Fresenius' Zeitschrift für analytische Chemie

, Volume 300, Issue 3, pp 189–196 | Cite as

Analysis of trace elements distributed in blood

Determination of beryllium concentrations >- 0.01 ng/g in human and animal blood components by preparative electrophoresis and flameless atomic absorption spectrometry
  • Th. Stiefel
  • K. Schulze
  • G. Tölg
  • H. Zorn
Original Papers

Summary

For the analysis of trace elements distributed in blood, a combination of centrifugation, ultrafiltration and electrophoresis is proposed. A preparative (<- 200 mg protein) isotachophoretic system with an improved elution technique, working under physiological pH-conditions, was developed to localize the trace elements in definite protein fractions.

The method was examined for beryllium, a toxic trace element with unknown physiological behaviour, in human and guinea pig blood in normal concentrations (about 1 ng/g), and after adding beryllium in vitro in the concentration range 10–100 ng/g, and in guinea pig blood with increased concentrations by inhalation. The corpuscular part of all samples contained 17–33% of the total Be, the low molecular serum fraction (MW <10000) showed 2–10% Be. 60–73% was found in serum proteins, localized at two immunologically identified fractions: the prealbumins and the γ-globulins. The Be distribution between the two protein regions depends on the absolute Be concentration in blood. The distribution was identical for in vivo- and in vitro-samples.

All Be analyses were carried out by an optimized electrothermal AAS method with a detection limit of 0.01 ng/g and a standard deviation of sr=±4% (10 ng/g, n=10) after isolating the Be from the matrix and sr=±7% (10 ng/g, n=10) for direct aliquot injection of isotachophoretic fractions into the graphite furnace for AAS-determination.

Key words

Best, von Beryllium in Blut Elektrophorese/Spektrometrie, Atomabsorption, flammenlos 

Analyse der Verteilung von Spurenelementen in Blut

Bestimmung von Berylliumkonzentrationen >- 0,01 ng/g in menschlichen und tierischen Blutkomponenten durch präparative Elektrophorese und flammenlose Atomabsorptions-Spektrometrie

Zusammenfassung

Ein analytischer Verfahrensverbund aus Zentrifugation, Ultrafiltration und Elektrophorese ermöglicht die differenzierte Aufklärung der Verteilung von Spurenelementen in Blut. Die Zuordnung der Elementspuren zu definierten Serumfraktionen wurde nach Entwicklung eines präparativen (>-200 mg Protein) Isotachophoresesystems mit physiologischem Trenn-pH und einer speziellen Elutionseinrichtung zugänglich, wobei die native Konformation der Proteine in den getrennten Fraktionen erhalten bleibt.

Die Methode wurde für Beryllium ausgearbeitet, dessen physiologisches Verhalten weitgehend unbekannt ist. Untersucht wurden Human- und Meerschweinchenblut mit Berylliumspuren in der Allgegenwartskonzentration (ca. 1 ng/g), Human- und Meerschweinchenblut mit in vitro-Berylliumzugaben (10–100 ng/g) und Meerschweinchenblut, dessen Be-Gehalt durch Inhalation von Be-Aerosol im Bereich 10–100 ng/g erhöht war. 17–33% des Gesamtberylliums wurden übereinstimmend bei allen Proben im Korpuskulärteil lokalisiert, 2–10% in den niedermolekularen (MG <10000) Serumfraktionen und 60–73% in den Serumproteinen. Zwei Proteinbereiche dienen als Trägersubstanzen von Beryllium: die Präalbumine und die γ-Globuline. Das allgegenwärtige Beryllium (<- 1 ng/g) befindet sich zu 8% im Präalbumin und zu 60% im γ-Globulin. Bei erhöhten Be-Gehalten (10–100 ng/g) kehrt sich der Verteilungsgrad um. Die Be-Verteilung war bei den in vivo- und in vitro-Proben identisch.

Die Bestimmung des Berylliums in den Proteinfraktionen erfolgte sehr nachweisstark (>- 0,01 ng/g) durch FAAS mit einer relativen Standardabweichung von sr=±4% (10 ng/g, n=10) nach Abtrennung des Berylliums von der Matrix und sr=±7% (10 ng/g, n=10) bei direkter Vorgabe von 10 μl-Aliquots der isotachophoretischen Fraktionen in das Graphitrohr.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. 1.
    Axelsen, N. H., Krøll, J., Weeke, B.: A manual of qualitative immunoelectrophoresis. Oslo: Universitätsforlaget 1976Google Scholar
  2. 2.
    Betke, K., Bindlingmaier, F.: Spurenelemente in der Entwicklung von Mensch und Tier. München, Berlin, Wien: Urban & Schwarzenberg 1975Google Scholar
  3. 3.
    Blaich, R.: Analytische Elektrophoreseverfahren. Stuttgart: Thieme 1978Google Scholar
  4. 4.
    Engelhardt, A., Lommel, H.: Serumproteine, methodische Fortschritte im medizinischen Laboratorium, Bd. 1. Weinheim: Verlag Chemie 1974Google Scholar
  5. 5.
    Felgenhauer, K.: Clin. Chim. Acta 27, 305 (1970)Google Scholar
  6. 6.
    Kaboth, W., Begemann, H.: Blut, Physiologie des Menschen, Bd. 5. München, Wien, Baltimore: Urban & Schwarzenberg 1977Google Scholar
  7. 7.
    Kohn, J.; in Peters, H.: Protides of the biol. fluids. Oxford, New York, Toronto, Sydney, Paris, Frankfurt: Pergamon Press 1976Google Scholar
  8. 8.
    Kotz, L., Kaiser, G., Tschöpel, P., Tölg, G.: Fresenius Z. Anal. Chem. 260, 207 (1972)Google Scholar
  9. 9.
    Maurer, H. R.: Disc electrophoresis and related techniques of polyacrylamide gel electrophoresis. Berlin, New York: W. de Gruyter 1971Google Scholar
  10. 10.
    Putnam, F. W.: The plasma proteins, Vol. I, 2nd Edit. New York, San Francisco, London: Acad. Press 1975Google Scholar
  11. 11.
    Stiefel, Th., Gielen, W., Schulze. K.: Anal. Biochem. (im Druck 1980)Google Scholar
  12. 12.
    Stiefel, Th., Schulze, K., Zorn, H., Tölg, G.: Anal. Chim. Acta 87, 67 (1976)Google Scholar
  13. 13.
    Stiefel, Th., Schulze, K., Zorn, H., Tölg, G.: Arch. Toxicol. (im Druck 1980)Google Scholar
  14. 14.
    Williams, G. L., Wilson, K.: Praktische Biochemic. Grundlagen und Techniken. Stuttgart: Thieme 1978Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1980

Authors and Affiliations

  • Th. Stiefel
    • 1
  • K. Schulze
    • 1
  • G. Tölg
    • 1
  • H. Zorn
    • 2
  1. 1.Max-Planck-Institut für MetallforschungStuttgart 1
  2. 2.Institut für Organische Chemie, Biochemie und Isotopenforschung der Universität StuttgartStuttgart 80

Personalised recommendations