1. UVOD

Kadmijum je element koji je u životnoj sredini prisutan u veoma malim količinama. Krajem devetnaestog i početkom dvadesetog veka počela je da raste njegova industrijska primena, a uporedo s tim i toksikološki značaj, pre svega sa aspekta profesionalne i ekotoksikologije. Zajedno sa metalima poput žive i olova nalazi se na listi zagađivača životne sredine. Kao zagađivač nalazi se u vazduhu, vodi, hrani, duvanu, a to su i najznačajniji izvori kadmijuma za opštu populaciju.

Iako mehanizmi njegovog toksičnog delovanja nisu do kraja razjašnjeni, posledice su sasvim jasne i poznate. Kontinuirana izloženost ovom metalu sa izraženim kumulativnim delovanjem izaziva štetne efekte posebno na nivou bubrega, pluća i skeletnog sistema.

Cilj ovog rada je da prikaže analitičke metode za odredjivanje kadmijuma u realnim uzorcima koje se najviše koriste u savremenoj analitičkoj praksi i da kratak osvrt na toksikološki značaj kadmijuma.

1

2. ISTORIJAT

Kadmijum (cadmium) je kao element otkriven 1817.godine, ali je njegova primena bila zanemarljiva sve do polovine prošlog veka. Otkrio ga je nemački hemičar Friedrich Strohmeyer u uzorcima cink-karbonata (ZnCO3) koji su kao nečistoću sadržavali jedinjenja kadmijuma. On je primetio da ovi uzorci menjaju boju pri zagrevanju, za razliku od čistog cink-karbonata.

Zato ime kadmijuma potiče od latinske reči cadmia što znači kalamin (ZnCO3) i od grčke reči kadmeia istog značenja.

Sredinom devetnaestog veka kadmijum i njegova jedinjenja su korišćena za izradu pigmenata. Žuta boja na bazi kadmijum-sulfida može se videti na slikama koje datiraju iz tog perioda.

U farmakopejama s početka prošlog veka kadmijum se mogao naći među antisepticima, antihelminticima, akaricidima i nematocidima. BPC (British Pharmaceutical Codex) iz 1907. godine navodi da je CdI2 primenjivan kao lek za frikciju oteklina, uvećanih žlezda na vratu i promrzlina.

Brzo se došlo do zaključka da kadmijum ima više štetnih efekata nego lekovitih, zapravo da lekovita svojstva i ne poseduje, tako da je njegov dalji razvoj usmeravan ka industrijskoj primeni. Prvu Ni-Cd bateriju napravili su Thomas A. Edison u Americi i Waldemar Junger u Švedskoj početkom dvadesetog veka. Šezdesetih godina prošlog veka zabeležen je najveći porast nivoa kadmijuma u životnoj sredini, a od tada je prisutna tendencija opadanja što se duguje poboljšanoj tehnologiji proizvodnje, kontroli upotrebe i distribucije kadmijuma i njegovih jedinjenja.

Danas je u nekim zemljama Evropske Unije zabranjena upotreba kadmijuma i njegovih jedinjenja kao stabilizatora plastičnih masa, zatim za bojenje plastike i izradu slikarskih boja; takođe je ograničena upotreba za prevlačenje metala sklonih korodiranju, kao i upotreba u kozmetici. Umesto Cd/Au legura za lemljenje metalnih površina preporučuju se legure Sn/Au, a nakit se može izrađivati i od čistog srebra. Baterije i akumulatori koji sadrže više od 0,025% kadmijuma moraju biti pravilno obeleženi sa mogućnošću recikliranja ili posebnog odlaganja. Kadmijum nije dozvoljen u pesticidima i veštačkim đubrivima.

2

3. OSOBINE KADMIJUMA

3.1. Opšte osobine

Kadmijum je element sa rednim brojem 48 , atomske mase 112,41, nalazi se u b podgrupi druge grupe periodnog sistema elemenata zajedno sa cinkom (Zn) i živom (Hg). Elektronska struktura ovih elemenata za razliku od zemnoalkalnih metala, sadrži pored ns2 elektrona u poslednjem kvantnom stanju i d10 elektrone u pretposlednjem kvantnom sloju, odnosno popunjavaju ovo kvantno stanje sa 18 elektrona, što je karakteristika prelaznih metala. Elektronska konfiguracija kadmijuma prikazana je na Slici 1.

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10

4p6 5s2 4d10

Slika 1. Elektronska konfiguracija kadmijumaKadmijum se, kao i cink, u svojim jedinjenjima nalazi samo u oksidacionom

stanju +2 (za razliku od žive koja se nalazi i u oksidacionom stanju +1). Karakteristična osobina ovih elemenata je njihova sklonost da grade kompleksna jedinjenja.

3.1.1. Fizičke osobine

Kadmijum je beo, sjajan metal, na vlažnom vazduhu se postepeno prevlači oksidom i gubi sjaj. Mekan je i može se seći nožem. Dostupan je u mnogim formama uključujući granule, pelete, listiće, šipke, štapiće, žice, prah (Slika 2.).

3

Slika 2. Različiti oblici u kojima se nalazi elementarni kadmijum

Temperatura topljenja: 594,22 K (321,07oC)

Temperatura ključanja: 1040 K (767oC)

Energija jonizacije: I 867,8 KJ/mol II 1631,4 KJ/mol

Gustina: 8,65 g/cm3

Elektronegativnost: 1,69

Specificna toplota: 233 J/kgK

Toplota isparavanja: 100 KJ/mol

Standardni redoks potencijal: Cd2+/Cd Eo= -0,402

Kristalna struktura: heksagonalna

(a) (b)

Slika 3. Kristalna struktura aktivnog (a) i neaktivnog (b) oblika kadmijuma

4

Izotopi kadmijuma

Kadmijum poseduje osam stabilnih izotopa: 106Cd (1,215%), 108Cd (0,875%), 110Cd (12,390%), 111Cd (12,750%), 112Cd (24,070%), 113Cd (12,260%), 114Cd (28,860%) i 116Cd (7,50%), od kojih je 113Cd slabo radioaktivan (β-emiter).

Izotop 112Cd koristi se za dobijanje 111In koji se primenjuje u dijagnostici radioizotopima.

3.1.2. Hemijske osobine

Na sobnoj temperaturi kadmijum je postojan na vazduhu, a zagrevanjem sagoreva i prelazi u kadmijum-oksid (CdO) čija boja varira od zelenožute do mrke, u zavisnosti od temperature:

2Cd(s) + O2(g) → 2CdO(g)

Pare kadmijum-oksida su toksične i mogu prouzrokovati hronična trovanja. Ovaj oksid je baznog karakera tako da se rastvara samo u kiselinama: CdO(s) + 2H+ → Cd2+ + H2O

Elementarni kadmijum se ne rastvara u vodi ni u bazama. Rastvaraju ga kiseline poput razblažene HCl i H2SO4 uz izdvajanje vodonika: Cd(s) + H2SO4(aq) → Cd2+

(aq) + SO42-

(aq) + H2(g) Soli koje se pri tom dobijaju rastvaraju se u vodi i pored slobodnih Cd 2+ jona sadrže bezbojne kompleksne jone različitog sastava. Dejstvom alkalnih hidroksida na jedinjenja kadmijuma dobija se kadmijum-hidroksid, značajan u kvalitativnoj analizi kadmijuma: CdCl2 + 2NaOH → Cd(OH)2↓ + 2NaCl Kadmijum-sulfid (CdS) je prah karakteristične žute boje, nerastvoran u vodi i u mineralnim kiselinama. Koristio se kao lepa žuta boja u slikarstvu otporna na dejstvo vodonik-sulfida koji se obično nalazi u vazduhu kao nečistoća.

Kadmijum-selenid (CdSe) i kadmijum-telurid (CdTe) se koriste za izradu poluprovodnika.

4. ANALITIČKO ODREĐIVANJE KADMIJUMA

5

Analitika kadmijuma podrazumeva kvalitativnu i kvantitativnu analizu.Detekcija ili identifikacija pojedinih elemenata ili jona koji ulaze u sastav neke supstance je predmet kvalitativne analize, dok se kvantitativna analiza bavi određivanjem sadržaja proučavane supstance.

Kako bi izbor metode za određivanje pojedinih konstituenata bio uspešan neophodno je poznavati elemente ili jone koji se nalaze u uzorku koji se analizira. S druge strane, kvalitativne reakcije mogu dati informacije o količini (veća ili manja količina, u tragovima) pojedinih sastojaka u ispitivanom uzorku. Zbog toga kvalitativna analiza obično prethodi kvantitativnoj analizi.

4.1. Kvalitativna analiza

Kadmijum je katjon II analitičke grupe kojoj pripadaju i Hg2+, Pb2+, Cu2+, Bi3+, As3+, Sb3+, Sn2+ i Sn4+. Svi joni se talože u obliku slaborastvornih sulfida iz rastvora zakišeljenih razbl. HCl uvođenjem gasa vodonik-sulfida.Nastali sulfidi se razlikuju po rastvorljivosti u kiselinama i bazama pa su na osnovu toga katjoni II analitičke grupe klasifikovani u dve podgrupe:

Podgrupa sulfobaza kojoj pripadaju: Hg(II), Pb(II), Cu(II), Cd(II) i Bi(III).Sulfidi su baznog karaktera i rastvaraju se u kiselinama.

Podgrupa sulfokiselina kojoj pripadaju: As(III), Sb(III), Sn(II) i Sn(IV).Sulfidi su kiselog karaktera i rastvaraju se u bazama.

Podgrupa sulfobaza se naziva i podgrupom bakra, dok je podgrupa sulfokiselina poznata kao podgrupa arsena.

Reakcije identifikacije

1. Vodonik-sulfid (H2S)

Taloži žut kadmijum-sulfid pri koncentraciji hlorovodonične kiseline koja ne bi trebalo da bude veća od 0,3 mol/L:

Cd2+ + H2S ↔ CdS↓ + 2H2+

žutPri većim koncentracijama talog se rastvara:

CdS↓ + 2H2+ ↔ Cd2+ + H2S↑

Kadmijum-sulfid se rastvara u toploj razblaženoj azotnoj kiselini uz oksidoredukciju:

6

3CdS↓ + 2NO3- + 8H+ ↔ 3Cd2+ + 2NO↑ + 3S↓ +4H2O

Ne rastvara se u kalijum-cijanidu, ali se rastvara u razblaženoj sumpornoj kiselini (važno za tok hemijske analize i razdvajanje od bakar(II)-jona).

2. Rastvor natrijum-hidroksida (NaOH)

Kada se dodaje rastvoru Cd(II)-soli i izdvaja se beo želatinozni talog, nerstvoran u višku reagensa:

Cd2+ + 2OH- ↔ Cd(OH)2↓ beo3.Rastvor amonijaka (NH3, NH4OH)

Sa rastvorom amonijaka u višku nastaje bezbojni amonijačni kompleks:

Cd(OH)2↓ + 4NH3 ↔ Cd(NH3)42+ + 2OH-

Zagrevanjem amonijačnog rastvora izdvaja talog kadmijum-hidroksida pošto se ravnoteža pomera ka disocijaciji kompleksa usled isparavanja amonijaka.Kada se vodonik-sulfid uvodi u rastvor amonijačnog kompleksa kadmijuma, taloži CdS, žute boje:

Cd(NH3)42+ + H2S ↔ CdS↓ + 2NH4

+ + 2NH3

žut4. Rastvor kalijum-cijanida (KCN)

Želatinozni talog kadmijum-cijanida izdvaja se iz neutralnih rastvora, a u višku reagensa rastvara uz formiranje cijanidnog kompleksnog jona kadmijuma(II):

Cd2+ + 2CN- ↔ Cd(CN)2↓ beo

Cd(CN)2↓ + 2CN- ↔ Cd(CN)42-

Kada se na amonijačni kompleks kadmijuma deluje sa KCN dobija se stabilniji cijanidni kompleksni jon:

Cd(NH3)42+ + 4CN- ↔ Cd(CN)4

2- + 4NHUvođenjem vodonik-sulfida u rastvor kadmijum-cijanidnog kompleksnog jona izdvojiće se talog CdS, žute boje:

Cd(CN)42- + H2S ↔ CdS↓ + 2HCN + 2CN-

4.2. Instrumentalne metode za određivanje kadmijuma u realnim uzorcima

7

Toksični efekti kadmijuma i njegovih jedinjenja dobro su poznati i praćenje ovog metala u telesnim tečnostima je od suštinske važnosti. Prisustvo kadmijuma u krvi odraz je izloženosti ovom metalu i na taj način indikator zagađenja životne sredine ili radnog okruženja. Urinarni kadmijum je, takođe važan indikator humane izloženosti ovom metalu, a kod ljudi koji nisu izloženi odraz ukupnog sadržaja u organizmu.

Razvoj instrumentalnih metoda omogućio je bržu, jedostavniju analizu, tačno i precizno određivanje veoma niskih koncentracija ovog toksičnog metala. Najčešće primenjivane metode za određivanje kadmijuma su: spektrofotometrija, FAAS i ETAAS, zatim ICP-AES kao i HG-AES. Novije metode poput ICP-MS i NAA su veoma uspešne, ali i ograničene primene obzirom da zahtevaju relativno skupu opremu i veliko znanje i iskustvo analitičara. Od elektrohemijskih metoda primenu nalaze ACSV i PSA .

4.2.1. Spektrofotometrija

Spektrofotometrija je apsorpciona metoda koja se zasniva na proučavanju zavisnosti apsorbancije od talasne dužine zračenja propuštenog kroz analizirani uzorak. Za analitičku hemiju od značaja je oblast talasnih dužina od 200 do 1000 nm, što odgovara UV i VIS spektralnoj oblasti.

Apsorpcija zračenja dovodi do prelaza valentnih elektrona iz osnovnog u pobuđeno stanje, a svakom elektronskom prelazu odgovara pojava jedne apsorpcione trake u spektru A = f (λ). U kvantitativnoj analizi može se meriti količina apsorbovane ili propuštene svetlosti čiji intenzitet zavisi od prirode rastvora, njegove koncentracije i debljine sloja rastvora (dužine optičkog puta). Osnovni zakon koji se primenjuje kada se govori o apsorpciji od strane neke supstance je Lambert-Beer-ov zakon:

A = log Io/Ip = a∙b∙c

Gde je:A – apsorbancija, Io – intenzitet upadne svetlosti,Ip – intenzitet propuštene svetlosti,a – apsorpcioni koeficijent ili molarna apsorptivnost,b – dužina optičkog puta,c – koncentracija rastvora.

Kada se održavaju konstantni uslovi temperature, rastvarača, debljine sloja od 1 cm i talasne dužine svetlosti, postoji direktna zavisnost absorbancije od koncentracije supstance što čini osnovu kvantitativne analize.

8

Koncentracija analizirane supstance može se odrediti metodom standarda ili češće, metodom kalibracione krive (Slika 4.). Kalibraciona kriva se konstruiše na osnovu merenja apsorbancija serije standardnih rastvora analita u određenom koncentracionom opsegu. Apsorbancije rastvora mere se na talasnoj dužini na kojoj analizirani rastvor najviše apsorbuje (λmax), čime se postiže najveća osetljivost metode. Kada se konstruiše dijagram A = f(c) dobija se linarna zavisnost analitičkog signala i koncentracije ispitivane supstance. Time je omogućeno određivanje nepoznate koncentracije grafičkim putem, sa kalibracione krive, a na osnovu izmerene apsorbancije rastvora.

Slika 4. Kalibraciona kriva

Spektrofotometrijska metoda ima veliki značaj kako u kvalitativnoj tako i u kvantitativnoj analizi različitih supstanci. Može se izvoditi na jednostavnim instrumentima (spektrofotometrima), velike osetljivosti, reproduktivnosti i preciznosti. Prednost ove metode jeste i brzina izvođenja kao i njena jednostavnost.

Nedavno je predstavljena jednostavna, veoma osetljiva i visoko selektivna metoda za određivanje tragova kadmijuma u različitim uzorcima (uključujući i biološki materijal), primenom 5,7-dibromo-8-hidroksihinolina (DBHQ). U reakciji bezbojnog DBHQ sa kadmijumom u slabo kiseloj sredini nastaje zelenkasto-žut helat čija se apsorbancija može direktno meriti u vodenom rastvoru.

Priprema biološih uzoraka za spekrofotometrijsko određivanje podrazumeva najčešće kiselu digestiju, koja ima za cilj razaranje organskih materija u ovim uzorcima. Male količine humanog seruma (5-10 mL) i urina (10-20 mL) tretiraju se smešom kiselina oksidacionih svojstava (HNO3, H2SO4, HClO4) uz zagrevanje, do pojave belih para. Posle dovoljnog izlaganja povišenoj temperaturi sadržaj se ohladi, filtrira i neutrališe rastvorom amonijum-hidroksida u prisustvu tartarata, a potom filtrira i kvantitativno prenese u normalni sud od 10 mL koji se dopuni dejonizovanom vodom. Maloj količini ovog rastvora (koji sadrži 1-300 μg kadmijuma) dodaje se određena količina reagensa 3,3×10-3 M DBHQ i 5×10-4M H2SO4, a nastali kompleks ekstrahuje etanolom. Apsorbancija rastvora meri se na 396 nm prema odgovarajućoj slepoj probi. Apsorpcioni spektar Cd-DBHQ helata u vodenom rastvoru prikazan je na Slici 5.

9

Slika 5. Apsorpcioni spektar Cd – DBHQ u vodenom rastvoru

(λ = 396 nm)

Od svih kiselina sumporna se pokazala najboljom za sistem Cd-DBHQ. Uticaj zapremine dodate kiseline na apsorbanciju obojenog helata prikazan je na Slici 6. Apsorbancija je maksimalna i konstantna kada 10 mL rastvora (1 μgmL-1 ) sadrži 0,3-1,3 mL 5×10-4 M H2SO4 na sobnoj temperaturi (25 ± 5)oC. Izvan ovog opsega kiselosti apsorbancija opada. Zbog toga su sva merenja izvršena su u prisustvu 0,5 mL 5×10-4M H2SO4 (pH=4,25).

Slika 6. Uticaj kiselosti sredine na apsorbanciju Cd-DBHQ sistemaReakcija je trenutna ali se stabilnost boje (maksimuma apsorcije) održava u toku

24h. Ono što je veoma važno i daje prednost ovoj metodi je to što mali broj jona

10

značajno interferira pri određivanju kadmijuma. Najozbilnije interferencije potiču od V (V), Mo (V) i Fe (III)-jona i posledica su formiranja kompleksa sa DBHQ. Više granice toleracije za ove jone mogu se postići upotrebom nekoliko maskirajućih metoda. U cilju eliminisanja interferencija koje potiču od ovoh jona mogu se upotrebiti vinska kiselina, EDTA, limunska kiselina ili hloridi kao maskirajući agensi. Ako se tom prilikom formira precipitat uklanja se centrifugiranjem.

Apsorbancija je linearna u opsegu koncentracija 0,1-30 μgmL-1 kadmijuma merenih na 396 nm. Molarni apsorpcioni koeficijent iznosi 5,8 ×10 3 Lmol -1 cm -1

Preciznost metode je procenjena određivanjem različitih koncentracija kadmijuma (svaka je analizirana najmanje pet puta). Relativna standardna devijacija (n=5) iznosi 2-0% za 1-300 μg kadmijuma u 10 ml, što ukazuje na to da je metoda veoma tačna i precizna. Granica detekcije iznosi 30 ng/ml.

Rezultati dobijeni primenom spektrofotometrijske metode se odlično slažu sa onim dobijenim metodom AAS (Tabela 1.).

Tabela 1. Koncentracija kadmijuma u uzorcima krvi i urinaBr. Uzorak Kadmijum/μgL-1 Izbor uzorka

AAS Predložena metodaa

1 Krv 213,5 215,0±1,5 Pacijent sa renalnim oboljenjem (M)Urin 54,5 56,0±1,2

2 Krv 95,8 98,5±1,4 Pacijent sa hipertenzijom (Ž)Urin 23,9 24,6±1,2

3 Krv 23,5 25,2±1,3 Pušač (M)Urin 5,6 6,5±1,0

4 Krv 3,2 3,5±1,2 Zdrava odrasla osoba, nepušač (M)Urin 0,8 0,9±0,5

a. srednja vrednost pet određivanja ± standardna devijacija

4.2.2. Atomska apsorpciona spektrometrija

Princip ove apsorpcione metode jeste da se ispitivani uzorak prevede u gasovito stanje, na način koji će omogućiti disocijaciju molekula do atoma, ali tako da atomi ostanu nepobuđeni. Apsorbujući svetlost određene talasne dužine koja se propušta kroz takav uzorak (atomsku paru) atomi prelaze iz osnovnog u pobuđeno energetsko stanje u kome ostaju veoma kratko, 10-7 do 10-8 s i zatim se vraćaju u niže, osnovno stanje, emitujući višak energije. Ukoliko su ti prelazi kvantizovani, apsorpcija energije je strogo selektivna i zavisi od vrste ispitivanih atoma. Stepen apsorpcije je kvantitativna mera koncentracije atoma u osnovnom energetskom stanju. Kao izvor zračenja u AAS koristi se lampa sa šupljom katodom koja je izrađena od elementa koji se ispituje ili od njegove legure (Slika 7.). Pored katode, u lampi oblika staklenog balona se nalazi i anoda, izrađena od cirkonijuma ili volframa u vidu

11

štapića ili žice. Lampa se puni inertnim gasom, najčešće argonom ili neonom pod pritiskom 100-200 kPa. Napaja se slabom jednosmernom strujom (~10 mA). Pri dovoljno velikoj razlici potencijala inertni gas se jonizuje, a nastali pozitivni joni bombarduju katodu što prouzrokuje isparavanje atoma elementa od koga je katoda napravljena. U sudaru sa elektronima koji takođe nastaju pri jonizaciji gasa, atomi se pobuđuju te nastaje karakteristična emisija zračenja-linijskog spektra atoma od kojeg je katoda napravljena.

Slika 7. Shematski prikaz AAS

Monohromator izdvaja svetlost određene, tačno definisane talasne dužine, dok detektor (fotomultiplikator) meri intenzitet propuštene svetlosti. Atomi analita apsorbuju deo upadne svetlosti što prouzrokuje smanjenje signala koji registruje detektor koje je proporcionalno broju atoma, odnosno koncentraciji uzorka. Način atomizacije i tip atomizera određuju tehniku atomske apsorpcione spektrometrije (plamena, hidridna, elektrotermalana, tehnika hladnih para).

4.2.2.1. Elektrotermalna atomska apsorpciona spektrometrija

Elektrotermalna atomska apsorpciona spektrometrija je još uvek tehnika izbora za praćenje (određivanje) elemenata u tragovima zahvaljujući velikoj osetljivosti i selektivnosti, veoma niskoj granici detekcije, jednostavnosti izvođenja, zatim minimalne pripreme uzoraka kao i mogućnosti određivanja malih količina i tečnih i čvrstih uzoraka.Zasniva se na pirolizi i atomizaciji malih količina uzoraka (5-100 μL) u grafitnoj kiveti dužine 3-5 cm i širine 3-8 cm koja je smeštena u grafitnoj peći i čiji su krajevi vezani za dve elektrode. Propuštanjem struje kroz elektrode dolazi do usijavanja kivete te isparavanja, pirolize i atomizacije uzorka. Međutim, direktno određivanje elemenata u biološkim uzorcima, primenom ove tehnike nije ni malo jednostavno. Problemi koji se mogu javiti posledica su kombinovanog uticaja organske osnove (matriksa) sa relativno visokim sadržajem neorganskih soli i proteina i samog analita, koji ima relativno visoku isparljivost. Na

12

temperaturama koje prethode atomizaciji može doći do gubitka ispitivanog elementa isparavanjem. Ako bi se primenile niže temperature pirolize kojima se ovaj gubitak izbegava, a matriks potpuno uklanja, javio bi se širok pozadinski signal tokom procesa atomizacije.

Pozadinska interferencija je lažni signal koji postoji ili zbog molekulske apsorpcije ili zbog rasipanja svetlosti koja se javlja pri visokim koncentracijama soli. Ukoliko se ovaj signal ne koriguje, a donekle se poklapa sa rezonantnom linijom analita, doći će do pojačavanja postojećeg signala, odnosno javiće se velika pozitivna greška. Pozadinska interferencija može biti redukovana izborom odgovarajućeg temperaturnog programa sa optimizovanim temperaturama pirolize i atomizacije, koji će obezbediti efektivno razdvajanje pozadinskog signala od pika analita. Kada su temperature isparavanja analita i komponenti matriksa približne, ove komponente neće biti izdvojene pre postupka atomizacije analita pa se pozadinska interferencija registruje. U tom slučaju se može primenom hemijskih modifikatora menjati isparljivost bilo interferirajućih vrsta-čineći ih isparljivijim u odnosu na analit, bilo samog analita čija se isparljivost smanjuje. Drugi problem vezan za upotrebu ove metode jeste postojanje hemijskih interferencija, koje uključuju interferencije isparljive faze i interferencije kondenzovane faze. Na njihovo prisustvo ukazuje promena u vremenu pojave pika analita ili pojava više maksimuma apsorpcije sa pojačavanjem ili gašenjem signala. Iako ih složena priroda čini nepredvidivim, hemijske interferecije se mogu redukovati ili kompenzovati što će obezbediti tačne rezultate. Kao moguća rešenja problema navode se: upotreba hemijskih modifikatora matriksa, grafitne platforme i metod dodavanja standarda (koji međutim, produžava trajanje samog procesa). Dakle, određivanje kadmijuma u biološkim uzorcima primenom ETAAS praćeno je problemima koji su posledica gubitka metala isparavanjem na temperaturama koje prethode atomizaciji i prisustva spektralnih i hemijskih interferecija. Uklanjanje komponenata matriksa tokom pirolize je u mnogim slučajevima otežano visokom isparljivošću kadmijuma. Zato su vršeni pokušaji njegovog izdvajanja koprecipitacijom sa Ni-dietilditiokarbamatom i različitim metodama prekoncentrisanja.

U slučaju nedovoljne osetljivosti, metoda izbora je dodavanje hemijskih modifikatora. Od mnogih jedinjenja koja se koriste u tu svrhu, značajno je pomenuti paladijum i magnezijum, kao modifikatore koji se najviše koriste. Mogu se koristiti sami, ali često i u kombinaciji sa drugim jedinjenjima poput amonijum fosfata, nikla ili natrijum azida. Amonijum soli su primarno korišćene za termalnu stabilizaciju kadmijuma, međutim pokazalo se da amonijum-fosfat prouzrokuje spektralnu interferenciju. Drugi hemijski modifikatori koji se navode u literaturi su: srebro, lantan, tioureja, politetrafluoroetilen (PTFE), neke neorganske kiseline (flourovodonična kiselina) i organske kiseline (askorbinska, oksalna kiselina). Primenom stalnih modifikatora (na bazi rutenijuma, iridijuma i sl.) postižu se zadovoljavajući rezultati. Kada se kao hemijski modifikator koristi smeša paladijuma i natrijum-azida (NaN3) značajno se redukuje pozadinska apsorpcija uzrokovana prisustvom neorganskih soli, a do gubitka analita isparavanjem ne dolazi ni pri visokim temperaturama koje se postižu u toku procesa (900 – 1000 ºC).

13

U odsustvu modifikatora zabeležen je veliki gubitak analita isparavanjem, čak i pri niskim temperaturama pirolize. Paladijuma koji se samostalno primenjuje, neće sprečiti pad apsorbancije uzrokovan prisustvom hlorida i porastom temperature, dok primena smeše modifikatora (Pd + NaN3) daje veće vrednosti apsorbancije i pri visokim temperaturama pirolize. Ovi podaci ukazuju da je iznad temperature 400 – 500 ºC neophodno dodati neki redukujući agens, kakav je NaN3, kada se kao modifikator koristi sam Pd (Slika 8.). S druge strane, brz porast apsorbancije kadmijuma iznad 400 ºC ustanovljen je i u prisustvu samog Pd i Pd sa NaN3. Ova pojava može biti rezultat interakcije kadmijuma i paladijuma i građenja izvesnih jedinjenja. Količine isparenog kadmijuma rastu dok se ne postignu temperature topljenja mogućih jedinjenja, i pojačavaju apsorbanciju. Gubitak kadmijuma na temperaturama višim od 900 do 1000 ºC može se pripisati topljenju ovih jedinjenja. Apsorbancija kadmijuma izmerena u 1% rastvoru HCl u prisustvu kombinacije modifikatora približno je ista onoj koja se dobija u odsustvu hlorida, odnosno u 1% rastvoru HNO3 bez prisustva modifikatora.

Slika 8. Uticaj temperature na apsorbanciju 40 pg Cd u 1% HNO3 (◊), u 1% HCl (□),u 1% HCl sa 10 μg Pd (▲), u 1% HCl sa 10 μg Pd i 10 μg NaN3 (○), u urinu

razblaženom 1% HCl, 10 μg Pd i 10 μg NaN3 (∆)

Najčešće neorganske soli koje uzrokuju interferenciju (zahvaljujući molekulskoj apsorpciji u širokom opsegu talasnih dužina) su NaCl, CaCl2, MgCl2 (Slika 9.)

14

Slika 9. Uticaj porasta količine NaCl (◊), CaCl2 (□) i MgCl2 (∆) na atomsku apsorpciju 40 pg kadmijuma, u odsustvu modifikatora.

Kao što se može videti na Slici 9., u prisustvu veoma malih količina NaCl (2 μg) apsorbancija kadmijuma značajno opada kada hemijski modifikator nije prisutan. Postepeni pad aposorbancije javiće se kada se u uzorku nalazi 2–30 μg NaCl , dok količine veće od 30 μg prouzrokuju porast apsorbancije usled izostajanja Zeeman pozadinske korekcije.Kada je ova metoda primenjena za određivanje kadmijuma u urinu dobijena je recovery vrednost veća od 95 %, ralativna standardna devijacija manja od 4 % za nivo kadmijuma 2,10 - 4,56 μg/L, a granica detekcije 0,16 μg/L kadmijuma.

4.2.3. Atomska emisiona spektrometrija

Atomi elemenata mogu emitovati zračenje pošto im se dovede energija koja je dovoljna da pobudi elektrone iz spoljašnjeg energetskog sloja atoma (valentne elektrone). Kako elektroni svakog atoma mogu egzistirati samo u određenim energetskim nivoima talasna dužina emitovane svetlosti je zapravo karakteristika svakog elementa. Intenzitet emisije direktno je proporcionalan broju atoma (ili jona) koji se emituje, tako da pored kvalitativne analize ova metoda pruža mogućnost i kvantitativne analize.

Atomi (ili joni) elemenata se pobuđuju pogodnim izvorom zračenja kakav je plamen, električni luk, varnica ili noviji plazma izvori poput induktivno spregnute plazme (ICP).

Još uvek ne postoji ni jedan izvor koji bi mogao da pobudi sve elemente u optimalnim uslovima, ali se isti izvor koristi i za atomizaciju, pobuđivanje i ako je moguće, jonizaciju atoma u uzorku.

15

Zračenje koje atomi emituju vraćanjem elektrona u osnovno stanje se razlaže na optičkoj rešetki ili prizmi monohromatora. Intenzitet izdvojene spektralne linije detektuje fotoćelija, a registruje merni instrument, pisač ili fotografska ploča. Rezonantne linije karakterističnih talasnih dužina omogućavaju identifikaciju elementa, a jačina signala ili intenzitet linije u spektru omogućava kvantitativnu analizu.

U analizi kadmijuma u biološkom materijalu najčešće se koristi atomska emisiona spektrometrija sa induktivno spregnutom plazmom.

Slika 10. Shematski prikaz ICP-AES

Ova metoda je primenjiva za određivanje mnogih elemenata u tragovima, istovremeno praćenje više elemenata sa visokom osetljivošću, tačnošću i preciznošću, širokim opsegom linearnosti i sposobnošću efektivne pozadinske korekcije. Priprema uzoraka je, kao i sam postupak izvođenja jednostavna, a podrazumeva ili jednostavno razblaživanje ili kiselu digestiju tečnih i čvrstih uzoraka.

Raspršivanje uzorka, kao tradicionalni vid uvođenja uzorka u ICP-AES, zahteva zapreminu uzorka reda veličine 1ml, a nebulizeri mogu opteretiti biološki uzorak visokim sadržajem soli. U tom slučaju kao bolje rešenje predlaže se elektrotermalno uparavanje kao alternativno sredstvo pripreme uzorka za ICP-AES. Prednosti elektrotermalnog uparavanja su: poboljšana efikasnost mase, manje zapremine potrebnog uzorka (~100 μL), mogućnost direktne anlize čvrstih uzoraka i suspenzija.

Aerosol nastao raspršivanjem uzorka u struji gasa nosioca (najčešće argona) pažljivo se prenosi do induktivno spregnute plazme gde se jonizuje. Plazma treba da izvrši atomizaciju, jonizaciju i ekscitaciju uzorka koji zatim emituje zračenje, odnosno karakterističan spektar.

Granica detekcije kadmijuma kada se primenjuje elektrotermalno uparavanje iznosi 3 ng/ml, odnosno 600 ng/ml kod tradicionalne nebulizacije.

16

4.2.4. Masena spektrometrija

Masena spektrometrija je jedna od najmoćnijih analitičkih metoda za analizu najsloženijih smeša organskih jedinjenja, kao i elemenata u tragovima. Submikrogramske količine nepoznate supstance u bilo kom agregatnom stanju mogu se kompletno okarakterisati i kvantifikovati sa velikom specifičnošću i osetljivošću.

Da bi se izvela analiza uzorak se najpre jonizuje, a zatim propušta kroz elektrostatičko ili magnetno polje, ili oba, čime se nastali jonski snop razdvaja na jone sa različitim odnosom masa/naelektrisanje (m/z). U detektoru joni indukuju električni signal koji pokreće pisač ili se digitalizuje i unosi u računar radi dalje obrade (Slika11.).

Slika11. Shematski prikaz MS

Najšire korišćena tehnika jonizacije je elektronski udar. Energetski elektronski zrak u jonizacionoj komori bombarduje molekule uzorka stvarajući molekulske jone (M+) i fragmente koji mogu biti naelektrisani pozitivno, negativno ili biti elektronetralni. Neutralni fragmenti se obično ne otkrivaju masenim spektroskopom, a pošto nastaje sto puta više pozitivnih jona u odnosu na negativne, većina komercijalnih masenih spektrometara otkriva i beleži pozitivno naelektrisane molekule u jonskom obliku i fragmentne jone.

Ostale tehnike jonizacije koje se primenjuju su hemijska jonizacija (koristi reagens gas) i resorpcija u polju.

Masena spektrometrija nije tehnika koju treba posmatrati samostalno, već kao važnu komplementarnu metodu drugim metodama. Kao velika prednost navodi se mogućnost povezivanja masenog spektrometra sa gasnim (GC-MS), visoko-efikasnim tečnim hromatografom (HPLC-MS) kao i mogućnost tandemske spektrometrije (MSn), jer su time objedinjeni selektivnost, osetljivost, kratko prečišćavanje uzorka, visoka prohodnost u analizi i brz razvoj metode.

U analizi kadmijuma u biološkim uzorcima najviše se primenjuje MS povezana sa induktivno spregnutom plazmom.

17

U Tabeli 2. je navedeno nekoliko primera bioloških uzoraka, njihova priprema, metoda kalibracije kao i postignuta granica detekcije.

Tabela 2. Određivanje kadmijuma u biološkim uzorcima primenom ICP - MSUzorak Priprema uzorka Metod kalibracije Granica

detekcijeUrin Rastvaranje (1+1) prečišćenom vodom,

FI-HG

111Cd 7 pg

Urin Razblažen (1+9) sa HNO3 In kao interni standard

1,4-3,7 μg/L

Krv Mokro spaljivanje, deset puta razblažen dejonizovanom vodom

89Y kao interni standard

0,01 μg/L

Saliva Razblaživanje sa HNO3112Cd/114Cd 0.03 μg/L

Kosa Mikrotalasna digestija, različiti postupci ispiranja

106Cd/111Cd -

Tkivo Razaranje sa HNO3 In kao interni standard

-

Glavna ograničenja metode su potencijalne spektralne interferencije. Visoki nivoi organskih materija i neorganskih soli u biološkim uzorcima čest su uzrok interferencija osnove (matriksa) i delimičnog izobarnog preklapanja M+ i poliatomskih jona. Ova vrsta interferencija se može korigovati primenom ICP-MS visoke rezolucije, alternativnim načinom uvođenja uzorka u sistem, odgovarajućom pripremom uzorka. Takođe se primenjuje kalibracija internim standardom, metoda dodatka standarda i rastvora izotopa kako bi se redukovali efekti matriksa, kompenzovao gubitak recovery vrednosti i poboljšala preciznost.

Da bi se izbegli problemi koji su vezani za nebulizaciju (raspršivanje) i plazmu, biološki uzorci bogati neorganskim solima se najčešće razblažuju prećišćenom vodom, EDTA, HNO3, mada je mikrotalasna digestija u mnogim slučajevima tehnika izbora. Elektrotermalno isparavanje može biti spregnuto sa ICP-MS, gde će primena hemijskih modifikatora redukovati potencijalni gubitak kadmijuma isparavanjem.

Tehnika generisanja hidrida (GH) kao uvod u ICP-MS privlači pažnju kao moguć način prevazilaženja nedostataka nebulizacije i efikasnosti transporta induktivno spregnute plazme. Kada se generisanje hidrida odvija kontinuirano dobija se osetljiv i selektivan metod sa granicom detekcije od 7 pg za 50 μL uzorka urina.

Uzorak se injektira u vodenu struju koja se kontinuirano pumpa kroz jedan od kanala peristaltičke pumpe i spaja sa strujom HCl određene brzine (Slika 12.). Nastali rastvor se spaja sa strujom didodecilmetilamonijum bromida (DDAB) koji sadrži silikon kao antipeneće sredstvo. Kada se priključi struja NaBH4 nastaje isparljivi hidrid kadmijuma (CdH2) sledećom reakcijom: Mn+

NaBH4 + 3H2O + HCl ↔H3BO3 + NaCl + 8H+ ↔ M+Hn+ + H2

18

Slika 12. FI-GH-ICP-MS sistem za određivanje kadmijuma u urinu

Nastala gasno/tečna smeša dospeva u rešetkasti tip raspršivača koji se ponaša kao gas/tečnost separator. Gasoviti proizvod se izdvaja strujom argona u plazmu gde se jonizuje.

Koncentracije NaBH4 i HCl su se pokazale kritičnim što je i prikazano na Slici 13. Imajući to u vidu korišćene su koncentracije: 4% m/v NaBH4 i 1,2 mol/L HCl.

Slika 13. Uticaj koncentracije NaBH4 (A) i HCl (B) na efikasnostFI-GH (50 μL, 3 μg/L vodenog standardnog rastvora

kadmijuma)

19

Iako signal raste sa povećanjem protoka NaBH4 , pri vrednostima većim od 1,25 mL/min plazma postaje nestabilna pošto se i suviše hidrogena nalazi u njoj. Najjednostavniji pristup rešavanju ovog problema jeste redukcija ulaza NaBH4 (Slika 14.). Izabrana brzina protoka NaBH4 iznosi 1,15 mL/min.

Slika 14. Uticaj protoka NaBH4 na 111Cd signal(50 μL, 3 μg/L vodenog standardnog

rastvora kadmijuma)

Poređenjem metode ETAAS koja se takođe zasniva na tehnici generisanja hidrida i omogućava prekoncentrisanje analita u grafitnoj kiveti (in situ trapping), sa ICP-MS metodom, dobijeni su slični rezultati. ETAAS se pokazala kao odlična alternativa za određivanje niskih bazalnih nivoa kadmijuma u urinu (~ 0,1 μg/L), manje skupa i prema tome rađe korišćena metoda (Tabela 3.).

Tabela 3. Analitičke karakteristike određivanja kadmijuma metodama ETAAS i ICP-MS

ETAAS(prekoncentrisani uzorak

urina 1,4 ml)

ICP-MS(injektirana zapremina 50 μL)

FI-konvencionalni nebulizer

FI-GH

Apsolutna granica detekcije/pg

1,4 50 (urin) 710 (vodeni rastvor) 3.5

Preciznost (%) 1,1 za 14 ng 2 za 0,25 ng 3,2 za 0,25 ng

20

5.TOKSIKOLOGIJA

5.1. Toksikološki značaj

Izvesne količine kadmijuma u životnoj sredini su prirodnog porekla i nastaju erozijom i abrazijom sedimenata i zemljišta, sporadičnim šumskim požarima i vulkanskim erupcijama. U zemljinoj kori prisutno je 0,1-0,5 μg/g , atmosferi 0,1-5 ng/m3 dok morska voda sadrži približno 0,1 μg kadmijuma u jednom litru.

Pošto nastaje kao sporedni proizvod tokom proizvodnje cinka, bakra i olova, kadmijum koji dospeva u životnu sredinu uglavnom potiče iz rudnika i topionica. Prisustvo kadmijuma u vazduhu potiče od dima iz dimnjaka, zatim od sagorevanja uglja i nafte i različitog plastičnog otpada, dok je upotreba raznih veštačkih đubriva (npr. fosfatnih) jedan od načina mogućeg zagađenja zemljišta. Prema tome, oko 80% kadmijuma koji se oslobađa u atmosferu potiče od ljudskih faktora ( Slika 15.).

Kadmijum i njegova jedinjenja se najviše koriste za proizvodnju Ni-Cd baterija, zatim u industriji boja, stakla, keramike, tekstila i plastike (karakteristični pigmenti kadmijum crveno, oranž i žuto), kao i za prevlačenje čelika i gvožđa zbog antikorozivnih svojstava. Poslednjih godina se polako napušta njihova upotreba kao stabilizatora u industriji plastičnih masa i za izradu legura.

█ prirodni izvori

█ đubriva

█ sagorevanje fosilnih goriva

█ proizvodnja gvožđa i čelika

█ proizvodnja obojenih metala

█ proizvodi kadmijuma

█ ostalo

█ spaljivanje otpada

Slika 15. Relativni doprinos (%) različitih izvora kadmijuma humanoj izloženost

Jedan od značajnih izvora kadmijuma za opštu populaciju je pušenje.U jednoj epidemiološkoj studiji vršenoj na deci, pokazana je korelacija između nivoa izloženosti

21

dece duvanskom dimu i sadržaja kadmijuma u njihovoj kosi. Jedna cigareta sadrži 1-2 μg ovog elementa, a pušenjem se unosi 0,1-0,2 μg.

Izloženost kadmijumu može izazvati akutna ili hronična trovanja. Poznati su primeri slučajnih akutnih trovanja, najčešće namirnicama čuvanim u

posudama koje su sadržavale zaštitni, antikorozivni sloj kadmijuma. Na primer, masovno trovanje vinom koje je čuvano u takvim posudama, zabeleženo je u Alžiru. Akutni toksični efekti mogu nastati i inhalacijom dima, a kao mogući simptomi trovanja javiće se: akutni pneumonitis, bronhiolitis i plućni edem. Pojava abdominalnih bolova, grčeva, dijareje i povraćanja prati peroralnu ekspoziciju.

Mnogo veći značaj ima dugotrajna izloženost malim koncentracijama kadmijuma. U radnom okruženju, direktno izloženi parama kadmijuma i aeroslu kadmijum-oksida, radnici su predodređeni za razvoj kadmioza-hroničnih profesionalnih trovanja.

Pošto je prisutan u izvesnim namirnicama (riba, lisnato povrće, žitarice), svakodnevni unos kadmijuma hranom je neizbežan. U Japanu je sredinom prošlog veka zabeleženo masovno trovanje kadmijumom iz vode kojom je navodnjavan pirinač, a koji je u tom delu sveta osnovna hrana.

U pijaćoj vodi nivo kadmijuma je relativno nizak tako da je unos ovog metala vodom od najmanjeg značaja (manje od 1 μg).

Pri hroničnom trovanju kadmijumom primećene su promene na nivou: -bubrega (proteinurija, aminoacidurija, glukozurija, fosfaturija) -pluća (hronična opstruktivna bolest pluća, emfizem) -kosti (osteomalacija, osteoporoza) -krvi (anemija) -sluznici grla, nosa (kadmijumski rinitis) -sluznici oka

5.2. Resorpcija, distribucija i eliminacija kadmijuma

Za opštu populaciju najznačajnije je unošenje kadmijuma putem gastrointestinalnog trakta (GIT-a), iako mu je resorpcija iz ovog organa relativno mala. Posle jednokaratne p.o. primene rastvornih soli kadmijuma (CdCl2,Cd(NO3)2) kod eksperimentalnih životinja resorbuje se 0,5-8% kadmijuma. Prema podacima za ljudski organizam iz GIT-a se resorbuje prosečno 5% ovog metala.

Resorpcija kadmijuma iz respiratornog trakta je veća. Kod osoba koje su profesionalano izložene kadmijumu inhalacija je glavni put unosa. Procenjuje se da se ovim putem unosi oko 25-50% ovog elementa, a sam proces zavisi od veličine inhaliranih čestica i njihove rastvorljivosti. Čestice većeg dijametra (>10 μm) deponovaće se u gornjim delovima disajnih puteva, u malom procentu, jer će se veći deo eliminisati ekspiracijom i aktivnošću cilijarnog epitela. Ako su čestice manje (<1 μm) u alveolama se može deponovati i 50% od udahnutih čestica. Od deponovanih čestica resorbovaće se 50-100%. Iako se resorpcija rastvornih soli može odvijati i u plućnom stablu, glavno mesto resorpcije jesu alveole. Zbog toga je veličina čestica, koja kontroliše deponovanje u alveolama, ključna za proces resorpcije kadmijuma u plućima.

22

Resorpcija putem kože nije zabrinjavajuća, jer se na ovaj način apsorbuje mala količina kadmijuma (0,5%). Može postati značajna kada su koncentrovani rastvori koji sadrže ovaj metal u kontaktu sa kožom nekoliko sati ili duže.

Procesi trasporta i distribucije kadmijuma zavise od načina unošenja i dužine ekspozicije.

Posle peroralne primene resorbovani kadmijum se vezuje za proteine velike molekulske mase kakav je albumin.

Frakcija Cd jona vezanog za plazmatske proteine i frakcija Cd vezanog sa ligandima male molekulske mase (aminokiseline, karbonati, karboksilati, fosfat, itd.) medjusobno su u ravnoteži i u ravnoteži su sa slobodnim jonskim kadmijumom. Metalni jon u ćeliju može biti unešen procesom pinocitoze, zajedno sa proteinom, ali se može i kao jon vezati za neko od mnogobrojnih mesta na površini ćelijske membrane, na primer za fosfolipide ili sulfhidrilne grupe aminokiselina.

Pri hroničnoj izloženosti 90% kadmijuma nalazi se u eritrocitima, a ostalih 10% u plazmi. Prema rezultatima istraživanja kadmijum je u eritrocitima najvećim delom vezan za hemoglobin, mada se može vezivati i za metalotioneine.

Putem krvi kadmijum dospeva u jetru. Približno 30% od ukupnog sadržaja kadmijuma u telu biće lokalizovano u jetri. Takođe će se u istom procentu nalaziti i u bubrezima, a preostala količina distribuira se u sve organe i tkiva u organizmu.

Procenjuje se da biološko poluvreme kadmijuma iznosi 10-30 godina u bubrezima i 4,7-9,7 godina u jetri.

Glavni putevi izlučivanja kadmijuma jesu bubrezi i GIT. Spora eliminacija posledica je izražene kumulacije kadmijuma u organizmu. Dnevno se izluči svega 0,01-0,02% resorbovanog kadmijuma.

Pri normalnoj funkciji bubrega, putem urina se izluči oko 0,01% kadmijuma prisutnog u organizmu. Starenjem se koncentracija kadmijuma u urinu povećava jer se povećava i ukupan sadržaj Cd-a u organizmu.

Putem GIT-a eliminisaće se ona količina kadmijuma koja se ne resorbuje pri peroralom unosu, zajedno sa kadmijumom koji podleže bilijarnoj ekskreciji, koja i pored većeg sadržaja kadmijuma u jetri i pankreasu, ne predstavlja značajan put ekskrecije. Ovome treba pridodati i kadmijum sadržan u epitelnim ćelijama intestinalne mukoze koji u feces dospeva deskvamacijom ovih ćelija.

5.3. Toksično delovanje kadmijuma

5.3.1. Dejstvo na bubrege

Primarne manifestacije toksičnog delovanja kadmijuma pri dugotrajnoj ekspoziciji najčešće su oštećanja na nivou bubrega i to glomerularne filtracije i tubularne reapsorpcije.

Mehanizmi toksičnog delovanja nisu u potpunosti razjašnjeni, ali se smatra da su posledica oštećenja mitohondrija tubulocita i inhibicije produkcije energije antagonizovanjem biomolekula i/ili inhibicijom enzima ključnih za procese transporta

23

kroz mitohondrijalnu membranu i za oksidativnu fosforilaciju, vezivanjem za njihove sulfhidrilne grupe.

U urinu će se javiti niskomolekularni proteini (β2-mikroglobulin, RBP-protein koji vezuje retinol). Ova faza je asimtotska, a svaka duža ekspozicija nosi i teže posledice: aminoacidurija, glukozurija, fosfaturija i kalciurija. Hipofosfatemija i renalna kalkuloza se mogu konsekutivno javiti. U ireverzibilnoj renalnoj disfunkciji vremenom se povećava i nivo kreatinia u serumu, a smanjuje renalni klirens što vodi razvoju progresivne glomerulopatije.

Ustanovnljeno je da kocentracija kadmijuma koja iznosi 200 μg/g renalnog korteksa prouzrokuje β2-mikroglobulinemiju i može se postići dnevnom unosom 140-260 μg kadmijuma putem hrane duže od pedeset godina ili posle više od deset godina rada u atmosferi sa 50 μg/m3.

5.3.2. Dejstvo na respiratorni trakt

Štetno delovanje kadmijuma na nivou respiratornog trakta ispoljava se i nakon akutne i nakon hronične izloženosti.

Iritacija i oštećenje alveolarnog epitela posle jednokratne inhalacije nastaju zbog denaturacije proteina. Plućni kapilari se takođe oštećuju, a ekstravazat koji se sakuplja u alveolama favorizuje nastanak edema (u roku od 24 h). Bronhopneumonija može izazvati smrt ako se ne leči.

Utvrđeno je da je opasno izlagati se koncentracijama <1 mg/m3 u toku 8h, a da duža izloženost višim koncentracijama (5–6 mg/m3) ima letalan ishod.

Efekti hronične inhalacije malim dozama kadmijuma su fibroza disajnih puteva i alveolarna oštećenja, hronična opstruktivna bolest i pulmonarni edem.

5.3.3. Dejstvo na skeletni sistem

Hronična izloženost visokim dozama kadmijuma dovodi do promena na kostima u vidu osteomalacije i osteoporoze. Promene su praćene bolovima u ekstremitetima, nižim delovima kičmenog stuba i otežanim hodom, zbog čega je bolest i dobila ime Itai-Itai ("jao-jao" bolest). Ispitivanja su pokazala da su ove promene bile povezane sa renalnim oštećenjem kao i sa deficitom vitamina D u serumu bolesnika i povećanim količinama mikroglobulina u urinu. Izgleda da kadmijum smanjenjem tubularne reapsorpcije kalcijuma i fosfata prouzrokuje hipokalcijemiju i hipofosfatemiju sto za posledicu ima smanjenje mineralizacije kostiju.

Neki rezultati ispitivanja na eksperimentalnim životinjama i in vitro, sugerišu da kadmijum može imati i direktno delovanje na kosti.

Način ishrane svakako ima uticaja na razvoj ovih promena skeletnog sistema. Deficit vitamina D, kalcijuma i proteina u hrani favorizuje razvoj skeletnih

24

abnormalnosti. Tako se kod radnika sa indukovanim tubularnim oštećenjem koji su unosili dosta proteina i kalcijuma nisu registrovale nikakve promene na kostima.

5.3.4. Dejstvo na kardiovaskularni i hematopoezni sistem

Ispitivanja na životinjama su pokazala da dugotrajna ekspozicija malim dozama kadmijuma uzrokuje hipertenziju i aterosklerozu, a da pri tom ne dolazi do pojave renalne disfunkcije. S druge strane, visoke doze kadmijuma dugotrajno primenjivane dovode do oštećenja bubrega, ali ne i do razvoja kardiovaskularnih bolesti.

Kod hipertoničnih pacijenata detektovan je viši sadrzaj kadmijuma u urinu, a incidenca pojave ateroskleroze bila je veća kod ljudi koji žive u oblastima kontaminiranim ovim metalom.

Epidemiološka ispitivanja su pokazala da postoji direktna korelacija između izloženosti radnika kadmijumu i porasta krvnog pritiska, pa se kadmijum može svrstati u etiološke faktore esencijalne hipertenzije.

5.3.5. Ostala dejstva

Funkcionalna i strukturna oštećenja jetre retko se javljaju kod ljudi zahvaljujući zaštitnoj ulozi metalotioneina. Ako ipak deluje toksično onda je to zbog inhibicije ili stimulacije izvesnih enzima, ometanja metabolizma biometala, inhibicije sinteze proteina.

Efekti kadmijuma na reproduktivni sistem zavise od primenjene doze, vremena izloženosti i biološke vrste koja je izložena štetnom delovanju. Kod životinja inhibira produkciju testosterona i izaziva trajni sterilitet.

Prema Međunarodnoj agenciji za istraživanje raka kadmijum se svrstava u karcinogene za ljude i to prvenstveno u odnosu na rak pluća. Rezultati ispitivanja na životinjama pokazala su da kadmijum može izazvati i rak prostate i testisa. Indukcija eksprimiranih protoonkogena smatra se mogućim mehanizmom kancerogenog delovanja. Oksidativni stres može doprineti nastanku neoplazmi.

Taratogeni efekti ispoljeni kao neurodegenerativne promene javljaju se pri dozama koje su veće od onih koje prouzrokuju renalne efekte u uslovima hronične ekspozicije. Kod ljudi bi to bila doza od približno 0,1 mg/kg/dan.

25

6. ZAKLJUČAK

Iako je otkriven početkom 19. veka, kadmijum je danas svrstan u grupu najznačajnijih metala sa aspekta profesionalne i ekotoksikologije. Poznato je da ovaj metal, sa izraženim kumulativnim delovanjem, izaziva niz štetnih delovanja u organizmu, zbog čega je njegovo određivanje i u životnoj sredini i u biološkim sistemima od velike važnosti. Analitika kadmijuma zasniva se na primeni instrumentalnih metoda, od relativno jednostavnih spektrofotometrijskih postupaka do složenih spregnutih sistema.

Kako su koncentracije ovog elementa u mnogim uzorcima u blizini ili ispod granice detekcije većine osetljivih analitičkih metoda, stalno se radi na njihovom daljem unapređivanju u smislu poboljšanja osetljivosti, selektivnosti, brzine i ekonomičnosti. Neke od njih, koje se najčešće primenjuju u analitičkim laboratorijama opisane su u ovom radu.

Spektrofotometrijska metoda ima veliki značaj kako u kvalitativnoj tako i u kvantitativnoj analizi različitih supstanci. Može se izvoditi na jednostavnim instrumentima (spektrofotometrima), velike osetljivosti, reproduktivnosti i preciznosti. Prednost ove metode jeste i brzina izvođenja kao i njena jednostavnost.

Elektrotermalna atomska apsorpciona spektrometrija je još uvek tehnika izbora za praćenje (određivanje) elemenata u tragovima zahvaljujući velikoj osetljivosti i selektivnosti, veoma niskoj granici detekcije, jednostavnosti izvođenja, zatim minimalne pripreme uzoraka kao i mogućnosti određivanja malih količina i tečnih i čvrstih uzoraka.

Atomska emisiona spektrometrija je primenjiva za određivanje mnogih elemenata u tragovima, istovremeno praćenje više elemenata sa visokom osetljivošću, tačnošću i preciznošću, širokim opsegom linearnosti i sposobnošću efektivne pozadinske korekcije.

Masena spektrometrija je jedna od najmoćnijih analitičkih metoda za analizu najsloženijih smeša organskih jedinjenja, kao i elemenata u tragovima. Submikrogramske količine nepoznate supstance u bilo kom agregatnom stanju mogu se kompletno okarakterisati i kvantifikovati sa velikom specifičnošću i osetljivošću.

26

LITERATURA

1. V. Kapetanović, M. Jelikić – Stankov, Analitička hemija I, Uvod u semimikro kvalitativnu hemijsku analizu, Beograd ,1998.

2. M. Jelikić – Stankov, V. Kapetanović, K. Karljiković – Rajić, M. Aleksić, S. Ražić, S. Uskoković, J. Odović, Semimikro kvalitiativna hemijska analiza, Praktikum za studente farmacije, Beograd, 1999.

3. M. Jelikić – Stankov, V. Kapetanović, K. Karljiković – Rajić, M. Aleksić, S. Ražić, S. Uskoković, J. Odović, Kvantitativna hemijska analiza, Praktikum i zbirka zadataka za studente farmacije, Beograd, 1999.

4. S. Arsenijević, Opšta i neorganska hemija, Naučna knjiga, Beograd, 1994.

5. Norbert W. Tietz, Ph. D., Osnovi kliničke hemije, Treće izdanje, Beograd, 1997.

6. M. Jamaluddin, M. Tauhidul, Analytical Science, 2004, Vol. 20

7. S. Saracoglu, L. Elci, Analytical Science, 1999, Vol. 15

8. H. G. Infante, M. L. Fernandez Sanches, A. Sans – Medel, Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 1998, Vol. 13

9. M. Jokanović, Toksikologija, Elit Medica, Beograd, 2001.

10. A. Stanojević, Mehanizmi toksičnosti kadmijuma, Diplomski rad, Univerzitet u Beogradu, Farmaceutski fakultet, Beograd, 2003.

11. www.chemicalelements.com

12. www.shsu.edu/~chemistry/primers

13. www.webelements.com

14. www.avianin.com

27