Analysis of Inorganic Elements in Blood Using EDXRF

Význam tématu

Analýza anorganických prvků v krvi je klíčová pro klinickou diagnostiku, toxikologii a forenzní vyšetření. Rychlá identifikace a kvantifikace jak esenciálních (K, Ca, Fe) tak toxických kovů (např. Pb, Hg, As) zkracuje dobu rozhodování při otravách a umožňuje efektivní screening. Metody jako ICP-AES/MS poskytují vysokou citlivost, avšak vyžadují časově náročné chemické předúpravy. Energy dispersive X‑ray fluorescence (EDXRF) představuje alternativu umožňující neinvazivní, rychlou a málo náročnou analýzu v µg/mL oblasti, což je vhodné pro screening a průběžné monitorování.

Cíle a přehled studie / článku

Studie popisuje výkon EDX-7200 (Shimadzu) při kvantifikaci 15 anorganických prvků v lidské krvi. Cílem bylo ukázat: jednoduchou přípravu vzorku bez deproteinace, možnost jak kalibrační analýzy, tak kvali‑kvantitativního stanovení pomocí FP (Fundamental Parameter) metody bez externích standardů, dosaženou přesnost a čas potřebný na analýzu (≈10 minut na vzorek).

Použitá metodika

Postup vzorkování a kalibrace:

• Připraveno 15 analyzovaných prvků (V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Mo, Cd, Sn, Hg, Tl, Pb).
• Kalibrační standardy připraveny z ICP standardních roztoků (1000 µg/mL) ředěním v ultrapure vodě na koncentrace 0, 1, 5, 10, 25 a 50 µg/mL.
• Vzorky i standardy: 2,5 mL roztoku vloženo do buněk s 5 µm polypropylenovou fólií na dně (tenkovrstvé měření).
• Pro hodnocení přesnosti byla do komerční plné krve přidána část standardu tak, aby výsledná koncentrace prvků činila 10 µg/mL (0,25 mL 100 µg/mL do 2,25 mL krve).
• U kalibrační metody byla u některých prvků aplikována korekce překryvu spekter (overlap correction).
• FP metoda: qual‑kvantitativní analýza bez externích kalibrací; organická složka a vlhkost ošetřeny jako CH2O zbytek.

Použitá instrumentace

Souhrnné parametry přístroje a provozní podmínky:

• Spektrometr: Shimadzu EDX-7200 (Energy Dispersive XRF).
• Detektor: SDD (Silicon Drift Detector).
• Rentgenka: Rhodium (Rh) target.
• Napětí trubice: proměnné podle skupin prvků — typicky 30 kV pro lehčí přechodné kovy (V–Ni), 50 kV pro těžší prvky (Cu–Pb); u kalibrace se používalo i 15 kV pro velmi lehké prvky (Na–S apod.).
• Průchodová clona: 10 mm průměr.
• Primární filtry: více pozic (#1–#5) volených podle měřeného prvku (např. #5 pro V, #4 pro Cu–Pb).
• Atmosféra: měření probíhalo na vzduchu.
• Integrace: typicky 60 s × n kanálů (např. 60 s × 4 kanály; kalibrace vzorků 120 s × 4 kanály).
• Dead time: max. 30 %.

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrace a linearita:

• Kalibrační křivky pro jednotlivé prvky prokázaly vysokou linearitu s koeficienty R ≈ 0,9997–0,99999 pro většinu prvků.
• Pro Ni a Sn nebyly použity 1 µg/mL body, protože při zvoleném integračním čase nebyla dosažena dostatečná citlivost.

Kvantitativní přesnost:

• Metoda kalibrační křivky: přesnost v rozmezí 84–118 % při testovací koncentraci 10 µg/mL (některé odchylky vysvětluje přítomnost pozadí a inherentní obsah v blanku).
• FP metoda (bez standardů): přesnost 84–103 % pro sledované prvky, což indikuje vhodnost FP pro rychlé kvantifikace bez kalibrace.

Spektrální pozadí a identifikované prvky:

• Ve vzorku blank (plná krev) byly kvalitativně detekovány P, S, Cl, K, Ca, Fe, Cu, Zn, Br a Rb.
• Přídavkem standardů na 10 µg/mL byly patrné změny intenzit u sledovaných elementů, což bylo zobrazeno ve srovnávacích spektrech.

Čas analýzy a jednoduchost přípravy:

• Celkový čas analýzy na vzorek byl ~10 minut bez potřeby deproteinace nebo jiného chemického zpracování.
• Neinvazivní a nedestruktivní příprava zkracuje čas a riziko chyby oproti metodám založeným na mokrém chemickém zpracování.

Přínosy a praktické využití metody

Výhody EDXRF (EDX-7200) v tomto kontextu:

• Rychlost: výsledek do přibližně 10 minut na vzorek, vhodné pro urgentní screening v klinické toxikologii a forenzní praxi.
• Minimální příprava: přímé měření krve bez deproteinace či extrakce.
• Bezpečnost vzorku: nedestruktivní analýza zachovává vzorek pro další testy.
• FP metoda umožňuje kvantifikaci bez externích standardů, což zjednodušuje provoz v terénu nebo v laboratořích s omezenými zdroji.
• Citlivost na úrovni µg/mL je dostatečná pro screening a detekci mnoha klinicky relevantních koncentrací.

Omezení a poznámky:

• Ni a Sn mohou vyžadovat delší integrační časy pro spolehlivé stanovení v nízkých µg/mL hladinách.
• Pro nejlepší kvantitativní přesnost je ideální kalibrační matice shodná s matricí vzorku (tj. krev), studie však použila vodné standardy pro jednoduchost.
• Spektrální překryvy vyžadují korekce; u složitých matric může dojít k interferencím.

Budoucí trendy a možnosti využití

Možné směry dalšího vývoje a aplikace:

• Optimalizace integračních časů a filtrace pro zlepšení detekčních limitů u slabších prvků (Ni, Sn).
• Vývoj matricově specifických standardů a referenčních materiálů pro krev ke zvýšení přesnosti kalibračních metod.
• Integrace EDXRF do rychlých toxikologických workflow v pohotovostech a forenzním kontextu pro předběžné rozhodování.
• Automatizace přípravy buněk a robotizovaná manipulace pro vysokoprůchodové laboratoře.
• Kombinace s jinými technikami (ICP-MS pro potvrzení stopových koncentrací) v režimu screening → potvrdicí analýza.

Závěr

Studie ukazuje, že EDX-7200 poskytuje rychlou, málo náročnou a dostatečně přesnou metodu pro kvantifikaci vybraných anorganických prvků v krvi na úrovni µg/mL. FP metoda nabízí praktickou cestu ke kvantifikaci bez externích standardů s přesností 84–103 %. Metoda je vhodná především pro screening, urgentní analýzy a situace, kde je čas a jednoduchost přípravy rozhodující. Pro aplikace vyžadující stopovou citlivost zůstávají preferovanými metodami ICP‑MS/ICP‑AES, neboť EDXRF má omezení v oblasti detekčních limitů u některých prvků.

Reference

• Shimadzu Corporation. Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer EDX-7200. Application News (First Edition: Aug. 2026).