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Neues Primärverfahren für die Chemie bei internationaler Vergleichsmessung erfolgreich

20.10.2010

In der PTB wurde ein neues Primärverfahren zur Bestimmung von Stoffmengenkonzentrationen entwickelt. Das Verfahren basiert auf einer Methode der optischen Spektroskopie (Ramanstreuung), die zur hochgenauen und metrologisch rückführbaren quantitativen Analyse mit dem Prinzip der „Isotopenverdünnung“ kombiniert wurde. Zusammen mit der Verwendung von Referenzmaterialien wird so eine Rückführung von Konzentrationsmessungen auf die entsprechenden SI-Einheiten möglich. Damit steht nun erstmals eine Alternative zu den bewährten, auf der Massenspektrometrie basierten Verfahren zur Verfügung die zugleich eine Identifizierung der Substanzen anhand ihres spektralen „Fingerabdrucks“ gestattet. Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens wurde nun erstmals in einer internationalen Vergleichsmessung unter Beweis gestellt.

Eine Rückführung chemischer Messergebnisse auf die relevanten SI-Einheiten (mol, kg) setzt Messverfahren voraus, mit denen ein Analyt eindeutig identifiziert und quantifiziert werden kann. Die Identifizierung erfordert ein Messverfahren, das ein Molekül in seiner Gesamtheit erkennt, z.B. anhand der Beobachtung von Molekülschwingungen mit Hilfe der Infrarot- und Ramanspektrometrie („fingerprint“-Methode).

Die quantitative Rückführung wird häufig durch primäre Verhältnismessverfahren realisiert, die auf dem Prinzip der Isotopenverdünnung (Isotope Dilution, ID) basieren. Dabei wird der Probe eine genau bekannte Menge einer isotopenveränderten Form des Analyten als interner, chemisch gleichartiger Standard zugesetzt. Die Detektion erfolgt mit einem massensensitiven Verfahren, so dass sich die Konzentration des Analyten durch Vergleich der Signalintensitäten des natürlichen und des zugesetzten Isotopologs ermitteln läßt. Die Konzentrationsbestimmung ist somit unabhängig von der absoluten Signalintensität und die Messunsicherheit wird nicht durch Wiederfindungsrate und  Probenaufbereitung beeinflußt.

Wissenschaftlern der PTB ist es gelungen, die Ramanspektrometrie und die Isotopenverdünnung zu einem neuen Referenzverfahren zu vereinen und zur Bestimmung klinischer Marker in Blutserum einzusetzen. Dabei wird die Massensensitivität der charakteristischen Eigenschwingungen eines Moleküls zur Detektion ausgenutzt. Zu Erhöhung der Empfindlichkeit gegenüber den äußerst geringen Substanzkonzentrationen werden die Analytmoleküle an metallische Nanostrukturen bzw. –partikel adsorbiert. Bei dieser sog. oberflächenverstärkten Ramanstreuung (Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS) wird die Raman-Streuintensität um mehrere Größenordnungen erhöht.

Die Fähigkeit dieses als „IDSERS“ bezeichneten Verfahrens wurde nun erstmals in einer internationalen Vergleichsmessung (RELA 2010)  getestet. Ziel war es, die Konzentration von Kreatinin, einem klinischen Marker, in zwei unterschiedlichen Serumproben zu bestimmen. Zehn der insgesamt zwölf teilnehmenden Laboratorien, darunter vier Metrologieinstitute, waren mit der Isotopenverdünnungs-Massenspektrometrie (IDMS), dem aktuellen Referenzverfahren vertreten. Die mit IDSERS ermittelten Serumkonzentrationen des Kreatinins stimmten in beiden Fällen sehr gut mit dem Mittelwert der durch IDMS gemessenen Werte überein. Das Potential der Methode für die Metrologie in der Chemie wurde damit erfolgreich demonstriert und die Eignung als Alternative zur Massenspektrometrie nachgewiesen.

 Darstellung der von 12 verschiedenen Laboren gemessenen Kreatininkonzentrationen in der Serumprobe B


Wissenschaftliche Veröffentlichung

S. Zakel, O. Rienitz, B. Güttler, R. Stosch, Double Isotope Dilution Surface-enhanced Raman Scattering as a Reference Procedure for the Quantification of Biomarkers in Human Serum, Analyst 136 (2011) 3956-3961

Link zur RELA Homepage: http://www.dgkl-rfb.de/


Ansprechpartner

Dr. Rainer Stosch, rainer.stosch(at)ptb.de
Dr. Sabine Zakel, sabine.zakel(at)ptb.de
AG 3.11 Anorganische Analytik