Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Elementspeziesanalytik

Warum Speziesanalytik?

Zur Beurteilung der biologischen, chemischen und toxikologischen Einflüsse von Elementen in der Natur ist es unbedingt erforderlich, neben dem Gesamtgehalt der Elemente auch die Gehalte der Verbindungen (Spezies), in denen die Elemente vorliegen, zu kennen. Da diese Elementspezies ganz unterschiedliche Eigenschaften haben, ist eine Beurteilung der Relevanz eines gewissen Elementanteils an einer Probe nur in Verbindung mit einer speziesanalytischen Charakterisierung zuverlässig möglich.

Verschiedene Verbindungen eines Metalls können

• Unterschiedliche Mobilität: z. B. As₂S₃ 0,0005 g/L versus Na₂HAsO₄ 610 g/L
• Unterschiedliche Toxizität: z B. Hg₂Cl₂ LD₅₀ 210 mg/kg, MeHgCl LD₅₀ 29,9 mg/kg
• Unterschiedliche Bioverfügbarkeit

aufweisen.

Bild 1: Bioverfügbarkeit von Selen; Einbau in wichtige Selenoproteine zum Schutz vor oxidativem Stress und somit zur Krebsvorbeugung.

Bestimmung der einzelnen Spezies

Obwohl viele dieser wichtigen Proteine zu den prioritären Analyten der Richtline der Bundesärztekammer zählen, existieren gegenwärtig keine primären Messverfahren. Damit ist keine Rückführung von Messergebnissen auf Standards höherer Ordnung möglich, wie es in der EU-Richtlinie „IVD“ (98/79/EC) gefordert wird. Stattdessen werden immunometrische Verfahren verwendet, die den Anforderungen metrologischer Primäranalytik nicht genügen.

Möglich Ansätze zur Entwicklung von primären Messverfahren sind:

• Spezies-spezifische Isotopenverdünnungsanalyse unter Verwendung des isotopenmarkierten Analyten als Spike (häufig für Metalloproteine jedoch nicht verfügbar)
• Post column Isotopenverdünnungsanalyse: Hier wird das isotopenangereicherte Metall nach der Trennung als Spike zugegeben

Bild 2: Verschiedene Methoden der Isotopenverdünnung zur quantitativen Bestimmung von Metalloproteinen

Projekte

• iMERA plus Projekt „T2.J10“ (2008-2011): Entwicklung eines Verfahren, bei dem die selenhaltigen Proteine in Humanserumproben durch enzymatischen Proteinabbau in Selenomethionin umgewandelt werden und dieses mit Hilfe speziesspezifischer Isotopenverdünnungs-Massenspektrometrie (SS-IDMS) bestimmt wird
• EMRP Projekt „ENV08“ (2011-2014): Entwicklung primärer Messverfahren für prioritäre Substanzen, z.B. polybromierte Diphenylether (Flammschutzmittel) zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie
• EMRP Projekt „HLT05“ (2012-2015): Entwicklung von Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Metalloproteinen mit spezies-spezifischer Isotopenverdünnungsanalyse 

Veröffentlichungen

[1] Swart, C.; Rienitz, O.; Schiel, D.: Alternative approach to post column online isotope dilution ICP-MS, Talanta,  2011,
     83, 1544-1551

[2] Swart, C.; Rienitz, O.; Schiel, D.: Impact of pump flow fluctuations on post column online ID-ICP-MS. Analytical and
     Bioanalytical Chemistry, 2011, 401, 2025-2031

Kontakt

Ansprechpartner		Dr. Detlef Schiel Tel.: 0531-592-3110 E-Mail: Detlef Schiel
		Dr. Claudia Swart Tel.: 0531-592-3319 E-Mail: Claudia Swart