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Kalibrierung, Relativmethoden und Standards

Wie man Messsignale über eine Kalibrierung in Konzentrationen übersetzt, welche Verfahren das brauchen und wie externe und interne Standards dabei helfen.

Prüfungsrelevanz: relevant ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Die Kalibrierung ermittelt den funktionalen Zusammenhang zwischen Messsignal und Analytkonzentration. Die Validierung belegt die Eignung des ganzen Verfahrens.
  • Relativmethoden wie UV-Photometrie, Fluorimetrie, AAS, quantitative IR und HPLC-UV brauchen eine Kalibrierung mit der zu bestimmenden Substanz.
  • Rückführbarkeit ist eine ununterbrochene Kette dokumentierter Vergleiche vom Arbeitsstandard über den Primärstandard bis zur SI-Einheit.
  • Ein interner Standard wird allen Lösungen in gleicher Konzentration zugesetzt, im selben Lauf gemessen und korrigiert Injektionsdosierfehler.
  • Theobromin dient als interner Standard für Theophyllin. Ein Kalibrierstandard darf also eine andere Struktur haben als der Analyt.

Worum es geht

Ein Photometer liefert eine Absorption, ein HPLC-Detektor eine Peakfläche. Eine Konzentration liefern beide nicht. Die Kalibrierung übersetzt das Signal in einen Gehalt. Erst damit wird eine Gehaltsbestimmung wie die von Theophyllin in einer Retardtablette möglich.

Kalibrieren und Validieren

Die Kalibrierung ermittelt den funktionalen Zusammenhang zwischen einer Messgröße und der Konzentration des Analyten. Man misst dafür Lösungen bekannter Konzentration und trägt das Signal gegen die Konzentration auf. In der Spektralphotometrie heißt Kalibrieren also: die Absorption in Abhängigkeit von der Konzentration bestimmen. Den theoretischen Hintergrund liefert das Lambert-Beer-Gesetz. Wie man die Kalibriergerade aufstellt und bewertet, zeigt die Einheit zur linearen Kalibrierung.

📖 Definition: Validierung

Die Validierung belegt dokumentiert, dass ein Analysenverfahren für seinen Zweck geeignet ist. Dazu prüft man Kenngrößen wie Präzision, Richtigkeit, Linearität und Robustheit.

Die Kalibrierung ist damit ein Arbeitsschritt innerhalb einer Messung. Die Validierung bewertet das ganze Verfahren. Welche Parameter dazu gehören, behandelt die Einheit zu den Validierungsparametern.

Relativmethoden

Bei einer Absolutmethode folgt der Gehalt direkt aus Masse oder Stöchiometrie. Ein Beispiel ist die Gravimetrie. Bei einer Relativmethode hängt das Signal zusätzlich von stoffspezifischen Größen ab, etwa vom Absorptionskoeffizienten. Diese Größen kennt man nicht genau genug. Deshalb braucht jede Relativmethode eine Kalibrierung mit der zu bestimmenden Substanz.

Verfahren Gemessenes Signal
UV-Photometrie Absorption
Fluorimetrie Fluoreszenzintensität
Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) Absorption der Atome
IR-Spektroskopie (quantitativ) Bandenabsorption
HPLC mit UV-Detektion Peakfläche

Auch die HPLC-UV gehört dazu. Die Säule trennt nur. Wie stark ein Peak ausfällt, bestimmt die UV-Absorption der jeweiligen Substanz.

Standards und Referenzsubstanzen

Für die Kalibrierung braucht man Referenzsubstanzen mit genau bekanntem Gehalt. Ein primärer Standard hat höchste Reinheit und ist direkt an SI-Einheiten angebunden. Ein sekundärer Standard oder Arbeitsstandard wird gegen einen Primärstandard eingestellt. Die Rückführbarkeit verbindet beide: Sie ist eine ununterbrochene Kette dokumentierter Vergleiche bis zur SI-Einheit. Jedes Glied trägt eine angegebene Messunsicherheit.

Pfeilkette von Probe zu Arbeitsstandard zu Primärstandard zu SI-Einheit Kilogramm und Mol.

Rückführbarkeit: ununterbrochene Kette dokumentierter Vergleiche bis zur SI-Einheit.

Externer und interner Standard

Beim externen Standard misst man Kalibrierlösungen getrennt von der Probe. Beim internen Standard setzt man allen Proben- und Kalibrierlösungen dieselbe Menge einer Hilfssubstanz zu. Sie wird im selben Lauf wie der Analyt gemessen.

A Externer Standard
  • eigene Läufe mit Kalibrierlösungen
  • Auswertung über die Peakfläche des Analyten
  • Dosierfehler gehen voll ins Ergebnis ein
B Interner Standard
  • in gleicher Konzentration allen Lösungen zugesetzt
  • Auswertung über das Flächenverhältnis Analyt zu Standard
  • korrigiert Dosierfehler bei der Injektion

Die Korrektur funktioniert wie eine Wägung mit Gegengewicht. Injiziert man 10 % zu wenig, schrumpfen beide Peaks um 10 %. Ihr Verhältnis bleibt gleich.

Zwei Chromatogramme mit je einem Peak für Theobromin und Theophyllin, im zweiten sind beide Peaks um ein Zehntel niedriger.

Interner Standard: Bei geringerem Injektionsvolumen schrumpfen beide Peaks gleichermaßen, ihr Flächenverhältnis bleibt konstant.

Ein guter interner Standard ähnelt dem Analyten chemisch. Er verhält sich dann bei Aufarbeitung und Messung ähnlich. Er muss aber chromatographisch getrennt erscheinen und darf in der Probe nicht vorkommen. Theobromin eignet sich so als interner Standard für die HPLC-Gehaltsbestimmung von Theophyllin.

Zwei Xanthin-Grundgerüste, links mit Methylgruppen an N1 und N3, rechts an N3 und N7.

Theophyllin und Theobromin unterscheiden sich nur in der Stellung einer Methylgruppe.

Das Beispiel zeigt auch: Ein Kalibrierstandard kann eine andere chemische Struktur haben als der Analyt. In der Titrimetrie stellt man eine Maßlösung oft mit einer Urtitersubstanz ein. Zwingend ist das nicht. Auch eine bereits eingestellte Maßlösung kann als Vergleich dienen.

⚠️ Achtung: Urtiter und interner Standard

Eine Urtitersubstanz stellt den Titer einer Maßlösung ein. Sie wird der Probe nicht zugesetzt und heißt deshalb nicht interner Standard.

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Aussage 1

Die Fluorimetrie ist eine Relativmethode und erfordert eine Kalibrierung mit der zu bestimmenden Substanz.

Die Fluoreszenzintensität hängt von stoffspezifischen Größen ab. Deshalb muss man mit dem Analyten selbst kalibrieren.

Aussage 2

Unter Validierung versteht man die Ermittlung der Absorption in Abhängigkeit von der Konzentration.

Das ist die Kalibrierung. Die Validierung belegt, dass das gesamte Verfahren für seinen Zweck geeignet ist.

Aussage 3

Ein interner Standard wird in einem eigenen chromatographischen Lauf getrennt von der Probe gemessen.

Der interne Standard wird der Lösung zugesetzt und im selben Lauf wie der Analyt gemessen. Getrennte Läufe kennzeichnen den externen Standard.

Aussage 4

Theobromin eignet sich als interner Standard für die HPLC-Gehaltsbestimmung von Theophyllin.

Beide Xanthine sind chemisch ähnlich, lassen sich aber chromatographisch trennen. Theobromin kommt in der Probe nicht vor.

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