DE1910056A1

DE1910056A1 - Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Jod und Schilddruesenhormonen sowie Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1910056A1
Application number: DE19691910056
Authority: DE
Inventors: Knapp Dipl-Ing Guenter; Spitzy Dr Hans
Original assignee: KNAPP DIPL ING GUENTER; SPITZY DR HANS
Current assignee: KNAPP DIPL ING GUENTER; SPITZY DR HANS
Priority date: 1968-02-27
Filing date: 1969-02-27
Publication date: 1969-10-02
Also published as: AT277936B; US3645691A

Description

PATENTANWÄLTE· DR.-ING. WOLFRAM BUNTE D — 800O MÜNCHEN IB, HAYDNSTRASSE 8, FERNRUF (0811) S3 47 12

München, den 25. Februar 1969

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Prof. Dipl.-Ing» Dr. techn. Hans Spitzky und λ

Dipl.-Ing. Günter Knapp, Graz.

Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Jod und ochilddrüsenhormonen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Jod und von Schilddrüsenhormonen, bei dem die zu bestimmende Probelösung mit arseniger Säure und einer sauren Lösung von Cer(IV)-sulfat versetzt, und die Konzentrationsabnahme des Cer(IV)-Ions fotometrisch bestimmt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Analyse von kleinsten Mengen (Submikrogramme) Jod oder Schilddrüsenhormone ist bereits eine Anzahl von

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Verfahren bekannt geworden, die auf der von SANDRLL und KOLTHOPF gefundenen Reaktion basieren. Diese Reaktion läuft folgendermaßen ab:

2 Ce^⁺ + As⁵⁺ > 2 Ce³⁺ + As⁵⁺ (1)

Jod bzw. Schilddrüsenhormone üben eine katalytische Wirkung auf die Reaktion (1) aus, d.h. je mehr Jod oder Schilddrüsenhormone vorhanden sind, desto rascher läuft die Reaktion ("I) ab. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist proportional der Konzentration an Jod bzw. an Schilddrüsenhormonen. Auf diese Weise ist es möglich Jod bzw. Schilddrüsenhormone im Nanogrammbereich zu bestimmen. Die Messung wird bei den herkömmlichen Verfahren folgendermaßen ausgeführt. Die Probelösung wird mit einer definierten Menge stark schwefelsaurer Lösung von ASpO., versetzt und auf Reaktionstemperatur gebracht, die sich üblicherweise zwischen 20 und 60° C beläuft. Hernach wird eine bestimmte Menge schwefelsaurer Lösung von Cer(IV)-sulfat zugesetzt. Das Gemisch reagiert nun bei der festgesetzten Temperatur eine bestimmte Zeit. Diese Reaktionszeit wird nach der Größenordnung der zu bestimmenden Jodmenge und nach der vorgegebenen Reaktionstemperatur gewählt. Sie liegt meistens zwischen in und 40 Minuten. Nach dieser Reaktionszeit wird der Gehalt an Cer(IV)-Ionen fotometrisch bestimmt.

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Je geringer diese fotometrisch bestimmte Cer(IV)-Ionenkonzentration ist, desto höher war die Reaktionsgeschwindigkeit und Hand in Hand damit die Katalysatormenge (Jod bzw. Schilddrüsenhormone). Damit erhält, man eine direkte quantitative Aussage über die Jod- bzw. Schilddrüsenhormonkonzentration der Probelösung.

Diese bekannten Verfahren erfordern sehr lange

Meßzeiten und sind außerdem in ihrer Durchführung f

kompliziert.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, bei dem bzw. bei der die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden sind und die Durchführung desselben auch automatisch erfolgen kann.

Erfindungsgemäß wird zum Ansäuern des Reaktionsgemisches (Probelösung, arsenige Säure und Her(IV)-Tösung) anstelle der bisher verwendeten Schwefelsäure Salpetersäure verwendet. Durch diese geänderte Zusammensetzung des Reaktionsgemisches ergibt sich eine Empfindlichkeitssteigerung um das 2Ofache. Das bedeutet, daß Proben gleichen Jodgehaltes einerseits nach der herkömmlichen schwefel-

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sauren Katalysereaktion 20 Minuten Reaktionszeit benötigen, um eine bestimmte Abnahme der Cer(IV)-Ionenkonzentration zu bewirken und andererseits nach der neuen salpetersauren Katalysereaktion nur eine Minute Reaktionszeit benötigen, um dieselbe Abnahme der Cer(IV)-Konzentration zu bewirken; Voraussetzung ist dieselbe Reaktionstemperatur .

Auf diesen grundsätzlich geänderten Verhältnissen ist das neue Verfahren aufgebaut. Während bei den bisher bekannten Methoden die jodhaltige Probelösung mit der arsenigen Säjure gemischt wird* dieses Gemisch anschließenof~im Thermostat auf Reaktionstemperatur gebracht und hierauf die Reaktion durch Zugabe der Cer(IV)-Lösung in Gang gesetzt wird, werden beim erfindungsgemäßen Verfahren alle Komponenten des Reaktionsgemisches (jodhaltige Probelösung, arsenige Säure, Salpetersäure und Cer(IV)-lösung) gemixt und gemeinsam auf Reaktionstemperatur gebracht.

Die Meßtechnik des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich sehr wesentlich von der Meßtechnik der bisher bekannten Methoden. Während bei den herkömmlichen Verfahren der Gehalt an Cer(IV)-Ionen nach Ablauf der Reaktionszeit ge- '

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messen wird, um damit eine Aussage über den Jodgehalt der Probelösung machen zu können, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Geschwindigkeit der Reaktion (l) direkt bestimmt. Dies wird durch fortlaufende Messung der Abnahme der Cer(IV)-lonenkonzentration erreicht. Die Reaktion (l) verläuft normal I. Ordnung, was sich mit folgender Gleichung ausdrücken läßt:

dt

durch Umwandlung erhält man

log

Γ 4+1 [Ce^⁺;

= - kt + log

(2)

= ο (5)

Da die Cer(IV)-lonenkonzentration proportional der Extinktion ist, erhält man folgende Gleichung

log Ext, = log Ext, _ - k . t

Xt Xf — O

Trägt man in einem Diagramm den Logarithmus der Extinktion gegen die Reaktionszeit auf, so resultiert eine Gerade lmit der Steigung k. Diese Steigung entspricht der Reaktionsgeschwindigkeit und ist direkt proportional der Jodkonzentration.

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Der Vorteil dieser Meßtechnik gegenüber der Meßtechnik der herkömmlichen Verfahren besteht darin, daß einerseits beim erfindungsgemäßen Verfahren die Messung der Reaktionsgeschwindigkeit zu jedem beliebigen Zeitpunkt der Reaktion durchgeführt werden kann und andererseits durch die erhaltene Reaktionsgerade Störungen im Ablauf der Reaktion sofort erkannt werden können, da die Reaktion dann nicht mehr I. Ordnung abläuft.

Zur Ausführung von quantitativen Bestimmungen von Jod bzw. Schilddrüsenhormonen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wurde eine Meßapparatur entwickelt, die den besonderen Gegebenheiten des neuen Verfahrens Rechnung trägt.

Diese Vorrichtung besteht aus einem Fotometer und einer Auswertungseinrichtung. Erfisidungsgemäß ist in die zur Küvette des Fotometers führende Zuleitung eine Thermostatisiereinrichtung geschaltet. An daß Fotometer 1st eine Auswertungseinrichtung angeschlossen, welche die vom Fotometer gelieferten Transmissionswerte in den Logarithmus der Extinktion umwandelt und die Reaktionsgeraden log Ext - Zeit schreibt.

Diese doppelogarithmische Transformation der Transmission in den Logarithmus der Extinktion kann sowohl mechanisch über eine Kurvenscheibe als auch

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Auswertungseinrichtung, die mit einem elektromechanischen Umformer arbeitet. Sie besteht aus einem normalen Kompensationsschreiber, dessen Ablgeichpotentiometer k von einem Servomotor 1 über eine Kurvenscheibe 2 mittels einer Zahnstange 5 gemäß der beigefügten schematischen Zeichnung (Abbildung 2) gesteuert werden kann. Diese Kurvenscheibe beinhaltet die Funktion

χ = log (2-log T).

Bei Anschluß der Auswertungseinrichtung an das Fotometer zeichnet der Kompensationsschreiber den Verlauf einer Jodkatalysereaktion auf, wobei man die besagte Reaktionsgerade erhält. Um die Steigung dieser Geraden nicht erst mühsam errechnen zu müssen, ist der Schreiber mit einer Schleppfeder ausgerüstet, die bei Reaktionsstart vom O-Punkt weggeschleppt wird, unabhängig davon, welchen Durchlässigkeitswert die Reaktionslösung zeigt. Der Schreiber ist fest mit dem Fotometer gekoppelt. Die Feder kann zu einem beliebigen Zeitpunkt der Reaktion eingekuppelt werden." Vom Einkuppeln der Feder ab schreibt diese genau eine Minute lang die Reaktionsgerade., dann wird sie aus gekuppelt und zum O-Punkt zurückgeführt, -'-i

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Damit ist die geschriebene Peakhöhe also der größte Abstand der Feder von der O-Linie proportional der Heaktionsgeradensteigung und damit der Jod- bzw. Hormonkonzentration. Ein weiterer Vorteil dieser Meßanordnung ist darin zu sehen, daß der Zeitpunkt, in dem man die Messung startet, unkritisch ist, da die Reaktionsgerade in jedem Zeltabschnitt innerhalb des Meßbereiches dieselbe Steigung aufweist.

An Hand der Zeichnung (Abbildung ι) läßt sich der Ablauf einer Messung mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung verfolgen. Im Kölbchen 1 wird die zu untersuchende Probelösung mit arseniger Säure, Salpetersäure und Cer(IV)-Lösung (es kann eine Lösung Jeder beliebigen 4wertigen Cer-Verbindung herangezogen werden) gemischt. Anschließend wird dieses Reaktionsgemisch mittels einer Pumpe 7 über die Rohrleitung durch eine Durchflußthermostatisiereinrichtung 3 gesaugt. Dabei erhält das Reaktionsgemisch .innerhalb weniger Sekunden die gewünschte Reaktionstemperatur. Im Anschluß an die Durchflußthermostatisiereinrichtung 3 gelangt das Reaktionsgemisch in die ebenfalls auf Reaktionstemperatur gehaltene DurchflußkUvette 6. Sobald sich die Küvette zur

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Gänze mit dem Reaktionsgemisch gefüllt hat, wird die Pumpe 7 abgeschaltet und der Meßvorgang beginnt. Da die gelben Cer(IV)-Ionen zugunsten der farblosen Cer(III)-Ionen verschwinden, wird das Reaktionsgemisch in der Küvette 6 immer lichtdurchlässiger. Das Fotometer 5 liefert eine der Transmission proportionale Spannung T. Diese Fotometerspannung T wird nun in der Auswertungseinrichtung in, wie schon vorhin erwähnt, einer doppellogarithmischen Transformation log (2 - log T) unterworfen und die daraus resultierende Reaktionsgerade geschrieben. Die Steigung (tg ) dieser Reaktionsgeraden ist ein direktes Maß für die Jodbzw, flchilddrüsenhormonkonzentration. Nach beendeter Messung wird die Pumpe 7 wieder in Tätigkeit gesetzt und die nächste Probe eingesaugt, wobei die erste aus der Küvette β herausgespült wird.

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Claims

Patentansprüche

uL. ) Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Jod -"--■' und von Schilddrüsenhormonen, bei dem die zu bestimmende Probelösung mit arseniger Säur*e und einer Cer(IV)-Lösung versetzt und die Konzentration an Cer(IV)-Ionen bei konstanter Temperatur zwischen 20 und 60° C fotometrisch bestimmt wird, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß das Reaktionsgemisch,bestehend aus Probelösung, arseniger Säure und Cer(IV)-Lösung, mindestens 1 normal an Salpetersäure gemacht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Reagenzienzugabe zur Probelösung in einer ganz bestimmten Reihenfolge zu geschehen hat, und zwar werden der Probelösung der Reihe nach arsenige Säure, Salpetersäure und Oer(IV)-Lösung zugegeben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zuerst die Probelösung mit arseniger Säure, Salpetersäure und Ger(IV)-Lösung gemischt wird und dann erst danach das komplette Reaktionsgemisch auf die gewünschte Reaktionstemperatur gebracht wird, indem es durch eine der Küvette vorgeschalteten Durchflußthermostatisiereinrichtung fließt.

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4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene naoh einen» oder mehreren der Ansprüche 1 bis j5, bestehend aus dem Fotometer mit der zugehörigen Küvette, der dae Reaktionsgemisch über eine Leitung zugeführt wird« dadurch gekennzeichnet , daß in der Leitung eine thermostatisierende Einrichtung, insbesondere eine Thermostatisierschlange, angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß an das Fotometer eint Auewertungeeinrichtung angeschlossen ist, die die doppellogarithmieche Transformation der Transmission in den Logarithmus der Extinktion auf elektromechanisohe oder in an sich bekannter Weise vollelektrisoh durchführt und die daraus resultierende Reaktionsgerade schreibt.
6. Vorrichtung naoh Anspruch 5* dadurch ge- ( kennzeichnet , daß die elektromeohanische Auswertungseinrichtung aus einem Kompensationsschreiber mit einem Abgleichpotentiometer 4, die mittels einer Zahnstange 5 durch eine Kurvenscheibe 2, die von einem Servomotor 1 angetrieben wird, steuerbar ist.

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