Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Ionenaktivität

Ionenaktivität

Die Ionenaktivität stellt die effektive Konzentration eines entsprechenden Ions dar. Sie berücksichtigt die Abweichung des idealen Verhaltens der Ionen aufgrund von Wechselwirkungen untereinander. Der mathematische Zusammenhang zwischen der Aktivität a_i und der Konzentration c_i einer Ionensorte i ist:

γ_i ist der dimensionslose Aktivitätskoeffizient, eine für jede Ionensorte und Konzentration charakteristische Größe.

Messung der Ionenaktivität mit Hilfe ionenselektiver Elektroden

So genannte ionenselektive Elektroden (ISE) können die Ionenaktivität direkt messen. Das Prinzip einer solchen Messung veranschaulicht die folgende Abbildung:

Die ionenselektive Membran spricht auf die Aktivität einer bestimmten Ionensorte an, wodurch es zur Ausbildung einer Potentialdifferenz relativ zur Referenzelektrode kommt. Diese Potentialdifferenz wird erfasst. Durch vorherige Kalibrierung der Messanordnung mit Lösungen bekannter Ionenaktivität kann anschließend die Ionenaktivität jeder anderen wässrigen Lösung ermittelt werden.

Ein Ziel des EMRP-Projektes T2J10 an der PTB war es, die Aktivität des freien Anteils von medizinisch relevanten ein- und zweiwertigen Ionen wie Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ und Cl^- mit Hilfe ionenselektiver Messungen zu bestimmen. Die Bestimmung erfolgt durch ionenselektive Messungen in einer Durchflusszelle.

Rückführung auf das SI-Einheitensystem

Zur Kalibrierung der ionenselektiven Messanordnung dienen Lösungen von Referenzmaterialien, deren exakter Reinheitsgrad und Ionengehalt zuvor mit Hilfe verschiedener Charakterisierungsmethoden bestimmt wurde. Bei diesen Methoden handelt es sich um Primärmethoden bzw. es wurden Standards verwendet, die auf das SI-System rückgeführt sind.

T2J10 - WP3

Das Teilprojekt WP3 (Metrological aspects of activity measurements of essential ionic species) des EMRP-Projektes T2J10 (Traceable measurement of ion biospecies and ion activity in clinical chemistry „TRACEBIOACTIVITY“) zielt auf die verbesserte Zuverlässigkeit von ISE-Messergebnissen ionischer Spezies sowie die Quantifizierung von Protein- und Komplex-gebundenen Magnesium- und Calciumspezies ab. Das Hauptziel ist die Aufstellung einer Skala für die chemische Aktivität von klinisch relevanten Ionen, welche konsistent mit der bereits bestehenden und akzeptierten pH-Skala ist.

Das Projekt beinhaltete eine internationale Vergleichsstudie (Euramet 1165 zur Messung von Ionenaktivitäten mit ISE. Ziel der Vergleichsstudie war es, die Zuverlässigkeit und Vergleichbarkeit der Ergebnisse, welche mit verschiedenen ISE-Messprozeduren erhalten wurden, zu beweisen. Zu diesem Zweck wurden sowohl am METAS als auch an der PTB neue ISE- Miniatur-Durchflussmesszellen entwickelt.

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

Literatur