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Physikalisch-Technische Bundesanstalt

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Hochgenaue chemische Analytik: ein optisches Referenzverfahren

Eine neuartige Kombination von oberflächenverstärkter Ramanstreuung und isotopenmarkierten Standards ermöglicht eine genaue und empfindliche Messung von Stoffmengenkonzentrationen mit optischer Spektroskopie. Die Methode gestattet beispielsweise eine molekülspezifische Konzentrationsbestimmung diagnostischer Marker in komplexen biologischen Substanzen wie z. B. Blutserum.

Methoden der optischen Spektroskopie sind im Bereich der organischen und biochemischen Analytik weit verbreitet. Molekülspezifische Verfahren (IR, Raman) liefern sogar einen „Fingerabdruck“ der untersuchten Probe, sind aber oft nicht empfindlich genug. Eine überragende Signalverstärkung lässt sich jedoch mit Hilfe der oberflächenverstärkten Ramanstreuung (Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS) erreichen. Diese wird durch Zusatz von metallischen Nanopartikeln zum Analyten erzielt. Bisher konnte man diesen Vorteil aber metrologisch nicht nutzen, da die Messungen nur unzureichend reproduzierbar waren. Dieses Problem konnte jetzt durch eine Methode gelöst werden, die auf dem Prinzip der sog. Isotopenverdünnung basiert.

Zur genauen Bestimmung der Analytkonzentration wird der Probe eine bekannte Menge einer dem Analyten chemisch identischen, aber isotopenmarkierten Verbindung (Isotopomer) zugefügt. Die optische Selektivität des Raman-Effektes liefert aufgrund des Massenunterschiedes getrennte Signale beider Substanzen, so daß die Menge des Unbekannten aus der des Bekannten bestimmt werden kann. Die Auswertung der Spektren beschränkt sich dadurch auf die Bestimmung von Intensitätsverhältnissen, was für metrologische Zwecke von besonderem Interesse ist. Mögliche Störeffekte wie z. B. Materialverluste oder Matrixeffekte, die beide Isotopomere des Analyten gleichermaßen betreffen, beeinflussen das Resultat nicht.

Dieser aus der Massenspektrometrie bekannte Ansatz eines primären Verhältnisverfahrens wurde an einem praktisch relevanten Beispiel entwickelt und validiert: Der Bestimmung der Kreatininkonzentration im Blutserum, einem Wert, der über die Funktionsfähigkeit der Nieren Auskunft gibt. Dabei konnten im Vergleich zu bisherigen Messungen mit optischen Methoden Ergebnisse erzielt werden, die eine um drei Zehnerpotenzen verbesserte Nachweisempfindlichkeit zeigen. Da dies auch noch mit zehnfach höherer Genauigkeit möglich ist, wird man selbst höchsten metrologischen Ansprüchen gerecht.

Ansprechpartner:

Abteilung 3.14
Telefon: 0531-592-3140

© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2011-11-17, Volker Großmann Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF