Standardadditionsverfahren
Wie man eine Probe mit bekannten Analytmengen aufstockt, die Additionsgerade grafisch und rechnerisch auswertet und damit Matrixeffekte ausgleicht.
Das Wichtigste in Kürze
- Das Standardadditionsverfahren kalibriert in der Probe selbst: Gleiche Probenaliquote werden mit steigenden bekannten Analytmengen versetzt und auf gleiches Volumen aufgefüllt.
- Der Betrag des negativen Abszissenabschnitts der extrapolierten Geraden ist die Analytmenge bzw. -konzentration der Probe, rechnerisch \(|x_0| = a/b\).
- Der Ordinatenabschnitt ist das Signal der unversetzten Probe und nicht deren Stoffmenge. Ordinatenabschnitt und Steigung bestimmen gemeinsam das Ergebnis.
- Der Achsenschnittpunkt ist keine Bestimmungsgrenze, sondern gibt den Gehalt der Probe an.
- Die Methode gleicht Matrixeffekte aus und dient u. a. bei AAS, ICP-MS, HPLC-MS endogener Plasmasubstanzen und der qNMR-Wasserbestimmung in deuteriertem Methanol.
Worum es geht
Das Standardadditionsverfahren ist eine Kalibriertechnik, bei der man die Probe selbst mit bekannten Mengen des Analyten versetzt. Man setzt es ein, wenn Begleitstoffe das Messsignal verfälschen, etwa bei Schwermetallen in Arzneistoffen oder bei körpereigenen Substanzen im Blutplasma.
Prinzip der Standardaddition
Beim Standardadditionsverfahren misst man die Probe allein und zusätzlich nach Zusatz bekannter Analytmengen. Man stockt die Probe auf: Mehrere Messkolben erhalten dasselbe Probenvolumen. Dazu kommen steigende Mengen einer Standardlösung des Analyten. Der erste Kolben bleibt ohne Zusatz. Alle Kolben werden auf dasselbe Endvolumen aufgefüllt und gemessen.
Der Unterschied zum externen Standard liegt im Medium. Dort stellt man die Kalibrierlösungen in reinem Lösungsmittel her und misst die Probe getrennt davon. Bei der Standardaddition entsteht die Kalibrierfunktion dagegen in der Probe selbst. Jeder Kolben enthält also dieselbe Matrix.
Auswertung der Additionsgeraden
Man trägt das Signal \(y\) gegen die zugesetzte Analytmenge \(x\) auf. Die Messpunkte liegen auf der Additionsgeraden \(y = a + b \cdot x\). Sie beginnt nicht im Ursprung, denn schon die unversetzte Probe liefert ein Signal. Der Ordinatenabschnitt \(a\) ist genau dieses Signal der Probe ohne Zusatz. Er ist ein Messwert und noch keine Stoffmenge.
Um die Menge zu erhalten, verlängert man die Gerade nach links bis zur Abszisse. Am Schnittpunkt \(x_0\) wäre das Signal null. Dort hätte man rechnerisch genau so viel Analyt weggenommen, wie die Probe enthält. Der Betrag des negativen Abszissenabschnitts ist deshalb die Analytmenge bzw. -konzentration der Probe. Im Diagramm entspricht ihr die Strecke vom Ursprung bis \(x_0\).
Rechnerisch setzt man in der Geradengleichung \(y = 0\):
\[|x_0| = \frac{a}{b}\]
\(a\): Signal der unversetzten Probe, \(b\): Steigung (Empfindlichkeit) in Signal pro Mengeneinheit. Das Ergebnis hat die Einheit der x-Achse.
Das Ergebnis hängt also von Ordinatenabschnitt und Steigung ab. Ein Beispiel mit vier Ansätzen:
| Zusatz (µg) | 0 | 2 | 4 | 6 |
|---|---|---|---|---|
| Extinktion | 0,15 | 0,25 | 0,35 | 0,45 |
Die Steigung beträgt 0,05 pro µg, der Ordinatenabschnitt 0,15. Die Probe enthält somit 0,15 / 0,05 = 3 µg Analyt. Trägt man Konzentrationen in der Messlösung auf, rechnet man über die Verdünnung auf die ursprüngliche Probe zurück.
Mit der Bestimmungsgrenze hat der Schnittpunkt nichts zu tun. Er beschreibt den Gehalt der Probe und keine Leistungsgrenze des Verfahrens.
Matrixeffekte und Anwendungen
Begleitstoffe der Probe können das Messsignal des Analyten verändern, ohne selbst gemessen zu werden.
Einfluss der übrigen Probenbestandteile (Matrix) auf das Signal des Analyten. Meist ändert er die Signalhöhe pro Analytmenge, also die Steigung, durch Signalunterdrückung oder Signalverstärkung.
Bei externer Kalibrierung passt dann die Steigung aus dem Lösungsmittel nicht zur Probe. Das Ergebnis wird systematisch falsch. Die Standardaddition gleicht Matrixeffekte aus, weil Probe und Zusätze in derselben Matrix gemessen werden. Die Additionsgerade trägt damit die richtige Steigung. Voraussetzung ist ein linearer Zusammenhang bis in den extrapolierten Bereich.
Sinnvoll ist das Verfahren bei komplexen Matrices und bei Analyten, für die es keine analytfreie Leermatrix gibt:
Quiz
Aussage 1
Die Standardaddition gleicht Matrixeffekte aus, weil die Kalibrierung in derselben Matrix wie die Probe stattfindet.
Probe und Zusätze werden in derselben Matrix gemessen. Die Additionsgerade hat deshalb die für die Probe gültige Steigung.
Aussage 2
Verlängert man die Additionsgerade nach links, entspricht der Betrag ihres Schnittpunkts mit der negativen x-Achse der Analytmenge der Probe.
Am Schnittpunkt wäre das Signal null. Die Strecke vom Ursprung bis dorthin entspricht dem Analytgehalt der Probe.
Aussage 3
Die Steigung der Additionsgeraden hat keinen Einfluss auf das Ergebnis der Standardaddition, da nur der Ordinatenabschnitt ausgewertet wird.
Das Ergebnis berechnet sich als \(|x_0| = a/b\). Steigung und Ordinatenabschnitt gehen beide ein.
Aussage 4
Bei der Standardaddition gibt der Ordinatenabschnitt der Additionsgeraden direkt die Stoffmenge des Analyten in der Probe an.
Der Ordinatenabschnitt ist nur das Signal der unversetzten Probe. Die Stoffmenge ergibt sich erst aus dem Betrag des Abszissenabschnitts, also aus \(a/b\).
Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️
Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.