Die gleichzeitige spektrochemische Bestimmung von Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium und Phosphor im Blutserum ohne Veraschung

Spectmchimica

Acta,

1950, Vol. 4, pp. 100 to 115.

Butterworth-Sprlngcr.

London

Die gleichzeitige spektrochemische Bestimmung Kalium, Calcium, Magnesium und Phosphor ohne Veraschung

von Natrium, im Blutserum

K. PFEKLSTICKER Chemisches

Untersuchungsamt (Eingegangen

der 14. April

Stadt

Stuttgart

1949)

Sucht man nach einer Method0 zur Bestimmung der mineralischen Elemente des Blutserums in ihrer Gesamtheit, ohne Beschriinkung auf das gewohnlich fast ausschliesslich ermittelte Calcium, so fallt die Wahl beinahe zwangslaufig auf die Die gleichzeitige Bestimmung mehrerer Elemente spektrochemische Analyse. In einem einzigen Arbeitsgang werden entspricht ganz dem Wesen dieser Methode. alle in der Uberschrift genannten Elemente gefunden. Die bekannte grosse Empf?ndlichkeit lasst ausserdem erwarten, dass die Probemenge, wie es fiir Blut Auch der Zeitaufwand sollte gering erwiinscht ist, nicht gross zu sein braucht. sein, besonders dann, wenn das Serum direkt, ohne Veraschung, fiir die Aufnahme Aus diesen Uberlegungen heraus wurden 1935 Versuche verwendet werden bon&c. aufgenommen, einen raschen und geniigend genauen Analysengang auszuarbeitenl. Sie zogen sich wegen der dabei auftretenden erheblichen Schwierigkeiten iiber einen langen Zeitraum hin. Aus diesem Grund und infolge liusserer Hindernisse In kurzer Fassung wurden die Ergebnisse erfolgt die Veriiffentlichung erst jetzt. schon im Fiatbericht spektrochemische Analyse [I] mitgeteilt, einige Beobachtungen sind in einer friiheren Mitt&lung iiber den selbstziindenden Abreissbogen enthalten [ 21. Mit der Frage der spektrochemischen Kationenbestimmung im Blut und Serum haben sich schon mehrfach Untersuchungen befasst. NORINDER [3], [4] verwendet die Fbmmenmethode nach LUNDECGRDH zur Analyse des Gesamtbluts und des Serums. Am raschesten und einfachsten ist die direkte Messung des gefilterten Lichts mit Hilfe einer Photozelle, wie sie namentlich SCWHENECHT ausgearbeitet des Kaliums, hat. Besonders bewahrt hat sich das Verfahren fiir die Bestimmung Eine fiir die Serumdoch 1Lsst es sich such auf Natrium und Calcium ausdehnen. analyse geeignete Arbeitsweise hat BELKE [6] angegeben. Magnesium und Phosphor k&men aber auf diese Weise nicht bestimmt werden. Eine Analysenmethode fiir diese beiden Elemente ist also nicht iiberfltissig, namentlich wenn sie mit einem geringen Mehraufwand an Zeit such die anderen Kationen umfasst . Auch fti die Analyse des Magnesiums im Blut liegen schon Veroffentlichungen vor. Meist muss vor der Aufnahme verascht werden. Im anderen Fall tretcn systematische Fehler auf, die durch Korrekturen beseitigt werden miissen [6]. Diese und andere Schwierigkeiten werden umgangen, wenn das (verdiinnte) Blut in die Entladung eingespriiht wird [73. Aschenanalysen sind dagegen die Methoden nach DUFFENDACK [8], [9] zur Untersuchung biologischen Materials. Auch die Arbeit FOSTERS [lo] ist bier zu erwlihnen. 1 Die Veranlesaung zu diesen Untemuchuugen &tailung des Mmienhoapitale Stuttgart.

gab W. STEMMEB, dmn&

loo

leitender Arzt der Fmuen-

Spektmchembche

Bestimmung

von Netrium,

Kalium,

Calcium.

Magnesium

und

Phosphor

im Blutserum

Die Z&l der Schwierigkeiten, die der erstrebenswerten direkten Analyse des Serums entgegenstehen, ist tstsiichlich nicht klein. Bedenkt man, dass die Unterschiede im Minerrtlstoffgehalt von gesundem und krankhaft verlindertem Blut gewohnlich nur lO-20% des Gehalts ausmachen, so versteht es sich von selbst, dass der mittlere Fehler einige Prozente nicht uberschreiten darf. Gerade diese Forderung ist nicht ganz leicht zu erfullen, sind doch die Alkali- und Erdalkalimetelle und eben8o Phosphor in ihrem spektrochemischen Verhalten sttiker von anderen Elementen und voneinander verschieden 4s die gewohnlich analysierten Metalle. Dazu kommt, dass der Gehalt des Serum8 an Kalium und Phosphor nicht allzuweit iiber der Nechweisgrenze liegt, such erfordern gerade diese beiden Elemente fiir den emp6ndlichsten Nachweis entgegengesetzte Anregungsbedingungen. Die Eiweissstoffe des Serum8 sind eine Quelle besonderer Schwierigkeiten. Sie k&men bei Magnesium und such bei Calcium systematische Fehler verumachen, ausserdem bilden sie auf der Elektrode einen sproden Film, der bei der Aufnahme sehr leicht ebspringt. Es sind also die Massnehmen zu besprechen, die der Erzielung einer ausreichenden Emp&llichkeit und Genauigkeit dienen, zu richtigen Ergebnissen fiihren und die besonderen Schwierigkeiten beheben, die durch Inhaltsstoffe des Serums bedingt sind. Maasnahmen

zur

Erreichung einer geniigenden Empfmdlichkeit und Genauigkeit Wie gewohnlich st.ehen die Anforderungen an die Empfindlichkeit der Methode, die sich in der kleinsten nechweisbaren Menge ausdriickt, und an ihre Genauigkeit, die durch den mittleren Fehler charakterisiert wird, im Gegensatz zueinander. E8 zeigte sich schon bald, dass eine Anregung mit dem durch seine Genauigkeit bekannten FEUSSNER-8bkm nicht in Rage kam. Diese Anregungsart war weder fiir Kalium noch fiir Phosphor empfkndlich genug, da da8 Serum nur etwa 20 mg K und 11 mg P in 100. ml enthiilt. Au8 diesem Grund wurde zuniichst der (Gleichstrom-) Abreissbogen mit seiner grosseren Empfindlichkeit gewlihlt. Urn seine mangelnde Genauigkeit zu erhijhen und die durch den Film de8 Serum8 verursachte schlechte Ztindung zu verbessern, entwickelten wir au8 dem urspriinglichen mechanischen Abreissbogen den Abreissbogen mit Hochfrequenzziindung, der schlicsslich in der Form des Niederspsnnungsfunkens [2], [l l] alle Anforderungen der direkten Serumanelyse erfiillte . Der Niederspannungsfunken, der inzwischen weite Verbreitung gefunden hat, besitzt namentlich gegeniiber dem Gleichstrom-AbreissEr ist fiir Phosphor mindestens ebenso empfindbogen eine erhijhte Geneuigkeit. lich wie der (hoohbelastete) Abreissbogen, wiihrend Kalium zwar schw&cher, aber mit seinen empfindlichsten Linien noch ausreichend angeregt wird. Die Empfindlichkeit fur Phosphor und Kelium krtnn durch die Selbstinduktion im Entladungskreis auf das richtige Mass eingestellt werden. Erhohung der Selbstinduktion verstiirkt die Kalium-Linien, schwlcht aber die Phosphorlinien ab, wie es die verschiedene Hiihe der Anregungsspsnnungen such erwarten liisst . Stromart

und Polung

Fiir die direkte Serumanalyse ist der mit Wechselstrom betriebene Niedereiner Halbwelle spannungsfunken am besten. Erfolgt die Ziindung im Maximum de8 Lsdestroms oder in dessen N&he, so is% der Kondensator in diesem Augenblick auf eine hohere Spannung aufgeladen els bei Gleichstrom mit der gleichen effektiven 101

Spanmmg. Auf diese Wei6e wird der durch die Hochfiequenzziindung ermiiglichte Ubergang der Niederspamung begiinstigt, abgesehen davon, dass der Kondensator fiir eine gleichstarke Entladung etwas kleiner sein kann. Fast noch bedeutungsvoller ist jedoch ein anderer Vorzug des Wechselstrom-Niederspannungsfunkens. Es besteht bei ihm vie1 weniger ah beim Gleichstrom-Niederspannungsfunken die Gefahr, dass infolge eines zu kleinen Vorwiderstands die Entladung in einen Dauerbogen iibergeht . Bei der Serumanalyse ist diese Gefahr besonders gross, weil bier viele leicht verdampfbare Elemente mit niedriger Ionisierungsspannung vorliegen. Moglich ist aber Gleichstrom auf jeden Fall und wir haben jahrelang mit GleichStrom gearbeitet, weil uns kein Wechselstrom zur Verfiigung stand. Zur Frage der Polung, die such ZEVIMER [ti] behandelt, hat sich ergeben, dass die Linien der Kationen und allerdings such der kontinuierliche Untergrund besonders intensiv sind, wenn sich die Substanz auf der Anode befindet. Phosphor ist dagegen auf der Kathode empfindlicher. Bei unseren Analysen haben wir die Substanzelektrode als Anode gesohaltet. Wahl der Bezugaelemente Zur Erzielung einer moglichst grossen Genauigkeit geniigt es nicht, die elektrischen Bedingungen optimal zu gestalten. Ebenso wichtig ist es, ein Bezugselement zu wahlen, das sich in seiner Anregung uad in seinem chemischen Verhalten, namentlich in der Verdampfung, miiglichst wenig von dem zu bestimmenden Element unterscheidet. Je besser die Angleichung ist, umso weniger fallen Unregelmassigkeiten des Stromiibergangs oder der Warmeableitung, Schwankungen in der Bearbeitung der Elektrodenflache durch die Entladung und lihnliche, einer hohen Genauigkeit entgegenstehende Einfliisse ins Gewicht. Bei der Verschiedenheit der im Serum vorkommenden Elemente ist es klar, dass man mit einem einzigen Bezugselement nicht auskommt. Nach BRECKPOT [12] bilden die Alkali- und die Erdalkalimetalle zwei verschiedene, oft gegensiitzliche Reihen. Auch wir haben diese Beobachtung gemacht und ebenfalls gefunden, dass kleinere Unterschiede such innerhalb der beiden R&hen nuftreten. Wie sich schon aus dor chemischen Verwandtschaft voraussagen lasst, sind z. B. Elementpaare wie K/Rb oder Ca/Sr gut, wiihrend etwa die Paare K/Li oder Mg/Sr gegeniiber storenden Einfliissen anfalliger sind und daher keine so guten Ergebnisse liefern. Jedes Element des Serums erhielt deshalb sein besonderes Bezugselement. Nach manchen Versuchen wurde folgende Wahl getroffen: Li fiir Na, Rb (oder In) fiir K, Sr fur Ca, Mn fiir Mg, Sb fiir P. Es handelt sich meist urn chemisch verwandte Elementc aus der gleichen Vertikalreihe des periodischen Systems und urn Elemente, die etwa gleichzeitig verdampfen. Ein gutes Bezugselemeut zeichnet sich nach unseren Erfahrungen dadurch aus, dass sein Siedepunkt mit dem des Analysenelements mijglichst iibereinstimmt. Das Paar Mg/Mn erfiillt diese Forderung zwar nicht ganz. es besteht aber eine gewisse chemische Ahnlichkeit. Jedenfalls liess sich kein besseres Paar linden. Fiir Phosphor wurde au& das chemisch noch n&her verwandte Amen in Gestalt von Arsensaure versucht. Antimon war aber besser, obwohl die Unterschiede der Siedepunkte der Elemente hier grosser sind. Ausschlaggebend sind jedoch die Siedepunkte der tatsachlich verdampfenden Verbindungen [lJ]. Phosphor, der in der Form des Elements bei 282” siedet, ist als Phosphat such in Gegenwart organischer Substanz bei 900” noch nicht fliichtig, wenn Luftsauerstolf zutreten kann. Das Elementpaar P/Sib ist zwar verhiiltnismassig gut, aber. wie nachher

Bpektrochemische

Bestimmung

van

gezeigt wird, gegen lussere fiir das Paar Na/Li.

Natrium,

Kalium,

Einfliisse

nicht

Calciwn

Magxxs,ium

und

ganz unabhangig.

phosphor

Des

im Blutsem

gleiche

gilt

Auch die Anregungsspannungen der Analysen- und der Bezugslinie sollten nach Mijglichkeit nicht zu verschieden sein. Diese Bedingung ist nicht schon dadurch erftillt, dass die beiden Linien auf der Platte nicht zu weit voneinander entfernt liegen, also ahnliche Wellenlangen haben. Masugebend ist die vom Gnmdzustand des Elements aus berechnete Anregungsspannung. die nur fur Linien. die zum Grundzustand gehen, mit der + beiden Energiedifferenz der Linienterme identisch. sonst aber grosser ist. Es konnte nicht festr,t _ *. . gestellt werden. ob diese. Vori - . aussetzung bei allen gewiihlten 9 . ONI% \ *. Linienpaaren zutrifft. Die P I,o 8 .I * * .. Linie 2536 hat z. B. ziemlich ’ 5 -... sicher eine wesentlich hohere Ani-4- . 1 . * t regungsspannung als Sb I 2598. $ 4J. Das Intensitlitsverhaltnis der P- % . l . Jh zur Sb-Linie steigt bei einem 3 \, . Wechsel der Anregung vom Ab- 20s reissbogen zum selbstinduktions’ armen Niederspannungsfunken to nicht unbetrachtlich. Der spek. trale Charakter der P I-Linie : : 2 ca gleicht mehr dem der Mn II. QLinie 2594 [2]. t *. Die Bezugselemente werden I I ,\ I I im Interesse einer hohen Ge4’ -rr,+ 0 -qs +42 +4r -52 N-0 nauigkeit dem Serum schon beiAbb. I-Abhkngigkeit einiger Intensitiltsverh~ltnisse van gemischt, bevor es auf die Elekder Intensittit. Gegenelektroden: Kuppen K 5 r=3 mm. t,rode gebracht wird. Was die ~en]m: I (P I 253&--sh I 2598)/Sh I 2598. 2 (Ca II 3179II 3484. 3 (Mg II 2803-Mn II 2594)/Mn II Elektroden betrifft,, so ist na- Sr II 3464)/Sr 3232)/Li 3232. 5 (Mn II 2594mentlich such die Form der 2594. 1 (Na I 3303-LiMn I I280l)/Mn 2801. Gegenelektrode von starkem Einfluss auf die Genauigkeit. Kuppen sind gegen schriige Einstellung unempfindlich (WOLBANK). Verwendet man aber Kuppen mit dem Kriimmungsradius von 3 mm, so ergibt sich bei Calcium vnd namentlich bei Phosphor ein grosser mittlerer Fehler. Ausserdem bleibt am Rande der TrBgerelekt,rode (Durchmesser 5 mm) stets ein unverbrannter ringformiger Rest der Substanz zuriick. Starke Schwankungen der Linienintensitaten treten auf, ohne dass an den .Bedingungen etwas geandert wird. Dabei zeigt sich eine Abhangigkeit des Spektralcharakters und mehrerer anderer Intensitatsverhaltnisse von der Intensitat des Spektrums in dem Sinn. dass mit zunehmender Intensitat das Spektrum bogenartiger und die Intensitatsverhaltnisse der verwendeten Linienpaare von Ca/Sr und P/Sb kleiner werden (Abb. 1). Mg/M JI und Na/Li bleiben dagegen konstant. Eine ahnliche Abhangigkeit findet .man nun such. wenn der Elektrodenabstand vergrossert wird (Tabellr I). Die (nicht angegebenen) Intensitaten namentlich der Bogenlinien nehmen bis etwa 3 mm Abstand zu und fallen dann wieder ab. Das Abfallen kommt hier nicht in Betracht.

K.

PFEILSTICKER

Es ist beksnnt, dass viele IntensitZitsverhiiltnisse in der Entladung ortlich (und zeitlich) nichts weniger als konstant sind und deshalb such auf eine Anderung des Elektrodenabstands ansprechen. In Tabelle 1 sind ausser den fiir die Serumanelyse verwendeten Linienpaaren noch weitere Intensit&tsverhliltnisse aufgefuhrt, (Mg I -Mg I R) die den Spektralcharakter (Mn II -Mn I) und die Selbstabsorption kennzeichnen. &be&

I-Det

Elektroden abstmd mm 1 1-B 2 3 4.6

Einfluas

dea

tauf

Ekktrodenab8tandecr

P I-Sb I 2636 2698 o-at

kXgII- MnI 2803 2594 2-2 t

0.23 0.02 -0,OQ -0.14 -0.22

0.43 O-38 0.37 0.37 0.34

einige

hngegeben

~nt..etilii&eTti&nti8e,

a.!.~ AY+ Na I-Li

Ca II& 11 3179 3464 l-1t

3303 3232 l-17

0.16 0.01 -0.04 -0.08 -0.11

0.32 0.31 0.30 0.31 0.30

R = Linie mit Selbstabsorption. Ebene Elektroden. l Y =Logarithmus der Intensitiit. t Filter&An (0) 100 %, (1) 60 %, (2) 10 %.

I

I nrig I-Mn

Mn II-I

2780 2801 o--lt

2694 2801 2--lt

Mg I-I R 2780 2862 0--2t

-0.27 -0.36 -0.46 -0.61 -0430

-0.08 -0*22 -0.34 -0.46 -0~63

0.00 -0.19 -0.26 -0.31 -0.38

Wie man sieht, iindert sich such die Selbstabsorption. Daher mag es kommen, dess Mg II 2803/l& II 2694 verhliltnismiissig invariant ist gegen Abstandslinderungen. Das Linienpaar unterliegt zwei entgegengesetzten Einfliissen, die sich annlihend eufheben. Des mit der selbstumkehrarmen Linie Mg I 2780 gebildete Paar l&sat dementsprechend eine vie1 grijssere Abhiingigkeit vom Elektrodenabstand erkennen. Die grossen Schwankungen bei der Verwendung von Kuppen mit kleinem Kriimmungsradius lassen sich also zum mindeaten teilweise auf den uneinheitlichen Elektrodenabstand zwischen den verschiedenen Punkten der Kuppe und der ebenen Triigerelektrode zuriickfiihren. Je nachdem, welche Punkte der Kuppe im Mittel von der Entladung bevorzugt werden, weicht der tatslichliche Elektrodenebstand vom scheinbaren ab, der vom Scheitel der Kuppe gemessen wird. Der Elektrodenabst~nd ist in Wirklichkeit trotz gleicher Einstellung nicht konstant und aIs Folge davon sinkt die Genauigkeit. Mit ebenen Gegenelektroden erh< man tats&chlich einen vie1 kleineren mittleren Fehler als mit stark gekriimmten Kuppen, mit Ausnehme vom Paar Na/Li, das nicht beeinflusst wird. Will man keine ehenen Gegenelektroden verwenden, um die Nachteile einer nicht gctnz einwandfkeien Stellung der Elektroden zu einander zu vermeiden, so muss der Krmnmungsradius der Kuppe mindestens 8 mm betragen, wenn die Tr&gerelektrode 6 mm Durchmesser hat. Auf die Gri.inde der Empfindlichkeit von Intensit&tsverh<nissen gegen Abstendslinderungen soll hier nicht n&her eingegangen werden. Im wesentlichen kommen Unterschiede in den Anregungsspannungen, Verschiedenheiten in der Verdampfung und Auswirkungen der Selbstabsorption in Retracht. Die Vermeidung systematiseher Fehler Auch wenn der mittlere Fehler durch die bisher besprochenen Massnahmen klein gehalten wird. braucht das Ergebnis doch nicht richtig zu sein. Wie 104

Spektrochemische

Bestimmung

van Natrium,

Kalium,

Calcium,

Magnesium

und Phosphor

im Blutsenun

ZIMMER [6] ausfiihrt und wie wir unabhangig davon schon gleich zu Beginn unserer Versuche fanden, fallen die Magnesiumwerte im Serum vie1 zu hoch aus, wenn man von einer Vergleichsreihe ausgeht, die keine organ&he Substanz enthalt. Die Intensitlit des Mg-Spektrums wird durch anwesende organische Substanz betrachtlich gesteigert. Die gleiche Beobachtung machten wir bei Calcium und Strontium, nicht aber bei Barium. Lanthan wird nach einer Angabe VAN CALKEIU [14], die wir bestiitigen konnen, ebenfalls verstlirkt, wenn organische Substanzen zugegen sind. Ohne auf alle Einzelheiten einzugehen, suchen wir die Erscheinung mit Hilfe unserer Versuchsergebnisse zu erkharen. Eine Losung, die eine Reihe von Elementen enthielt, wurde ohne und mit organischer Substanz auf Kupferelektroden eingetrocknet und im Niederspannungsfunken mit kleiner und mit grosser Selbstinduktion, sowie im Wechselstrom-Abreissbogen mit Hochfrequenzziindung aufgenommen. Die organische Substanz beeinflusst die Intensitat, den SpektraIcharakter und die Selbstabsorption. Mit Ausnahme des Golds wird bei allen Elementen die Intensitat verstarkt, aber in verschiedenem Masse. Die Verstiirkung andert sich such mit W&rend sich Funkenlinien in allen 3 Anregungsarten gleichder Entladungsart. miissig verhalten, werden Bogenlinien besonders im Niederspannungsfimken mlt kleiner Selbstinduktion verstarkt, im Abreissbogen dagegen kaum noch beeinflusst. Wenn Linien ohne storende Selbstabsorption und nicht zu verschiedener Anregungsspannung gemessen werden, lassen sich die Elemente nach znnehmender Intensitiitssteigernng in folgende Reibe einordnen : Au
Na, BasMncSr,

MgsCasLa.

Gold bleibt fast nnbeeinflusst, Lanthan erf&rt die grosste Intensitlitszunahme. Wir beziehen die iibrigen Elemente auf Nickel und vermuten, dass die verstiirkte Intensitat des Nickelspektrums, die nach allen Anzeichen auf eine erh6ht.e Verdampfimg zuriickgeht, dadurch bedingt ist, dass die aus der organ&hen Substanz entstehende KohIe eine hohere Temperatur annehmen kann ala das Kupfer der Tragerelektrode. Gold diirfte durch das Kupfer elektrochemisch ausgefallt werden und sich so der Beeinflussung durch die organische Substanz entziehen. Man kann nun fragen, warum ein Teil der genannten Elemente sehr vie1 mehr verstiirkt wird als Nickel. Zur Beantwortung dieser Frage werfen wir einen Blick auf Tabelle 2, auf der die Siedeprmkte der freien Elemente und ihrer Oxyde mit den IntensitZitszunahmen gegeniiber Nickel zusammengestellt sind. Wir finden, dass die Intensitatssteigerung durch organische Substanz umso ausgepragter ist, je tiefer der Siedepunkt des Metalls unter dem des Oxyds liegt. Durch die aus der organischen Substanz entstehende Kohle werden bei der hohen Temperatur die Oxyde zu den freien Elementen reduziert, die infolge ihres niedrigeren Siedepunkts leichter verdampfen und damit ihre Konzentration im Gasraum erhohen k&men. Auch VAN CALKER [Ia] erblickt in der Intensitatssteigerung eine Reduktionsw-irkung, die er aber mit einem Energiegewinn der Entladung in Zusammenhang bringt. Das in Tabelle 2 nicht aufgefiihrte Alkalimetall Natrium geht vollig parallel mit Nickel. Bei ihm liegen besondere Verhaltnisse vor. Das Oxyd diirfte hier als verdampfende Verbindung nicht in Betracht kommen. Der Unterschied der Siedepunkte ist daher ohne Bedeutung. Die organische Substanz beeinflusst such den Spektralchara.kter (A Y II-I) rind die Selbstabsorption (A Y I-I R oder II-II R) und zwar in unterschiedlichem Masse je nach der Anregungsart und dem Element (Tabelle 3).

K. PFEILBTICKER Tab&

.2’-Siedepunkte

vers&edener zuna,hme ihrw

Sie&punkt

TI

*

Element

Ox@

Netall “C

Elernente Spektrum.9

“C -

Au

2960

Ni

3177

9

Ba

1638

2000

und ihrer Oqde durch organ&he

Intensititseteigerung Subatanz,

NF,

dumh auf

organ&he Nickel

L QrO.38 AY

1

bezogen

L klein AY

N-F,

in der Reihenfolge Substanz

-

-

0.03

0.04

1 Linienpaar

ABHF AY

-0.21

-0.35

0.00

0.05

2152

?

0.10

0.12

0.04

Sr

1364

2430

0.29

0.36

0.42

W

1102

2800

0.34

0.34

0.45

Ca

1439

2850

0.39

0.41

0.48

La

1800

4200

0.41

0.67

0.74

Tabelle

ah

3-Einfluae

Organ&h Subatanz

Anregung

organtichen Ni II--I 2316 2320 @---ot

Mn II-I 2594 2801 2-1t

NF L klein

ohne mit

0.38 0.30

0.45 0.10

NF L groaa

ohne mit

O-08 0.07

0.07 - 0.05

ohne mit

-0.03 + 0.04

-0.06 - 0.09

ABHF

.-

mit Berlin

auf Spektralcharakter

Subatanz

Au I-Ni I 2748 3414 -

-

Mn

NF = Niederspannungsfimken, AHHF Wechselstrom-Abreisebogen L Selbstinduktion, Y = log Intensit(Lt. Dsten unter Tebelle 3. * Nach D’Ans-Lax, Teechenbuch fur Chemiker upd Physiker,

der IntenaitG&s-

IPI

2791 2780 l-ot - ___0.60 0.04

BaII-Ni 2336 MnII-Ni 2594 Sr II-Ni 3404 Mg II-Ni 2791 Ca II-Ni 3179 La II-Ni 3949

II 2394 II 2394 II 2394 II 2394 II 2394 II 2394

Hochfrequenzztindung,

1943. und

Selbstubeorption

Mg

A Y

l

w!

I-I R 2780 2852 O-l?

II-II 2791 l-2t

-0.83 -0.21

-0.41 -0.18

-0.09 -0.46

-0.68 -0.16

-0~72 -0.45

-0.37 -0.50

-@tzl -0.10

R 2803

-0.84 -0.41

i Y =log der Intensitat, R =Linie mit Selbstabsorption. t Filterstufen (0) 100 %, (I) 50%. (2) 10%. NF’=Wechselstrom-Niederspannungsfunken 220 V 30 PP. L klein = @5 mH. L gross = 4 mH. ABHF Wechselstrom-Abreissbogen mit Hochfrequenzziindung 220 V 10 Ohm. Je Element 10 y. Au=2Oy,, Na=lOO y. Organische Substanz = 3 mg Antipyrin. l

Die Entladung wird durch organische Substanz hogenartiger, sehr ausgepragt bei Magnesium, weniger stark bei Mangan. wahrend Nickel kaum einen Einfluss erkennen lasst. Die 3 Elemente stehen hier wieder in der Reihenfolge der Tabelle 2. Auch die Art der Anregung ist fur die Griisse der Wirkung nicht gleichgiiltig. Im Niederspannungsfunken mit kleiner Selbstinduktion ist sie am grossten. Die 106

Spektrochemische

Bescimmu~g

van

Natrium.

Kalium,

Calcium,

Magnesium

und

Phosphor

im Blut
Selbstabsorption wird durch die organ&he Substanz nicht unbetrachtlich erhoht. Das gilt fiir Atom- wie fti Ionenlinien. Alle Beobachtungen sprechen dafiir. dass der Effekt auf einer besonders starken Vermehrung der Dampfmenge des Elements beruht. N&her kann hier auf diese Frage nicht eingegangen werden. Die VergZeichsl&mgen miden serunziihnlich sein Die organischen Substanzen des Serums konnen also systematische Fehler verursachen . Gibt man daher zu den Vergleichslosungen organische Subst’anzen in gleicher Menge wie sie im Serum enthalten sind, so werden die systematischen Fehler beseitigt und m8n erhalt richtige Ergebnisse. Bei der Auswahl einer geeigneten Verbindung ist zu beachten, dass such das Verhaltnis Kohlenstoff: Seuerstoff : Stick&off &.nlich sein soll wie im Serum. In diesem Punkt ist. das Tabelle

4--Menqe

und

Zuaammeneetzung Organiache Subatunz %

Serum (Mittel) VergleichalGsungen Antipyrin Qlykokoll Zitronenatiure (in det Na-L&wng) Vergleich irwgmamt

der organ&hen

Stojje

in Serum

und

I’ergleich

C

H

0

h’

%

%

%

73

7.8

4.3

O-57

1.7

1.2

4.0

3,23 0.96

0.29 0.20

O-69

0.10

0.01

0.39 1.28 O-16

4.29

0.50

1.83

1.25

2:;

7-9

0.56 -

Ergebnis unserer Versuche allerdings nicht einheitlich. Urn jedoch alle Fehlermiiglichkeiten zu vermeiden, haben wir nicht nur die Gesamtmenge der organischen Verbindungen des Serums in den Vergleichslosungen nachgeehmt, sonden ebenso ihren Sauerstoffund Stickstoffgehalt. Die organische Substanz des Serums ist nun ziemlich arm an Sauerstoff. Sauerstoffarme organische Verbindungen sind aber gewdhnlich nicht sehr wasserloslich, so dass sie der Vergleichsl6sung nicht in der erforderlichen grossen Menge zugesetzt werden kijnnen . Eiweissverbindungen und Peptone sind such nach Elektrodialyse fiir diesen Zweck nicht rein genug. Nach manchen Versuchen wurde fur die Vergleichslosungen Antipyrin gewlhlt, dem eine solche Menge Glykokoll zugesetzt wurde, dass sich ein dem Serum entsprechender Gehalt an Kohlenstoff, Sauerstoff und Stick&off ergab (Tabelle 4). Nimmt man in anderen Fiillen noch Glukose hinzu, so lasst sich das Verhaltnis der Elemente in weiten Grenzen verandern. Die Form des Stickstoffs ist nicht ganz gleichgiiltig. Amino- und Ring-Stickstoff, tie er fast ausschliesslich im Serum vorliegt, kann nicht durch Ammoniumoder Ein Einfluss des Serum-Schwefels (0.15% S) Nitrat-Stickstoff nachgeehmt werden. war nicht zu beobachten. Eine entsprechende Menge Thioharnstoff in den Vergleichsliisungen anderte die Intensitiitsverhiiltnisse der Spekt,ren nicht und wurde deshalb wieder weggel8ssen. Ausser der orgsnischen Substanz ist such der Siiuregrad der Vergleichslosungen fiir das Aussehen der Spektren und den Spektralcharakter nicht zu vernachlassigen. Die Vergleichsliisungen wurden deshalb zunLchst im Chloridgehalt dem Serum angepasst und im iibrigen mit Zitronensiure und Natriumbikarbonat auf einen 107

K. FTEILSTICKER

pH-Wert von etwa 7.3 eingeslellt, der dem Serum-pH iihnlich ist. Damit ist such der &iurepuiIerung des Serums Bechnung getragen. Die Zitronensiiure hat gleichzeitig die Aufgabe, Elemente wie Calcium und das als Bezugselement zugesetzte Antimon in Losung zu halten. Trotz allen Massnahmen war aber die Nachahmung des Serums noch nicht vollstandig bis in alle Feinheiten gehmgen, ganz abgesehen von dem physikalischen Unterschied, der durch die Fihnbildung des Serums bedingt ist. Das zeigte sioh an kleinen Versehiedenheiten im Aussehen der Spektren und besonders an den Werten fti Phosphor, die im Durchschnitt etwas zu hooh lagen. Ein vollstandiger Ausgleich konnta erst durch die Zumischung einer grosseren Glukosemenge zu TabeUe

5-Abhiingigkeit

dea

Der

Int~erfiUnieeea uon Schuzznkungen

Phoaphor~An.timon dea Chbwidgehal~

Bezugd&un.g zugeaetzt

PI-SbI 2636 2698 AY

HCl+NH,

-Zitrat,

pH

7

m0, NH&l

Vergleichel6sung BezugslGsung: In Klemmem:

I. nut 3/5 des Werte such

C8C1,

-0.75

LiCl LiNO,

-0-81 -0.82

normalen wegen

LiCl, gebnderter

kein

NH&l. Lithiummenge

NatriumlLithium

Na I-Li I 3303 3232

-o*tM -0.77 -0.67 -0.77 -0.68

2%&l 2%

und

AY

0.01 O-06 0.01 0.06 0.03 0.01 (-0.21) (-0~16)

Zue&tze BqUiV8ht vemchieden.

2%

HCl.

Vergleich und Serum geschaffen werden. Dadurch werden such Schwankungen in der Zusammensetzung des Serums bedeutungslos. Wie man heute allgemein erkannt hat, ist es fti die Vermeidung von zuf8lligen wie besonders von systematischen Fehlern wichtig, dass die Hauptmenge der verdampfenden Substanz in der Probe und im Vergleich iibereinstimmt. Zu diesem Zweck werden spektrochemische Puffer wie z.B. Lithiumtartrat [lo] zugesetzt. Des verhiiltnismiissig leicht ionisierbare Lithium stabilisiert die Ionenerzeugung in der Entladung, das organische Anion macht die Gegenwart organischer Stoffe im Untersuchungsmaterial unschiidlich. Wir w&hen als organische Substanz Glukose, weil sie ausser ihrer Beinheit und guten Wasserlijslichkeit einen besonderen Vorzug hat, der nachher besprochen wird. Einen stabilisierenden Einfluss auf die Entladung haben in erster Linie die Bezugselemente, namentlich das in grosserer Menge zugesetzte Lithium. Ohne die puffernde Wirkung des Lithiums wird z.B. der Spektralcharakter, gemessen am Intensitlltsverhaltnis Mn II/Mn I, von der VergleichslBsung I nach III merklich bogenartiger, weil der Vergleich III mehr Kationen und zwar hauptsiichlich leicht verdampfende und ionisierbare enthllt ala I. Die Hauptkationen sollten deshalb in den Vergleichen in nicht allzu st8rk unterschiedlichen Mengen enthalten sein. Das NBtrium, das im Serum weitaus vorherrscht, wurde aus diesem Grund nicht im Verhiiltms 1: 2 wie die tibrigen Kationen, sondern nur in vie1 geringerem Masse 8bgestuft. 108

Spektrochemische

Bestimmung

van Natrium. K&un.

C&ium,

Magnesium und Phosphor im Blutaerum

Ausser der organischen Substanz und den Kationen sind such die Anionen, wie man weiss, fur Einfliisse auf manche Intensitlitsverhliltnisse verantwortlich. Nach Tabelle 5 wird Natrium/Lithium durch Chlorid allgemein etwas gesenkt. Die Erhohung, die Phosphor/Antimon erfahrt, ist dagegen nicht ganz eindeutig. CaCl, und LiCl haben hier keine Wirkung. Deshalh wurde der Bezugslosung ausser anderen Chloriden such Ammonchlorid zugesetzt, das den Effekt zeigt. Die im Ueberschuss zugesetzten Chloride kompensieren die Unterschiede im Chlorionen-Gehalt der Vergleiche (I 0.2374, II 0*35x, III 0.68% Cl) und die Schwankungen des Serums, das im Mittel 0*32-0.36% Cl enthalt. Im anderen Fall zeigen die Eichlinien eine Neigung zur Kriimmung und es konnen such hier systematische Fehler auftreten.

Die Behebung

beeonderer

Schwierigkeiten

Mit der dem Serum zugesetzten Glukose wurde gleichzeitig eine sehr ernstliche Schwierigkeit uherwunden, die uns lange zu schaffen machte. Porijse Hilfselektroden sind nach unserer Erfahrung fur die Serumanalyse nicht zweckmiissig, da die Empflndlichkeit und die Genauigkeit durch das Aufsaugen, die dadurch bedingte Adsorption und die undefinierte Verdampfung absinkt. Die Elektrode wirkt wie eine Adsorptionssaule in der chromatographischen Analyse, wobei die Eindringtiefe und ebenso nachher die Verdampfung von sehr vielen Faktoren abhangen. Auch DUFFENDACK [8] lehnt porijse Elektroden namentlich f%.r sol&e Fliissigkeiten ab, die organische Substanzen enthahen. Wir verwenden deshalb Kupferelektroden, die ausserdem sauber zu handhaben sind und den bier behandelten leicht verdampfbaren Elementen mindestens die gleiche Empfindlichkeit verleihen wie Kohlealektroden. Trocknet man aber Serum auf Metallelektroden ein, so bildet sich ein s roder Film, der w&rend der Aufnahme sehr leicht abspringt. Dieser liistige 8 belstand wird durch die zugesetzte Glukose beseitigt. Die Masse haftet jetzt nach dem Trocknen sehr fest und verdampft bei der Aufnahme allmlihlich. Eine derart mit Substanz versehene Hilfselektrode liisst sich wie eine gewohnliche Metallelektrode handhaben. Es ist .auch iiberfliissig und wegen der undellnierten Lichtabblendung sogar nachteilig, den Elektroden fur Fliissigkeiten die Form von Mulden zu geben. Der Raumgewinn durch die Muldenform fallt nicht ins Gewicht. Mit dem Zusatz von Glukose haften die Substanzen such auf vollig ebenen Fliichen genugend fest . Eine allgemein anwedbare Zusatzliisung Auf dieser Grundlage wurde eine allgemein anwendbare “ Zusatzlijsung ” fiir die Analyse von Losungen und festen Stoffen auf Tragerelektroden entwickelt [l], [15]. Die ZusatzlGsung soll die Analysensubstanzen nach dem Eintrocknen auf der Elektrode festhalten und hat gleichzeitig noch die Aufgabe, puffernd zu wirken und Bezugselemente aufzunehmen. Klebstoffe wurden fiir die Analyse von P.ulvern schon vielfach vorgeschlagen, sie haben aber fast alle einen fur die Aufnahme nicht sehr geeigneten physikalischen Zustand und lassen sich nicht leicht genau abmessen. Fur eine genaue Analyse ist es aber notwendig, dass sich eine trockene, feste Masse in immer gleicher Menge auf der Elektrode befindet. Die Zusatzlosung enthiilt als Hauptbestandteil Glukose, die aber nicht direkt verwendet, sondern vorher mit Glykokoll und Harm&off kondensiert wird. Bei der Kondensation entsteht unter Austritt einer erheblichen Menge Wasser ein braunes, hochmolekulares, aber trotzdem gut wasaerlosliches Produkt. Durch die stickstoffhaltigen Substanzen wird die Kondensation so stark erleichtert, dass sie bei 100” auf dem Wasserbad vor sich geht. Ham&off allein geniigt nicht, 109

K. PFELLSTICKER

man kann aber einen Teil des Glykokolls durch ihn ersetzen, ausserdem gibt er dem Kondensationsprodukt bessere physikalische Eigenschaften. Das Ausmass der Kondensation richtet sich nach der Temperatur und der Reaktionsdauer, das Erhitzen wird so lange fortgesetzt, bis ein bestimmter Gewichtsverlust eingetreten ist. Das Kondensstionsprodukt sol1 nach dem Eintrocknen seiner Lijsung nicht mehr klebrig, aber such noch nicht spr6de Rein. Diese Eigenschaften h8;ngen vom Umfang der eingetretenen Kondensation, also vom Wasserverlust ab. Man hat es damit in der Hand, defmierte Verhiiltnisse au schaffen. Das Reaktionsprodukt ent,h%lt eine kleinere Menge abspaltbares Wasser und ist gleichzeitig weniger hygroskopisch als die urspriingliche Glukose. Wasser abgebende Substanzen sollen auf der Elektrode maglichst wenig vorhanden sein, einmal wegen der immer bestehenden Gefahr des Verspritzens und dann besonders such aus dem Grund, weil Wasser und Feuchtigkeit die Intensitit des Spektrums stark vermindern. Die Intensitlit einer Aufnahme mit der besprochenen Zusatzl6sung ist etwa doppelt SO gross wie mit unvorbereiteter Glukose, weil das in diesem Fall auf der Elektrode entstehende Kondeneationswasser bei seiner Verdampfung den andexen Substanzen eine erhebliche Menge Dadurch wird die Verdampfung dieser Stoffe herabgesetzt. W&me entzieht. Mit der ZusatzlGsung diirfte eine Hauptschwierigkeit bei der spektrochemischen Analyse Aiissiger und pulverftirmiger Proben behoben sein. Es war immer ein Problem, die Analysenproben. ob fest oder fliissig, so auf die Triigerelektroden zu bringen. dass sie fest hafteten und von der Entladung nicht herabgeschleudert wurden. Die ZusatzlGsung bringt Lijsungen und Pulver in die ZUT Aufnahme geeignate Form. Vrpn Pulvern werden 2 mg abgewogen. Besonders schneli erfolgt die unbedingt erfortierliche \Vsgung auf einer Torsinnswaage (1 Teilstrich = 0.2 mg) im Mikro-Schiffchen. Die abgewogene Probe wird nuf eine ebene Eiektrode von 5 mm Durchmesser (Form N 5) gebracht und mit etws 0.002 ml Alkohol (9B”/b) befeuchtst. Kohleelektroden werden vorher durch Hartweche ebgedichtet. Der Alkohol fijrdert die rasche Benetzung des Pulvers durch die nachfolgende Zusatzkisunp untl ermSglicht iiberhaupt erst das Aufbringen des Pulvers vor der Zugabe der L6sung. rjiese Reihenfolge ist besser ab die umgekehrte, weil son.4 leicht ein Teil des Pulvers verloren gellen kann. dehliesslich werden mit einer Mikropipette 0.010 oder 0.020 ml der beschriebenen Zusatzldsung zugegeben nnd durch leichtes Klopfen fiir eine gleichmtiesige Verteilung und Benetzung gesorgt. Die Trocknune erfolet bei W”C, am besten auf einem 4ierbaren Aluminiumblock mit Bohr-en fiir die E~kt~o&n. Steigt die Temperetur iiber %S’, so setzt infolge weiterer Kondens&n auf der Elektrode Gaaentwicklung ein, die zu vermeiden ist,. Zur Gtibildung kommt es such, wenn iiber 5% freie Mineraltiure anwesend ist oder Metallsslze wie Zinkchlorid. das ebenfalfs stark sauren &herakter hat. In diesen FLllen stutnpft man einen Teil der &ure mit Ammoniak ab. Der Trockenblock hat sich seit fiber 12 Jihren als sehr zweckmiissig erwiesen. Einige n&here Angeben sind deshalb angebracht.. Die Abmessungen des Blocks sind 10 x 10 x 3 cm. 6 x 5 Bohrungen von 5.2 mm Durchmesser und 15 mm Tiefe sind auf ihm so angebracht, dasa der seitliche Abstand von Bohrung zu Bohrung 20 mm berriigt. u-tihrend der Abstend in der Liingsrichtune 16 mm ist. Der Block befindet sich auf einer Heiznlatte. der ein Tembis 360” C vervollstiin> die Einrichtung. peraturreglkr ‘ vor(re&haltst ist . Ein Thermometer In der Zusstzlusung lassen sic11 neben der Glukose noch Puffersubstanzen von der Art der Alkaliund Erclt~lkulimetalle unt.erbringen, ausserdem die Bezugselemente, wenn ndtig such Fetzmittel, wie Jgepon T. sowie SLuren (2”,;, bie hdchstens 5%) oder Basen und Komplexbildner, die als L6sungsmittel wirken oder die Empfindlichkeit st,eigern sollen. Damit die Substanz auf der ganzrll F:lektroc!enAiichc vollstiindig verrlampft, darf die Entlatlung nicht zu schwach sein. Geeignct sind Bogen und h’ietlerspannungsfunken.

Aufnahme und Aunwertung Im Quarzsljckt.rographen stehen Linien von Phosphor, Magnesium, Calcium und Natrium zur \.erftigung. Fiir Kalium muss dagegen zus;itzlich ein Glasspektrograph herangezogen werden. Im Q 24 erscheint die Linie K I 4044 bei Anregung 1 Gut

ist z. B. ein lSnrr+regler

der Fa. W.(‘.

Hrraeus. 110

Htmau,

den man

inTempenrturgraden

eicht.

Spektrochemische

Bestimmung

von Natrium,

Calcium,

Kahm,

Magnesium

und Phosphor

im Blutserum

mit dem Niederspannungsfunken nicht mehr, ausserdem stiirt die Cyanhnnde bei der kleinen Dispersion. Wir haben deshalh den Funken gleichzeitig mit Q 24 und G 12 (Zeiss) aufgenommen’ und die Kaliumlinie I K 7699 auf die Rubidiumlinie Rb I 7800 bezogen. Man braucht fiir dieses Gebiet Platten mit besonderer Farbensensibilisierung. Wir verwendeten Agfa-Spektral-Plutten total, die normal nur bis 7200 A brauchbar sind, aber von der Agfa auf unseren Wunsch mit einer weiteren Farbensensi bilisierung bis 7800 tf versehen worden waren 2 Gegenwgrtig bestimmen wir das Kalium im Dreiprismenspektrographen von 2ei.g.s Kamera f= 84 cm mit der Linie K I 4044, die mit der Indiumlinie In I 4101 verglichen wird. Allerdings ist dazu eine besondere Auftlahme mit dem fiir KaliunJ,empfindlicheren Gleichstrombogen erforderlich. wobei die Substanzelektrode 2mal erneuert wird. Auch Calcium kann im Glasnpelitrographen mit den Linien Ca I 4465 oder 4435 und Sr I 4438 bestimmt werden, nur muss dann die Bezugskisung die 1Ofache ,Menge Strontium enthalten. Nach Korrektur fiir den Kontrastfaktor ist such Sr I 4812 oder 4832 ohne Erhiihung der Strontiummenge als Bezugslinie brauchbar. Die Auswertung erfolgt nach dem gewahnlichen Verfahren des SchwiCrzungsvergleichs. SelbstverstLndlich ist anch die Methode des 1ntensitB;tsvergleichs miiglich. Bei manchen Linienpaaren muss ein verschiedener Kontrastfaktor ausgeglichen und manchmnl der spektrale Unt,ergrund (in einigen FBllen such unter der Bezugslinie) beriicksichtigt werden. Die Vernachl&ssigung dieser beiden Fehlermijglichkeiten kann zu unrichtigen Ergebnissen fiihren, da auf diese Weise unbemerkt grosse systemat.ische Fehler entstehen kiinnen. KAISER [16], [18] hat in eingehenden-Untersuchungen die Zusammenhlinge klargestellt und zweckmiissige Yerfahren zur einwandfreien Beseitigung dieser Fehlerquellen angegeben. Besonders einfach und miihelos erfolgen die erforderlichen Korrekturen mit einem Auswerteger&t. Besitzt man kein solches Rechenbrett, so geniigt in vielen F;illen die Berechnung der SchwBrzung der reinen Linie ohne Untergrund nach der von mir 1942 angegebenen Ngherungs-Formel SL = log (A,/AL+I-I - A,/Au) [19], wobei A, wie immer den maximalen Photometerausschlag in mm, AL+ u und AC die Ausschllge der Linie+Untergrund und des Untergrunds allein bedeuten. Aus den SchwBrzungen S,, u = logA,/ALilr und Su=log A,/Au kann der Ausdruck mit SubWie man ohne weiteres einsieht, traktionslogarithmen leicht berechnet werden. ist diese Berechnung von SI; dann genau, wenn der Kontrastfaktor y= 1 ist und unter der Voraussetzung, dass die Schw&zungs-Transformation W = log ([A,/A] - 1) oder allgemein eine Transformation W, = log ([A,/A] - a) eine gerade SchwLrzungslinie ergibt. Man kann also such im nichtlinearen Teil der gewBhnlichen Schwirzungskurve arbeiten. Kleine Abweichungen der W,-Transformation von der Geradlinigkeit spielen keine Rolle. ins Gewicht f& nur die Abweichung des Kontrastfaktors von 1. Ausserdem muss selbstverst.%ndlich der Untergrund an der gemessenen Stelle mit dem Untergrund unter der Linie iibereinstimmen. Eine verschiedene Steilheit von Analysenund Bezugslinie kann dadurch ausgeglichen werden. dass fiir beide Linien die Schwgrzungsdifferenz von 2 Belichtungsstufen (Stufenfilter) gebildet wird und zwar im geradlinigen Teil der SchwBrzungskurve oder mit einer transformierten SchwBrzung. Mit dem Verhgltnis der Die opt&he Bank des G IS steht 1 Dirse Anordnnnp narh J. VHI CALKER hat sirh gut bewlihrt. Wo &h riiumlirhe Srhu-ierigkeiten nrhriic zu tier tles Q 21 untl iat direkt auf den Funkcn gerichtrt. hietrn. klinnte dtl~ Licht des Funkrn~ such durch Spiegel und Linsen dem Glasspcktrographen zugvleitrt werden. 2 1(-h mijche es nicht unterlesren. fiir diesee Entgegenkommen au& hier nochmnls meinen beaten Dank sum Ausdruck zu bringen.

111

K.

h-EILBTICICEB

beiden Schwiixzungsdifferenzen werden die Schwiirzungen der einen Linie multipliziert. So wird der Kontrastfaktor fiir beide Linien gleich. Zum Schluse sind noch einige allgemeine Remerkungen iiber die Methode zu machen. In normalen Seren werden die bekannten Werte gefunden, ntlmlich 320-350 mg Na, 16-20 mg K, 9-11 mg Ca, 1-8-2-2 mg Mg und 10-12 mg P in 100 ml. Aus 32 Aufnahmen eines Serums ergab sich der mittlere Fehler fur Na zu 3.4%, fti K zu 4-1o/ol, fur Ca zu 340/O, fiir Mg zu 4-Oo/ound fur P zu 4.3%. Man braucht nur O-5 ml Serum und kann im Notfall bis auf O-1 ml herabgehen. Auch der Zeitbedarf ist nicht gross. In einem Arbeitstag von 8 Stunden lassen sich etwa 10 Seren mit Doppelbestinummgen analysieren und zwar einschliesslich des Kaliums, sofern die gleichzeitige Aufhahme mit einem Glasspektrographen moglich ist. .Durch Anwendung eines Rechenbretts und durch andere Massnahmen konnte die Analyse noch wesentlich beschleunigt werden. Die Methode l&s& sich ohne grosse Schwierigkeiten such auf die Untersuchung anderer biologischer Flussigkeiten anwenden. So haben wir selbst schou SerumUltraflltrat, Speichel und Liquor in iihnlicher Weise analysiert, ebenso die Lbsungen von Aschen, die von Lebensmitteln und biologischem Material pflanzlicher oder tier&her Herkunft hergestellt worden waren. Auch Vollblut und Ham sollten ebenso untersucht werden k6nnen2. Bei der fiertragung der Methode auf andere Untemuchungsfliissigkeiten 818 Serum sind Die Vergleichsldsungen mussen in ihrem Gehalt einige Gesichtspunkte besonders zu beachten. an Analysenelementen wie an Begleitstoffen der Untersuchungsprobe angepesst werden. Unter Begleitstoffen sind nementlich die vorherrschenden S&e, die Siiuremenge und organische Substanzen zu verstehen. Im allgemeinen bieten fest alle angefiihrten Objekte weniger Man&m81 treten namentlich durch den Eisengehelt KoinziSchwierigkeiten als dss Serum. denzen auf, die aber meist durch die Wehl 8nderer Linien zu beheben sind. Auch andere Mengen eines Bezugselements k&men erforderlich werden, EO z. B. Mengen bei der Anelyse pfl8nzlicher Aschen, weil derin schon von Natur 8u.s stijrende Mengen M8ng8n enthelten sein k&men.

Gang oh Anulyse 1. Die Bezugsliisung(Zuaatdijwng mit Bezugeekmenten) 2% Lithium-Losung = 200 mg Li 10 ml 4ml 1% Strontium-L&sung = 40 mg Sr 1 ml 1% Mengan-L6sung = 10 mg Mn 2 ml 0.1% Indium-Losung = 2 mg In 20 ml 0.2% Antimon-L6sung = 40 mg Sb 3ml 2% Rubidium-Lijsung = 60 mg Rb NH,Cl 3g 8uf 60 ml auffiillen. Rubidium nur erforderlich, wenn Kelium mit K I ‘7099 bestimmt werden ~011. Fiir 100 ml der angegebenen Liisungen braucht man folgende Mengen analysenreine Substanzen : IO.64 g gereinigtes Li,CO,+60 ml HCl 1 :l (etws 2O%ig) Vowicht CO,-Entwicklung! 3.04 g SrCl,b HIO, 2.93 g Mn-0x81& MnC,O,*2 H,O (selbst herstellen, bei 100” C trocknen) I/2 Stunde 8uf 500” erhitzen, mit 6 ml HCl 1: l+ 0.6 g Hydroxylamin-Chlorhydrat l&en. Auf dem Weseerbed l&en. o-249g Sb,0,+4 g Zitronetiure. 2.84 g Rb Cl. Die kiiuflichen Lithium-Salve sind nicht sehr rein, sie enthalten noch atiirende Mengen Magnesium. ZU~ Reinigung 20 g Lithium-Ksrbonet 4m81 mit je 600 ml Wesser zum Sieden l Friihere Messungen mit K 7699. ’ Amm&ung bei der Korrektur: Wir haben inzwischen such Siam tech dieser Methode 8n8lysiert. enthalten Ausser den Vergleichsliisungen breucht nichts geandert zu werden. Die Vergleichskkungen mmkmeseig 8waer 2% JchmstOff 299-809 mg N8, 199-499 mg K, je 6-20 mg C!8 und Mg und 39-120 mg P (ala Phosphors&e) in 190 ml. 112

Spektrochemische

Bestimmung

von Natrium. K&urn.

Calcium, Magnesium und Phosphor im Bluteennu

Die Filtrate in einer Pletinschale stark erhitzen und h&s durch ein Filter dekantieren. einengen. Das auskristallisierte Lithiumkarbdnat mit einem Achatpist.ill zerreiben, von der Mutterlauge duroh Abnutschen befreien. einige Male mit wenig Wssser wsschen und trocknen. Man erhlilt etwa 14 g mines Lithiumkarbonat. Die Bezugsliisung enthiilt ausser der Zitronetiure der Antimonlosung noch weitere organische Substanz. In einer Platinschale werden 10 g Glukose (rein&), 2 g Glpkokoll und 2 g Ham&off mit etwa 10 ml Wasser befeuchtet, auf dem Wssserbad zur Trockene eingedampft Die Mssse fiirbt sioh dabei unter lebhafter und weiterhin einige Stunden 8uf 100” gehalten. Gssentwickhmg dunkelbraun und wird sehr z&fhissig. Man set& das Erhitzen fort, bis em Gewichtsverlust von 10% eingetreten ist, die organische Substanz also noch 12.6 g wiegt. Nicht zu lange erhitzen, sonst verringert sich die Haftfiihigkeit. Der tiefbraune Riickstand wird in den SO ml der angegebenen Bezugslosung gel&t, wobei eine Volumenzunahme auf etwa 58 ml eintritt. Der Ltjsungsvorgang dauert einige Zeit. Die so hergestellte tiefdunkle Zusatz- und Bezugsldsung wird mit 0,OS ml Chloroform haltbar gemacht. 2. I)ie Verg&%&&mmgen-a) Aus analysenreinen Reagenzien eine Stammliieung herstellen, die 0.6% Natrium, 0.1% Kalium, O*OS% Calcium, O*Ol% Magnesium und O-OS% Phosphor enthalt, also in 100 ml 1525 g NaCl 10 ml l%-K-Losung (l-91 g KC1 in 100 ml) 6 ml 1 ~o-c8-L&RB’Ig 1 ml 1 %-Mg-Losung 2 ml 3%-P-L&sung (100 ml 3 n-H,P0,+3-3 ml H,O). Fur 100 ml Ca-Losung 250 g CaCO, durch alhnahliche Zugabe von 10 ml HCl 1:l (etwa 2O%ig) MgC,G,-2 H,O (selbst herstellen, bei 100” C l&en. Fur 100 ml Mg-Losung 5.36 g Mg-Ox818t trocknen) l/2 Stunde auf 600°C halten, das entstandene Mg-Oxyd in 15 ml HCl 1 :I l&en. b) Besondere No-L&run+ 4.383 g Na HCO, = 1.2% Na msammen 2.034 g NaCl = 0.8% Na > 2.0% N8 3 g Zitroneneliure allm&hlich unter Umschiitteln (CO,-Entwickhmg) zu 100 ml l&en. Mit 0,OS ml Chloroform haltbar machen. c) 3 Vergleichskisungen. Sie enthalten in SO ml: VergleichslSsung I II III 5 10 20 ml i?hTddSUng 8) 5 Ne-LBsung b) sml 253 2.3 2.3 g Antipyrin 15 1.5 Glykokoll 1.5 g 0,OS ml Chloroform. Am besten in Flaschen aus Quarz oder Kunststoff aufbewahren, langerem Stehen merkliche Mengen Calcium aufgenommen werden. Konzentrationen der Vergleichskisungen : Na K Ca IKg Vergleich y f in 17 d pot3-%) 200 II 320 20 10 2.0 440 40 20 4.0 III

da

8u8

Glasflaschen

bei

P 6 12 24

3. Die Elektroden wad ihre Vorbereitung fiir die Aufnahme-Die Elektroden bestehen aus reinstem Elektrolytkupfer von 5 mm Durchmesser und etwa 4 cm Lange, mit ebener Stirnfliiche (Form N 5 nach Z&a). Die Gegenelektroden, &0nf8&I aus Kupfer, sind entweder eben Die Elektroden vor jedem Gebrauch frisch (N 5) dder haben Kuppenform (K 5, r-2 8 mm). abdrehen. , mit verdiinnter Salnetersaure (etwa 1%) behandeln, mit destilliertem Wasser suiilen a In verschlossenen Glasgefiissen aufbewahren. und trocknen. Die Mischung des Serums oder der VergleichslSsungen mit der Bezugsldsung erfolgt in kleinen, konischen, gut gereinigten Serumglliachen von 15 ml Inhalt, die sich in den Bohnmgen eiuer Holzleiste befhiden. Gleiche Teile Serum und BezugslSsung mit Hilfe eines sehr d&men

113

K

PFEILBTICKER

GlasatAhrhens gut miechen. Auf sorgfiltige Misclnmg ntrenp achten. Zweckmiissig ist ee. l\‘enn IIIIP sehr wenig Sr,rllrn zur \‘erfiipung steht. kann man his zu je 0.6 ml ahzumesnen. 0.10 ml herahgehen. nur darf dtulurch die Gennuiekeit der Ahmesqunp und die gute Durchmischune nirht notleiden. Die Verpleiche ehenso hehandeln. Mit einer 0.1 ml-Mikropipett,e je O*OtO ml der Mischnne;en auf die Elektroden geben, die sich paarweise hintereinander in 6.2 mm-Bohrungen einer Holzleiste befinden. Jede Bestimmung grundsiitzlich doppelt ausfiihren. Dio brarme Fliissinkeit auf den Elektroden bei 90” C eintrocknen (l/2 Stunde, AluminiumBei hiiherer Temperatnr kijnnen kleine Gasbliiachen block mit Temperaturregulierung). Es hildet sich ein aehr fest haftender. barter tiberzug. Kleine Unebenheiten, entstelien. die heim Serum manohmal auftreten. sind ohne Redeutung. Kann die Aufnahme nicht am gleichen Tag erfolgen. vor dem Abfunken noch einmal nachtrocknen oder im Exsiacator aufbewahren. d. Die At+zhme qind Amertuw-Elektrodenform: Cu N 5 Gegenelektrode: Cu N 5 oder K5.sz8mm. Abstand 2 mm. Zwischenabbildung (Zeiss) : voile Blende. Fiir K (Dreiprismensp;) Abstand 4 mm. Spektroeraph: Q 24 (Zeisn) und G 12 (Zetia) gleichzeitig SpaltbrAite: Q 24 0.025 mm Dreistufenfilter 100°/, GO% 10% oder 100% 30% 10% 100% 60% 10% oder G 12 0.06 mm 100% 60% 25% Anregung : z NF 220 V. Kondensator 30 pF. Selbstinduktion 0.5 mH Vorwiderstand l&i Wechselstrom etwa 50 Ohm bei Gleichstrom etwa 100 Ohm 100 Entladungenlsec bei Gleichstrom Serumelektrode = Anode. Fiir K 4044 (Dreiprismenep.) 2mal 15 set Belichtungszeit 25 Sekunden. Kein Vorfunken. Dauerbogen 4 A Brennstromsttirke. Plattensorte : Q 24 Agfa Spektral blau extra hart, Perutz Spektral blau. G 12 Agju Spektral total mit besonderer Farbensensibilisieng bis 7800 A; hart. Entwickler : Metol-Hydrochinon-Pottasche nach DIN 4512 I, 6 Minuten bei 20”, Pinselentwicklung. Fiir Platte total zur Vermeidung &es grijsseren Plettenschleiers l/3 der Pottasche durch die lquivalente Menge Borax, 2/3 durch Soda ersetzen Der Entwickler besteht dann aus 1 Teil und mehr Keliutihromid zugeben. Lbsung A, 1 Teil Borax (3%)+Soda (wasserfrei, 5*3%), 1 Teil Kaliumbromid (0.8%) und 1 Teil Wasser. Trocknung : Unter den bekannten Vorsichtsmassnehmen - waagrecht nur an der. Ecken aufiiegend, staubfrei. Vorher auf Schichtund Glasseite die grBsste Menge der Feuchtigkeit sbwischen. Die Gradation der Na- und der Li-Linie Linienpaare : Natrium Na I 3303-Li I 3232. ist bei der Platte extra hart nicht ganz gleich. Der Angleichungsfaktor der Li-Linie ist fiir diese Plattensorte unter den gegebenen VerhBltnissen etwa = 1.07. Nicht sehr konzentrationsempfindlich. K I 4044 K I 7699-Rb I 7800. Kont.rastfaktor ein wenig verschieden. Kalium : In I 4101. Nur im Dreiprismenspektrographen. Bei b&den Linien Untergnmd beriicksichtigen. Richtige Stellen fair Untergrundmesstmg wiihlen. Vorsicht neeen Cvanbande. Ca II 3179~%r II ‘3404. Calcium : Fiir Ca in Veraleich I beeinnt der Untererund eben merklirh zu werden. Der Kontrsstfakto; ist bei geiden Linien Gemlieh verschieden. Die Ca-Linie zum Ausgleich mit einem Faktor zwischen 1.15 und 1.4 multiplizieren. Megneeium : Mg II 2803-Mn II 2594. Kontrestfaktor ein wenig verschieden, Mn 2594 ist .etwes steiler. Nicht sehr konzentrationsabhlngig. Phosphor : P I 2536-Sb I 2698. Bei der P-Linie ist der Untergrund zu beriicksichtigen. Eine griissere Menge Eisen (stlirkere Hiimolyse) et&t beide Linien. 1 Siehe Zma Mess 266/111 S.16. Nachtrag bci der korrektrlr: Die Anwendung der Flemmenmethode wurde such von R. L. MITCRE~,, aowie von W. KLYNE [20] bebandelt.

114

auf

biologische

Problem0

Spektrochemische

Bestunmung

van

Natrnnn,

Kalium.

Calcium,

Magnesium

und

Phosphor

im Bllltserum

Eine Methode der direkten spektrochemischen Serumanalyse u-ird eingellend beg-riindet. Ausreichende Empfindlichkeit und Genauigkeit bietet der Siederspannungsfunken. Jedes Analysenelement erhiiit ein besonderes Bezugselement. Der mittlere Fehler fti Phosphor, Kalium, Natrium, Calcium und Magnesium liegt zu-ischen 3,4 und 4,3%. Erforderlich sind insgesamt nur 0,5 ml, im Notfall 0,l ml Serum. Zur Vermeidung systematischer Fehler werden die kiinstlichen Vergleichs16sungen ziemlich genau an das Serum angepasst. Das gilt besonders fiir die organische Substanz, aber such fiir den Kationen- und Chloridgehalt und fiir den Sluregrad. Ein notwendiger Oberschuss an organischer Substanz wird zum Serum und zu den VergleichslBsungen in Gestalt eines Kondensationsprodukts von Glukose, Glykokoll und Harnstoff zugesetzt. Die Anwendung dieses Kondensationsprodukts ermaglicht allgemein die Analyse von Lijsungen und Pulvern auf nicht porijsen ebenen Elektroden. Summary A method of direct spectrochemical analysis of serum using a low voltage spark is described, which gives sufficient sensitivity for the elements phosphorus, kalium, sodium, magnesium and calcium. The precision is in the range 3.4 to 4.3%. as estimated by the standard deviation of a series of tests. and the sample volume need only be 0.5 ml, or in special cases 0.1 ml. The method is calibrated b\ synthetic standard samples, avoiding errors by imitating the organic contents of the serum with a wndensation product of glucose urea and glycocoll. This also improves the smoothness of sparking. The effect of various sources of error, such as changes in acidity or chloride content, is fully explored. Vsing this condensation product facilitates other analyses of fluids and powders on non-porous plane electrodes.

RisumC On d&it une m&hode pour l’analyse spectrorhimique dire&e du s&um & I’aide d’une Btincelle B faiblr voltage dormant une sensibilit6 su5nte pour Phosphore, Potassium, Sodium, Calcium et MagnBsium, avec une pr&ision de 3.4 B 4,3 ‘A. Une quantith de 0,s et meme de 0,l ml est suffisante pour l’analyse. On compare B des Bchantillons timoins ou les constituants organiques et inorganiqucs du e&urn aimi que le pH sent ajust&. I1 y a int6r6t B ajouter tant au sCrum qu’aux solutions t6moins un tampon organique B base de glurose, glycorolle et ur6e. Ce produit de condensation facilite en ourre I’atlh&-encc des produits analyst% B des 6lectrodes non poreuses m&alliques.

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