Determination of More Than 25 Nutritional, Essential and Toxic Elements in Whole Blood by ICP-MS Using Alkaline Dilution

Význam tématu

Analýza stopových a živinových prvků v celém krevním vzorku poskytuje komplexní obraz o nutričním stavu a expozici toxickým kovům. Metoda ICP-MS je pro tento účel ideální díky velmi nízkým detekčním limitům, rychlé víceprvkové kapacitě a schopnosti řešit složité biologické matice. Použití alkalické diluce namísto běžného kyselého rozpuštění zlepšuje stabilitu prvků, snižuje riziko ucpávání a výrazně zlepšuje washout rtuti, což zvyšuje robustnost a průchodnost analýz v laboratorních bězích s vysokou propustností.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem popsané studie je demonstrovat postup měření více než 25 nutričních, esenciálních a toxických prvků v celém krevním vzorku pomocí přístroje Shimadzu ICPMS-2050 LF při jednoduché 20násobné alkalické diluci. Studie se zaměřuje na: validaci stability metody v průběhu dlouhého běhu (až 100 vzorků), ověření citlivosti vůči běžným referenčním koncentracím, eliminaci polyatomových interferencí a praktické aspekty zrychlení pracovního cyklu laboratorních sérií.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda: jednoduché 20×ředění celkové krve alkalickým ředidlem, obsahujícím amoniak pro dosažení zásaditého pH, neionogenní detergent (Tergitol) pro homogenizaci a lyzi erytrocytů, EDTA (bez sodíku) pro stabilizaci iontů a isopropanol pro kompenzaci efektu uhlíku. Kalibrace byla prováděna maticově se standardy Whole Blood Calibrator (Recipe ClinCal) v řadě koncentrací a kvalita sledována pomocí kontrol ClinCheck (LI–LIII).

Instrumentace (konfigurace ICPMS-2050 LF):

• Autosampler AS-20 (s krytem, dual-rinse, nízkým mrtvým objemem)
• Volitelný filtr ENC-280, inertní Inert Guardian vzorkovací sonda s inline filtrem
• Cyclonic Twister spray chamber pro snížení carry-over
• Coaxial DC nebulizér (~0.4 mL/min), Shimadzu Minitorch (nízká spotřeba Ar)
• Ni sampling cone, Minitorch torch, vzorkovací hloubka ~9.0 mm
• Peristaltické čerpadlo 4 kanály, laboratorní chlazení komory na 5 °C
• Gazy: Ar (plazma, pomocné, nosný), He v kolizní režimu (~6 mL/min), H2 v reakčním režimu (~7 mL/min)
• RF výkon ~1.20 kW, energy filter a nastavení celkového napětí dle metody
• Softwarová platforma LabSolutions ICPMS pro řízení měření, QC a automatickou kontrolu interních standardů

Analytické přístupy k interferencím: kombinace He-kolizního režimu, H2-reakčního režimu a vysokého rozlišení; pro vybrané izotopy (např. 55Mn) bylo použito měření ve vysokém rozlišení a aplikována Inter Element Correction (IEC) pro korekci vlivu převládajících matricových prvků (např. železa).

Hlavní výsledky a diskuse

Stabilita: metoda vykázala stabilní interní standardy během běhu 100 vzorků a kontrolní vzorky ClinCheck byly zpracovány opakovaně v rámci očekávaných hodnot, což potvrzuje reprodukovatelnost postupu bez potřeby složitého trávicího kroku.

Citlivost a kvantifikační limity: experimentálně stanovené LOD/LOQ pro více než 25 prvků byly na úrovni vhodné pro běžné referenční rozmezí v krvi (u většiny prvků LOQ odpovídá nebo je lepší než běžné klinické/biochemické rozsahy). U některých prvků (Mo, Pd, Sn) se doporučuje prodloužit integrační časy pro zvýšení přesnosti v dolním rozsahu.

Řešení interferencí: H2-reakční režim účinně odstraňuje interference 156Gd na 78Se a He-kolizní režim s vysokým rozlišením/IEC potlačuje vliv 56Fe na 55Mn, což umožnilo spolehlivé stanovení manganu i při velmi vysokých koncentracích železa (testy při až 500 ppm Fe nevedly k falešně pozitivním Mn výsledkům).

Přenos vzorku a washout: alkalické ředidlo zlepšilo washout rtuti a snížilo carry-over; návrh vzorkovacího okruhu (cyclonic chamber, kryt autosampleru, ProActive/Extended rinsing) minimalizuje mezi-vzorkové přenosy a zkracuje cykly měření.

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní výhody přístupu:

• Jednoduchá a rychlá příprava vzorku bez kyselého trávení (20× ředění), vhodná pro vysokou propustnost laboratoří výzkumu a biomonitoringu
• Matice-matche kalibrace a interní standardy zajišťují věrohodnost výsledků
• Efektivní odstraňování interferencí (He, H2, vysoké rozlišení, IEC) zvyšuje přesnost pro problematické izotopy
• Nízká spotřeba argonu díky Minitorch a optimalizovanému provozu snižuje provozní náklady

Praktické aplikace: populační biomonitoring, nutriční hodnocení, toxikologie, preklinický výzkum, studie expozice kovům a suplementační studie. Metoda je určena primárně pro výzkumné a referenční laboratoře; použití v diagnostice vyžaduje dodatečnou validaci a akreditaci.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje a implementace:

• Další automatizace a integrace předanalytických kontrol (např. kontrola odpipetovaných objemů, automatická detekce kontaminací)
• Optimalizace buněčných lyzačních protokolů a ředidel pro rozšíření panelu analyzovatelných biomarkerů
• Pokročilejší softwarové nástroje pro dynamickou korekci interferencí a automatické sledování kvality v reálném čase
• Snížení provozních nákladů díky dalším úsporám plynu a energeticky úsporným zdrojům plazmy
• Rozšíření metody na širší sady stopových prvků a kombinace s izotopovými přístupy pro forenzní či toxikokinetické studie

Závěr

Alkalická diluce v kombinaci s konfigurací Shimadzu ICPMS-2050 LF poskytuje robustní, citlivou a efektivní strategii pro kvantifikaci více než 25 prvků v celém krevním vzorku bez nutnosti acidního trávení. Metoda nabízí vhodnou citlivost pro běžné referenční rozsahy, efektivní potlačení interferencí a dobré provozní vlastnosti pro vysokopropustné laboratorní běhy. Pro aplikace v klinické diagnostice je nutné dodatečné ověření a akreditace, avšak pro výzkum a biomonitoring jde o perspektivní a nákladově efektivní řešení.

Reference

1. Blood collection device components: issues, innovations, and recommendations for clinical laboratories and manufacturers – a narrative review. Journal of Laboratory and Precision Medicine, Vol. 10, 2025.
2. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry: Introduction to Analytical Aspects. Clinical Biochemistry Reviews, 40(3), 2019, s. 126.
3. Medical Laboratory Bremen. Seznam analytických metod a popis postupů. Přístupné online, dostupné k 24.04.2026.
4. Determination of 23 Nutritional, Essential and Toxic Elements in Urine by ICP-MS Using Alkaline Dilution. Shimadzu Application News, 05-SCA-116-013-EN.
5. Determination of 20 Nutritional, Essential and Toxic Elements in Blood Serum by ICP-MS using Alkaline Dilution. Shimadzu Application News, 05-SCA-116-010-EN.
6. ICP-MS Analysis of 25 Essential, Trace and Nutritional Elements in Blood Serum Using Recipe ClinMass Complete Kit. Shimadzu Application News, 05-SCA-116-012-EN.