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Trace chemistry of toxic metals in biomatrices

II. Voltammetric determination of the trace content of cadmium and other toxic metals in human whole blood

Spurenchemie toxischer Metalle in biologischen Matrices

II. Voltammetrische Bestimmung von Spurengehalten an Cadmium und anderen toxischen Metallen in menschlichem Blut

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Fresenius' Zeitschrift für analytische Chemie Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Eine neue zuverlässige voltammetrische Methode zur Simultanbestimmung des Spurengehaltes der toxischen Metalle Cd, Pb und Cu im Blut wurde ausgearbeitet. Nach niedertemperaturiger Veraschung der Biomatrix im Sauerstoffplasma erfolgt die Bestimmung mit Hilfe der differentiellen pulspolarographischen Version der inversen Voltammetrie am hängenden Quecksilbertropfen. Die so erreichbare große Empfindlichkeit, hohe Genauigkeit und gesicherte Richtigkeit wird durch eine größere Anzahl von Daten aus unseren ausgedehnten Untersuchungen von menschlichem Vollblut belegt. Die ausgezeichnete Zuverlässigkeit der Resultate basiert auf der quantitativen Aufdeckung und anschließenden weitgehenden Unterdrückung verschiedener Kontaminationsquellen, die vorwiegend beim Veraschungsschritt auftreten. Die noch verbleibende Kontaminationsschwelle legt gegenwärtig die Bestimmungsgrenzen auf 4 ppb für Pb und 0,1 ppb für Cd im Blut fest bei einer relativen Standardabweichung von 20–30%. Vergleichsmessungen mit der flammenlosen Atomabsorption bestätigten die Richtigkeit. Neue und sichere Werte für den Normalgehalt der untersuchten toxischen Metalle im Blut nichtexponierter Personenkreise, insbesonders bezüglich des sehr niedrigen Cd-Pegels, wurden ermittelt. Die Anwendungsmöglichkeiten dieser voltammetrischen Methodik in der Umweltforschung sind hinsichtlich toxischer Spurenmetalle, die zur Amalgambildung fähig sind, wesentlich weitergehender. Während Biomatrices, wie Körperflüssigkeiten, Organe, Organismen, Pflanzenmaterial und Nahrungsmittel, vorherige Veraschung erfordern, ist eine direkte Bestimmung und Speciescharakterisierung auf voltammetrischem Wege bis in den Ultraspurenbereich bei Proben aus Binnengewässern und in Meerwasser möglich.

Summary

Based on differential pulse anodic stripping voltammetry (DPASV) at the HMDE after low temperature ashing of the biomatrix in an oxygen plasma a versatile and reliable method for the simultaneous determination of the toxic trace metals Cd, Pb and Cu in blood has been developed. The high sensitivity combined with high precision and established accuracy is demonstrated by a number of data from extended studies with human whole blood. The pronounced reliability has been secured by the quantitative elucidation and the subsequent rather efficient suppression of the contamination sources largely concentrated in the prior digestion stage. The still remaining contamination interference sets the present determination limits in whole blood to 4 ppb for Pb and 0.1 ppb for Cd with R.S.D. of 20–30%. Accuracy was further confirmed by comparing measurements with flameless atomic absorption. Improved values for the normal levels of the treated toxic metals in the blood of non-exposed persons have been obtained particularly for the rather low content of Cd. The application potentialities of this voltammetric approach in environmental studies of toxic trace metals able to form an amalgam are much more extended. While biomatrices as body fluids, organs, organisms, plant material and food require prior low temperature ashing direct voltammetric determination and even speciation can be performed down to the ultra trace level in samples from inland waters and the sea.

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Authors and Affiliations

  1. Institute of Chemistry, Institute 4, Applied Physical Chemistry, Nuclear Research Centre (KFA), P.O. Box 1913, D-5170, Jülich, Federal Republic of Germany

    P. Valenta, H. Rützel, H. W. Nürnberg & M. Stoeppler

Authors
  1. P. Valenta
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  2. H. Rützel
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  3. H. W. Nürnberg
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  4. M. Stoeppler
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Valenta, P., Rützel, H., Nürnberg, H.W. et al. Trace chemistry of toxic metals in biomatrices. Z. Anal. Chem. 285, 25–34 (1977). https://doi.org/10.1007/BF00446013

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