基于ICP-MS高通量检测尿液中46种元素的创新方法及其在汽车制造业职业暴露评估中的应用

本研究针对职业环境中多金属暴露监测的技术瓶颈，开发了基于ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）的高通量检测方法，通过优化2% HNO3和1.5%乙醇的稀释体系，实现了尿液中46种元素的同步精准检测（R2≥0.9985，RSD<8%）。应用于268名汽车制造工人样本分析，首次揭示了该群体镍(Ni)、钨(W)等元素的特异性暴露谱，为职业健康风险评估提供了创新技术支撑。

　　

在现代化工业生产中，金属元素的职业暴露已成为全球公共卫生领域的重要议题。汽车制造业作为典型的高风险行业，其焊接、喷涂等工序涉及镍(Ni)、镉(Cd)等多种金属的复合暴露。然而，传统单元素检测方法效率低下，难以满足大规模生物监测需求，而现有ICP-MS技术又面临尿液基质干扰严重、碳基干扰难以消除等技术瓶颈。更关键的是，对于钨(W)、钼(Mo)等新兴工业金属的暴露评估缺乏系统数据，导致职业健康风险管理存在盲区。

为突破这些限制，Ruirui Dai团队在《Talanta Open》发表的研究中，创新性地开发了基于ICP-MS的高通量检测方案。研究人员采用直接稀释法结合1.5%乙醇优化，配合Kinetic Energy Discrimination（KED）模式，成功建立了20分钟内完成46种元素同步分析的高效流程。研究对象来自重庆某汽车制造企业的268名工人（男性240人，女性28人），涵盖冲压、焊接、喷涂等关键工种。

关键技术方法

研究采用Agilent 7700 ICP-MS系统，通过优化氦气碰撞流(4.80 L/min)和RF功率(1550 W)等参数降低多原子干扰。样本预处理采用2% HNO₃/1.5%乙醇混合稀释剂，以¹¹⁵In和¹²⁸Te作为双内标校正体系。方法验证严格遵循国际指南，包括线性度(R2≥0.9985)、精密度(RSD<8%)和准确度(回收率80-120%)等指标。

3.1 干扰管理与仪器参数优化

通过KED模式将CeO⁺/Ce⁺控制在≤1.5%，显著降低了ArCl⁺等多原子干扰。针对砷(As)的碳增强效应，1.5%乙醇使信号稳定性提升3倍，解决了长期困扰尿砷检测的基质效应问题。

3.2 乙醇浓度优化

系统测试显示，1.5%乙醇浓度使As信号变异系数从12.3%降至3.8%，同时保证轻元素(Li, Be)的回收率维持在92-107%之间，实现了碳基干扰与检测灵敏度的最佳平衡。

3.3 方法学验证

创新设计的双内标体系使质量范围7-238 amu内的元素均呈现优异线性。其中稀土元素检测限达0.0001-0.001 μg/L，远超常规方法。汞(Hg)等挥发性元素通过优化蠕动泵程序(0.10 rps)，使批间精密度控制在7.89%以内。

3.4 职业暴露特征解析

数据显示汽车工人尿镍中位数(2.68 μg/L)超过生物参考值(BAR)，钨暴露呈现双峰分布（最高达363.38 μg/L），较普通人群升高60倍。相关性分析发现Ti-Cd(r=0.72)、Zn-Sr(r=0.68)等特征组合，提示特定工序的协同暴露风险。

3.5 基准值比较

尽管镉(1.42 μg/L)超过BAR但低于生物耐受值(BAT)，而铂(Pt)的检出率仅11.9%反映其暴露范围有限。与铸造业数据对比，本研究发现的铜(Cu)暴露水平(21.0 μg/L)更具工种特异性。

这项研究通过方法学创新解决了多元素同步检测的技术难题，首次系统描绘了汽车制造业金属暴露图谱。特别值得注意的是，钨(W)的异常高暴露提示需要关注硬质合金工具使用带来的新型职业风险。建立的检测体系可实现单日200份样本的高通量分析，为制定《职业性金属暴露限值》提供了关键技术支撑。未来研究可进一步结合空气采样数据，深入解析尿金属浓度与工作场所暴露的剂量-效应关系。