvantifikaci v řádu µg/mL (ppm), což odpovídá hladinám relevantním pro forenzní případové scénáře.
• Spektrální pozadí a matrice: ve vzorcích moči byly detekovány i přítomné makroprvky a stopové komponenty (P, S, Cl, K, Ca, Br, Rb), což bylo patrné z překryvů spekter. U vybraných párů prvků byla aplikována korekce překryvů (overlap correction) pro zlepšení kvantifikace.
• Rychlost: tříbení a měření vzorku lze provést zhruba do 10 minut na vzorek včetně potřebných snímání, což podporuje použití pro rychlý screening.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlost a jednoduchost: minimální předúprava (žádná deproteinace), přímé měření tekuté moči ve vzorkové buňce; čas na vzorek ~10 minut.
• Neničivost: vzorek zůstává zachován pro případná následná konfirmatorní měření (např. ICP-MS).
• Flexibilita: FP metoda umožňuje orientační kvantifikaci bez kalibračních standardů, vhodné pro situace s omezenou dostupností standardních materiálů.
• Uplatnění ve forenzice a klinickém výzkumu: rychlý screening expozice těžkým kovům, selekce vzorků pro detailní potvrzení jinými technikami.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vylepšení softwarových FP modelů a databází může dále zlepšit přesnost bez nutnosti kalibrace, zvláště pro komplexní biologické matice.
• Integrace automatizovaných vzorkovacích systémů urychlí throughput a sníží variabilitu při rutinním screeningu.
• Pokles detekčních limitů u EDXRF díky lepším detektorům a optimalizované geometrii by rozšířil použitelnost i pro nižší koncentrace relevantní pro chronickou expozici.
• Kombinace EDXRF jako rychlého screeningového nástroje s následnou selektivní confirmací (ICP-MS nebo AAS) jako standardním postupem by vytvořila efektivní workflow v laboratořích forenzní toxikologie a veřejného zdraví.

Závěr

EDX-7200 prokázal schopnost rychlého, neničivého screeningu 15 anorganických prvků v moči s dostatečnou přesností pro forenzní screening. Kalibrační metoda poskytla vysokou přesnost (obvykle 90–111 %), zatímco FP metoda umožnila přijatelné orientační kvantifikace bez standardů (přibližně 86–124 %). Díky minimální předúpravě a krátkému času analýzy je metoda dobře použitelná pro rychlé rozřazení vzorků a následné potvrzení jinými analytickými technikami.

Reference

1. Shimadzu Corporation. Analysis of Inorganic Elements in Urine Using EDXRF. Application News, EDX-7200, First Edition May 2026.
2. BioIVT. Source of human urine used for method evaluation.