《Radiation Physics and Chemistry》：Lead analysis in DBS filters by secondary target EDXRF
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摘要干血斑技术是用于检测微量元素的一种日益重要的工具；然而，由于基质效应、表面不规则性以及血液量的变化，通过X射线荧光法进行定量分析面临诸多挑战。本文提出了一种利用二次靶能量色散X射线荧光光谱法对干血斑样本中的铅元素进行定量分析的新方法。为了弥补血细胞比容的变化，研究以钾作为内标
摘要
干血斑技术是用于检测微量元素的一种日益重要的工具；然而，由于基质效应、表面不规则性以及血液量的变化，通过X射线荧光法进行定量分析面临诸多挑战。本文提出了一种利用二次靶能量色散X射线荧光光谱法对干血斑样本中的铅元素进行定量分析的新方法。为了弥补血细胞比容的变化，研究以钾作为内标物质。研究中使用了装有可更换二次靶的钼制X射线管：钒靶用于激发钾元素，而氯化锶则用于优化铅的Lα线的激发效果。通过采用标准化策略来降低样本量变化和表面粗糙度带来的影响——钾元素的强度以大气中的氩Kα线为基准进行标准化，而铅元素的强度则以非相干散射峰为基准进行标准化。这些标准化处理显著提升了分析性能，使得校准曲线的决定系数分别达到钾元素的0.996和铅元素的0.999。在15分钟的采集时间内，该方法能够检测出血液中浓度为0.04 ppm（质量/质量）的铅元素，这一检测限与最先进的商用EDXRF系统的水平相当。作为初步评估，该技术被应用于从健康志愿者身上采集的静脉血制成的干血斑样本中。正如预期，样本中未检测到铅元素，而钾元素则被成功测出，其含量处于生理范围内。此外，该方法还能准确测定人工添加铅元素的血液样本中的铅含量，从而证明了其在定量分析方面的应用潜力。所开发的ST-EDXRF方法能有效弥补基底不规则性、样本量变化以及血细胞比容变化带来的影响，是一种成本低、灵敏度高的分析方法，非常适合用于对可能接触铅元素的人群进行现场监测。
引言
在过去20年里，将生物样本干燥在表面后再进行分析的技术——即干血斑技术，已被广泛应用于生物分析和疾病诊断领域（Li等人，2014；Samsonova等人，2022）。该技术的优势在于操作微创、所需样本量少，且便于采样、运输和储存，同时还能保持分析物的稳定性。
随着时间的推移，干血斑技术的应用范围不断拓展，如今可用于分析的化合物种类也越来越多，其中就包括用于检测微量元素的方法。虽然传统上干血斑分析多用于低分子量物质的检测或基因研究，但通过该技术对金属元素进行定量分析也被证明是一种非常有价值的手段，尤其是在公共卫生、生物学以及兽医诊断领域（Samsonova等人，2022；Jacobson等人，2023）。对于干血斑样本中的金属元素定量分析，人们通常会使用原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法这类高灵敏度的仪器分析技术（Jacobson等人，2023；Parsons等人，2020）。在这种背景下，EDXRF技术作为一种可直接分析干血斑中金属元素的替代方法逐渐受到关注（Margui等人，2018；Specht等人，2021）。不过，用XRF技术对金属元素进行定量分析时，会面临基质效应、基底表面不规则性、沉积的血液量差异以及血细胞比容变化等诸多限制（Velghe等人，2019）。由于金属元素主要存在于细胞成分中，因此直接评估污染程度时，更准确的方式是检测血细胞比容中的金属浓度。为了避免直接测量血细胞比容，人们可以选用钾作为替代生物标志物（Capiau等人，2013）。
在重金属中，铅因其广泛的工业用途以及对人体健康的明显危害而备受关注。导致铅污染的主要环境因素之一，就是人们在休闲狩猎时使用含铅弹药，这种行为会对生态系统和公众健康造成严重危害（世界卫生组织，2021）。在湿地环境中，废弃的含铅弹丸大量积累，会对野生动物尤其是水禽造成严重影响，全球范围内普遍存在的铅中毒现象便是明证（世界卫生组织，2021）。人类也可能因为食用用含铅弹药猎杀的动物而接触到铅元素，因为这些动物的可食用组织中可能会残留微小的铅碎片（世界卫生组织，2021）。在阿根廷，先前的研究已经发现，从休闲狩猎区域捕获的野鸭体内存在不同程度的铅暴露现象（Ferreyra等人，2009）。尽管有这些研究结果，这一问题仍然没有得到足够重视。因此，像本文提出的EDXRF这类快速筛查方法，能够有效识别那些面临较高铅暴露风险的地区和人群，为后续的实验室确认分析以及更深入的流行病学研究提供依据。
在这种情况下，血铅浓度是最常被用作评估铅暴露程度的生物标志物。虽然骨铅更能反映人体内铅的累积总量，但血铅也被证明是估算铅累积暴露程度的有效替代指标，因此被广泛用于生物监测研究和临床实践之中（Roels等人，1995）。所以，开发出可靠、简单且微创的血铅检测方法，依然是分析领域的一项重要课题。
本文提出了一种基于二次靶能量色散X射线荧光光谱法对干血斑滤膜中的铅元素进行定量分析的概念验证方法。研究表明，通过合理的标准化策略，可以有效解决XRF技术在这类样本分析中遇到的难题。尤其是，通过同时测定钾元素含量，可以将铅元素浓度与血液中的血细胞比容水平联系起来，这样不仅能够避免因血细胞比容变化带来的影响，还能方便地对比不同样本的分析结果。
内容节选
仪器设备
对于干血斑滤膜的多元素定量XRF分析，所使用的X射线源为飞利浦PW2275/20型号的钼制X射线衍射管，其焦点尺寸为0.4毫米×12毫米（长细焦点），对称轴为垂直方向。所选的出射光闸为点聚焦型，其有效发射面积为0.4毫米×1.26毫米，相对于水平面向下倾斜6°。所有测量过程中，该X射线管的工作电压为40千伏，电流为20毫安。
结果与讨论
图2展示了针对钾元素和铅元素分别得到的实验校准曲线。为了展示标准化方法的效果，文中还给出了未经过标准化的强度值所对应的校准曲线。
标准化处理显著改善了数据点的散布情况。这一点可以从相关系数中看出来：对于钾元素的校准，相关系数从0.981上升到了0.996；而对于铅元素的校准，相关系数则从0.930上升到了0.999。与之相关的不确定度也
结论
在本研究中，我们成功开发出一种基于二次靶EDXRF光谱法的概念验证方法，可用于对干血斑滤膜中的铅元素进行定量分析。该方法有效解决了其他学者所指出的滤膜表面不规则性问题，这些不规则性是由基底粗糙度、色谱效应导致的分布不均以及沉积的血液量变化所引起的。
该方法适用于依次检测钾元素以及
CRediT作者贡献说明
H.J. Sánchez：监督工作、项目管理、实验研究、资金筹措、概念构思。M. Brué：软件开发、方法设计、实验研究、正式数据分析、数据整理。J.J. Leani：文章撰写与修改、监督工作、项目管理、资金筹措。Roberto Daniel Perez：文章撰写与修改、初稿撰写、方法验证、监督工作、软件开发、项目管理、方法设计、实验研究、资金筹措、正式数据分析、数据整理，
未引用参考文献
Li和Lee，2014；Stosnach和Mages，2009。
利益冲突声明
? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本研究部分资金由SECyT-UNC机构提供（资助编号为33620230100133CB）。作者们还要感谢临床实验室及组织病理学技术员Fernando Luis Arriba在干血斑滤膜制备工作中给予的协助。
M. Brué|J.J. Leani|H.J. Sánchez|R.D. Perez
阿根廷科尔多瓦国立大学，数学、天文学、物理学与计算机科学学院。科尔多瓦，阿根廷
