Quantitativer Standard durch Ramanspektroskopie

Ebenso wie ein Einbrecher anhand seiner Fingerabdrücke gefasst werden kann, lassen sich Moleküle anhand bestimmter Eigenschaften eindeutig identifizieren. Den sichtbaren Hautlinien entsprechen dabei charakteristische Eigenschwingungen der Moleküle, die sich mit der Ramanspektrometrie detektieren lassen. Für eine mengenmäßige Bestimmung wurde in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) eine Methode entwickelt, die die Ramanspektrometrie mit der „Isotopenverdünnung“ kombiniert und sich als Primärmessverfahren in der klinischen Chemie eignet. Das hat eine jetzt abgeschlossene internationale Vergleichsstudie gezeigt.

Eine Rückführung chemischer Messergebnisse auf die SI-Einheiten (mol, kg, m) setzt Messverfahren voraus, mit denen ein Analyt eindeutig identifiziert und quantifiziert werden kann. In der PTB wurde in den letzten Jahren ein neues Primärmessverfahren zur Bestimmung von Stoffmengenkonzentrationen entwickelt, das diese Anforderung durch den Einsatz der oberflächenverstärkten Ramanspektrometrie erfüllt. Durch Kombination mit dem Prinzip der „Isotopenverdünnung“, wird über eine Verhältnismessung eine hochgenaue und metrologisch rückführbare, quantitative Analytik ermöglicht. Damit steht für viele klinisch-chemische Analyte erstmals eine Alternative zur Isotopenverdünnungs-Massenspektrometrie (IDMS) zur Verfügung.

Bei der Ramanspektrometrie geschieht die Identifizierung eines Analyten anhand von Eigenschwingungen, die für jede Substanz charakteristisch sind, ähnlich wie ein menschlicher Fingerabdruck. Um quantitative Bestimmungen höchster Genauigkeit zu erreichen wird der zu untersuchenden Probe, hier Blutserum, eine bekannte Menge eines isotopenmarkierten Standards („Spike“) zugesetzt. Die veränderte molare Masse des Spikes wird im resultierenden Mischungsspektrum durch die Massensensitivität der Molekülschwingungen zur Verhältnisbestimmung von Analyt und Standard ausgenutzt.

Um die geringen Substanzkonzentrationen im Blutserum nachweisen zu können, wurden die Analytmoleküle an Silber-Nanopartikel gebunden und so die Nachweisgrenze der Ramanspektrometrie entscheidend verbessert. Der resultierende Effekt wird als oberflächenverstärkte Ramanstreuung (surface-enhanced Raman scattering, Sers) bezeichnet und bewirkt eine Erhöhung der Raman-Streuintensität um mehrere Größenordnungen.

Die Leistungsfähigkeit dieses als IDSers (isotope dilution surface-enhanced Raman scattering) bezeichneten Verfahrens wurde nun erstmals in einer internationalen Vergleichsmessung (IFCC-RELA 2010) getestet. Ziel war die Bestimmung der Stoffmengenkonzentration des klinischen Markers Kreatinin (Anzeiger für Nierenfunktionsstörungen) in zwei unterschiedlichen Serumproben. Zehn der insgesamt zwölf teilnehmenden Laboratorien, darunter vier Metrologieinstitute, waren mit der Isotopenverdünnungs-Massenspektrometrie (IDMS), dem aktuellen Referenzverfahren, vertreten. Ein Vergleich der Messdaten aller Teilnehmer zeigt, dass die in der PTB mit IDSers ermittelten Serumkonzentrationen des Kreatinins sehr gut mit dem Mittelwert der durch IDMS gemessenen Werte übereinstimmen. Die Eignung und Leistungsfähigkeit der Methode als primäres Verhältnisverfahren für die Metrologie in der Chemie wurde damit erfolgreich nachgewiesen.

PTB / PH