Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Die Bestimmung der Ionenaktivität erfolgt mit der auf Abbildung 1 dargestellten Apparatur. Das Kernstück der Apparatur ist eine Anordnung von ionenselektiven Elektroden (ISE) der physiologisch bedeutsamsten Ionen Calcium, Magnesium, Natrium, Kalium und Chlorid, einer Silber/Silberchlorid-Referenzelektrode sowie einer Temperaturmesszelle. Diese Zellanordnung wird mit Hilfe einer peristaltischen Pumpe vom jeweiligen Kalibrierstandard bzw. der Probe durchflossen. Die gesamte Apparatur befindet sich in einer Temperierbox, mit der die Temperatur bis auf wenige mK konstant gehalten wird.

        Abbildung 1: ISE-Durchflussapparatur

Die Kalibrierstandards werden gravimetrisch aus den Chloriden von Calcium, Magnesium, Natrium und Kalium, deren Reinheitsgrad zuvor u.a. durch Coulometrie bestimmt wurde, hergestellt. Die Ionenaktivitäten der Kalibrierstandards werden mit Hilfe des auf der Debye-Hückel-Theorie basierenden semiempirischen Pitzer-Modells für Elektrolytlösungen berechnet. Zur Kalibrierung der Apparatur werden die elektrischen Potentiale der jeweiligen ISE für alle Kalibrierstandards gemessen und gegen den Logarithmus der Ionenaktivität aufgetragen (vgl. Abbildung 2). Da die Unsicherheit des Pitzer-Modells ermittelt wurde, ist jede berechnete bzw. bestimmte Ionenaktivität auf das SI-Einheitensystem rückgeführt.

        Abbilung 2: Kalibriergerade am Beispiel Kalium

Aus der Gleichung der hieraus erhaltenen Kalibriergeraden (s. Gleichung 1) und dem gemessenen elektrischen Potential einer Probe können schließlich die Ionenaktivitäten in der Probe berechnet werden.

       E_i,j = m ⋅ log (a_i,j) + E´

       Gleichung 1: Gleichung der Kalibriergeraden

mit:

E_i,j: gemessenes elektrisches Potential der Ionensorte i im Kalibrierstandard j

m:   Steigung der Kalibriergeraden

a_i,j: Aktivität der Ionensorte i im Kalibrierstandard j

E´:  annähernd konstantes elektrisches Potential (Summe aus Standardelektroden-
      potential und Diffusionspotential)

In der EURAMET Studie 1165  konnte  die Zuverlässigkeit und Vergleichbarkeit der Ergebnisse, die mit verschiedenen ISE-Messprozeduren erhalten wurden, gezeigt werden.

Die Ergebnisse des Projektes T2J10/WP3 erlauben zukünftig die Rückführung der ISE-Messergebnisse für klinisch relevante Ionen auf einer international anerkannten metrologischen Basis.