Aus dem Institut fiir Milchforschung, Oranienburg (Direktor: Prof. Dr. R. BRUNCKE)

Beitrag zur Aammenphotometrischen Natrium- und Kaliumbestimmung in Milch

H. KONRAD

DK 546.321.33 :543.423 Kalium-, Natriunibestimmung, Flammenphotometrie 637.1 :j16.32/.33 Milch, Kalium-, Natriumbestimmung Far die quantitative Bestimmung von Natrium und Kalium in Milch wird ein flammen- photometrisches Schnellverfahren vorgeschlagen, bei dem ein Kupferchloridserum ver- wendct wird. Die durch das ,,Unlosliche" bedingte Volumenanderung ist zu beriicksich- tigen; fiir Jlischmilch kann der Faktor f = o,g5 benutzt werden. Die Methode ist gut reproduzierbar, genau, einfach und schnell durchzufiihren. Im Milcheinzugsgebiet Oranienburg wurden ein durchschnittlicher Na-Gehalt von .p rnglIoo ml und eiu K-Gehalt von 167 mg/ioo ml ermittelt; das Na/K-Verhtdtnis betrug m I : 4. Milcliproben von mastitiskranken Kuhen zeigten stark erhohte Na-Werte bei gleich- zeitig erniedrigten K-Werten ; das Na/K-Verh%ltnis mar signifikant enger als bei nor- rnaler Milch und sank bis auf I : 1,3.

Uei Untersnchungen abcr den Nachweis von Rackstanden von Reinigungs- und Desinfek- tionsmittcln (KDM) hatten wir den Calcium-, Kalium- und Natriumgehalt in JIilch zu PI- niitteln. Wahrend sich fur die Calciumbestimmung eine komplexometrische Arbcitsweise 111 als gut geeignet envies, erschien fiir die Alkalibestimmung die flainrnenphotometrische Metho- dik optimal. Diese Technik hat sich auf Grund einer schnelien Durchfiihrbarkeit nnd guten Keproduzierbarkeit allgemein bew2lu-t. Auch auf dem Slilchgebiet liegen zahlreiche Arbeiten vor. Dabei kann entweder dieMilch nach entsprechender Verdiinnung mit Wasser direkt 1-er- spruht '.2, 31 oder eine salzsaure Losung der Milchasche L4-71 bzw. ein Trichloressigsaure- serum [8, 91 zur Analyse benutzt werden. Urn Stbrungen durch andere Milchbestandteilc, insbesondere durch Phosphate zu vermeiden, venvendeten MURTHY u. a. [ I O ~ ein Salzsaure- Milchserum, das zuvor mit einem Anionenaustauscher behandelt worden war, wahrend WENKER TI I; primar die Kationen K+, Na+, Ca++ und Mg++ an einer Dowex 50-Austauscher- saule isolierte und danach im salzsauren Eluat flammenphotometrisch bestimmte.

Wahrend das direkte Verspriihen einer mit Wasser verdunnten Milch als unsicher geltcn 1nu13, sind T'eraschung und Ionenaustausch zu arbcitsaufwendig, urn groBe Probenserien schnell bewaltigcn zu konnen.

Da Natrium und Kalium im Gegensatz zum Calcium ausschlieDlich in ionogener Losung vor- liegen, priiftcn wir deshalb einige Milchseren auf ihre Eignung; sie sollten klar und schnell herstellbar sein ; auUerdem durften dnrch das .Fsllungsmittel keine starenden Substanzen hin- cingelangen. Die durch das ausgeflockte EiweiD und Fett bedingte Volumenanderung war analytisch zu crmitteln und evtl. in Form eines Korrekturfaktors zu beriicksichtigen.

Experimenteller Ted Flamnienpliotometrische Analysen lassen sich sehr exakt ausfuhren, wenn die

;2nalysenlosung frei von ,,Storionen" ist. Zumeist handelt es sich uni Substan- 36*

538 KONRAD

Zen, die die verschiedensten Anionen und Kationen in unterschiedlichen Kon- zentrationen nebeneinander enthalten. Es sind deshalb die ,,gegenseitige Re- einflussung der Elemente" untereinander, die ,,Querempfindlichkeit des Filters" sowie der ,,Flammenuntergrund" zu beriicksichtigen. Daraus ergibt sich die zwingende Forderung, die Eichlosungen in ihrer qualitativen und quantitativen Zusammensetzung moglichst weitgehend an die analytische Reschaffenheit des Untersuchungsmaterials anzugleichen, d. h. dal3 sie die wichtigsten Ionen der Milch in etwa gleicher Konzentration enthalten miil3ten. Unter unseren Bedin- gungen konnen durchschnittlich ca. 42 mg Natrium, 170 mg Kalium und 125 mg Kalzium in IOO ml Milch erwartet werden.

Da uber die Flammenphotometrie ausfiihrliche Monographien erschienen sind [IZ, 131, gehen wir nur auf spezifische Einzelheiten unserer Arbeitsweise ein.

Abb. I . Eichkurven far die flammenphotometrische Bestimmung von Natrium und Kalium in Milch

Gerafe. Wir verwendeten ein Flammenphotometer Model1 I11 in Verbindung mit dem dazu- gehorigen Skalengdvanometer des VEB CARL ZEISS, Jena. Dieses Gerat ist rnit einer Selen- sperrschichtzelle sowie den Filtern Na 57 I und K 77 I ausgerustet. Wir arbeiteten rnit einer Acetylen/PreDluftflamme mit dem fur unser Gerat optimalen Verhsltnis von 0,4 atii Luft und 55 mm Wassersaule Acetylen. Die Ablesung am Skalengalvanometer - MeBbereich 10 - erfolgte nach jeweils 10 s.

Eichlosungen. Aus einer Stammlosung, die 80 mg Kt, 60mg Cat+ und ~ r o m g POp"' in ~ o o m l enthalt, werden durch Zusatz steigender Mengen Natrium als NaCl mehrere Eich- liisungen bereitet. Die Rlendeneinstellung erfolgt so, daB die hkhs te Natriumkonzentration von 5 0 mg/roo ml einen Ausschlag von 400 Skalenteilen am Galvanometer ergibt.

In analoger Weise wird fur die Kaliumeichkurve eine StammlBsung der Zusammensetzung 20 mg Ka*, 60 mg Cat+ und I 10 mg P04'"/~oo ml venvendet. Hier werden die Kaliumzusatze mit entsprechender Zwischenkonzentration bis zu 120 mg/Ioo ml vorgenommen. Da fur nor- male Milch, die im Verhaltnis I : I verdunnt vorliegt, insbesondere der Bereich von 20 + 10 mg Na+ bzw. 80 + 20 mg K + interessiert, wurden far diesen Bereich Eichkurven aufgenommen (Abb. I ) und zur schnelleren Werteermittlung tabelliert.

Natrium- und Kaliumbestimmung in Milch 539

Priijung eiqzes Czi-Milchsentms. Bei orientierender cberpriifung verschie- dener Milchseren envies sich neben dem Trichloressigsaure- ein Kupferchlorid- setlini als brauchbar; dabei liegt die Milch im Verhaltnis I : I verdunnt vor. Es IaBt sich besonders schnell und einfach herstellen, zeigt keine Trubung, keine nachteiligen Einflusse auf die Flamme, ist aber wesentlich billiger als das Tri- chloressigsaureserum.

Da durcli das unlosliche Fett- und EiweiBkoagulum eine Volumenanderung bedingt ist, haben wir diese ermittelt. Von einigen Milchproben wurden der Fett- und der EiweiBgehalt bestimmt. Nimmt man an, daB I g Fett ein Volumen von 1,o8 ml und I g EiweiIj ein Volumen von 1,46 ml ausmachen, so erhalt man aus der Summe:

(Fettgehalt x 1,o8 x Milchmenge) + (EiweiBgehalt x 1,46 x Milchmenge) das Volumen fur das ,,Unlosliche".

Der Korrekturfaktor ist bei Herstellung von IOO ml Serum

IOO - ml IJnlosliches f = - ~

I 0 0

Daruber hinaus haben wir zur Kontrolle an ca.50 Proben die Alkalien in Parallel- bestimmungen sowohl im Serum als auch in der salzsauren Aschelosung er- mittelt.

50 ml Milch werden in einer Platinschale nach Zusatz von 3 Tropfen Eisessig mit cincm Infrarotstrahler zur Trockne eingedampft. Der Ruckstand wird uber einer Runsenflamme verascht und im Muffelofen bei 550 "C 3 h gegliiht. Man lost die Asche in 2 ml ro')higer Salz- saurc, raucht a b und nimmt den Ruckstand in dest. Wasser auf. Nachdem wiederum his zur Trocknc vcrdampft worden ist, spult man mit dest. Wasser quantitativ in ein IOO ml Kiilbchcn und fullt zur Rlarkc auf.

Es wurde die Standardabweichung bei Parallelbestimniungen ermittelt (Tab. I) und aus der Differenz der Mittelwerte der Korrekturfaktor fur das ,,Unlosliche" berechnet (Tab. 2).

Tabe l l e I

Reproduzierbarkeit der Natrium- und Kaliumbestimmung bei Parallel- untersuchungen (Standardabweichung)

N a t r i u m

540

I

2

... 5 0 ~.

KONRAD

41.2 40.7

42.4 ...

Kalium

x s (xi - $2

S = Summe N = Zahl der Proben n = Zahl der Bestimmungen

s = Standardabweichung v = Variationskoeffizient

T a b e l l e 2

und in der salzsauren Losung der Milchasche

N a t r i u m

Vergleichende Alkalibestimmung im, Kupferchloridserum

Serum 1 Aschelosung [mgl

39.3 39.4

39.9

40,2

... .-______

Faktor iiir das ,,Unlosliche" -2- 4 0 - N 0,gg. 4295

K a l i u m

Differenz d (Serum- Asche)

Faktor fur das , ,,Unlosliche" * e o,g5 17679

Differenz d (Serum-Asche)

+5,8 + 7t5 ...

L +5>3

2 +7.5

Nach Zusatz definierter Menge Natrium und Kalium pruften wir, inwieweit sich diese wiederfinden lassen und ob auf diesem Wege ein ,,systematischer Fehler" der Methode erkennbar wird. Die Ergebnisse sind in Tab. 3 dargestellt.

Ermittlung des Natrium- unzd Kaliumgehaltes von. Milchproben. Aus dem Ein- zugsgebiet Oranienburg wurde I Jahr lang monatlich eine Serie von 30 ... 4o Rohmilchproben auf den Natrium- und Kaliumgehalt untersucht und gleich-

Satrium- und Kaliumbestimmung in Milch 54 1

zeitig das Verhaltnis Na:K errechnet. Die Ergebnisse sind in Tab. 4 nieder- gelegt. In gleicher Weise wurden Milchproben von mastitiskranken Kiihen uberpruft (Tab. 5) .

T a b e l l e 3 Ermittlung definierter Natrium- und Kaliumzusatze

__ __.-.__ ~~ _ ~ _ ~

Natrium [mg/ioo ml] i Kalium jmg/roo nil: Zusatze

__

Ausgangsmilch + 6,o mg Na -$ Z O , ~ mg Na f 3 1 , o mg N a +- 13,o mg I< +24,9 mg I\: +30,0 mg I<

gei. 1 Diff. I- err.

I 7 0 ~ 8

170,s 183.0 195.7 2 0 0 3

170.8

T a b e l l e 4 Durchschnittliche Natrium- und Kaliumgehalte von Roh- und Trinkmilch

Monat ~ Probenz I

November Dezember Januar Februar Marz April Uai Juni Juli August September Oktober

25 30

24 I 35

' 4 0 38 39 23 28 37 40 40

Natrium [mg/Ioo ml]

4435 4536 42,6 41.7 40.5 4 0 ~ 6 40.4 41.2 42.3 42.0 43>4 46'7

__-

T a b e l l e 5

Kalium

Natrium- und Kaliumgehalte von Milchproben mastitiskranker Kuhe

Natrium [mglroo ml]

-_____ 87.0 7580

I 16,o 7590 81.0

105.0 106,o

Kalium [mg/roo ml] Ka: I<

I : 1.5 I : 2,o 1:1,2 1 : 2 , 1

I : 1,6 I : 1,3 1:1,3

- _

Na : li

I :3,8 1 : 3.7 1 : 3.9 I :4 ,0 1 :4 .2 I : 4 , 2 I :4,2 1 :4,0

I : 3,9

I : 3,.5

I :3.8

I : 3 3

542 KONRAD

Arbeitsvorschvift Geriite. Flammenphotometer Model1 I11 mit den Filtern Na 59 I und K 77 I

sowie Skalengalvanometer des VEB CARL ZEISS, Jena; Galvanometerempfind- lichkeit 10 x . 0,4 Atii Luft; 55 mm Wassersaule Acetylen.

Chemikalien. Fiir die Natriumbestimmung wird eine ,,Stammlosung" folgender Zusammensetzung verwendet : 1,52558 KC1 A 800 mg K+ ; 1,5995 g (NH,),HPO, LY - 1100 mg PO,--- und 1,4983 g CaCO, & 600 mg Ca++ werden mit z ml konz. Salzsaure versetzt und nach Losen des CaCO, mit dest. Wasser zu 500 ml auf- gefullt. Aus dieser Stammlosung werden durch Zusatz steigender Mengen einer Natriumchloridlosung (5 mg Na+ /ml) folgende Eichlosungen bereitet :

I. jo ml Stammlosung + dest. Wasser ad IOO ml (Nullwert) 2. 50 ml Stammlosung + 15 mg Na+ + dest. Wasser ad roo ml 3. jo ml Stammlosung + 20 mg Naf + dest. Wasser ad IOO ml 4. 50 ml Stammlosung + 30 mg Na+ + dest. Wasser ad IOO ml 5 . 50 ml Stammliisung + 40 mg Na+ + dest. Wasser ad IOO ml 6. 50 ml Stammlosung + 50 mg Na+ + dest. Wasser ad IOO ml

Fiir die Kaliumbestinzmung wird eine analoge ,,Stammlosung" hergestellt, nur daW diese anstelle von 1,5255 g Kaliumchlorid 0,5084 g NaCl A zoo mg Na+ enthalt. Es werden folgende Konzentrationsstufen hergestellt, wozu eine KCI- Losung (10 mg K+/ml) benutzt wird.

I. 50 ml Stammlosung + dest. Wasser ad IOO ml (Nullwert) 2. 50 ml Stammlosung + 30 mg K+ + dest. Wasser ad IOO ml 3. jo ml Stammlosung + 60 mg K+ + dest. Wasser ad IOO ml 4. 50 ml Stammlosung + 80 mg K+ + dest. Wasser ad IOO ml 5. 50 ml Stammlosung + 100 mg K+ + dest. Wasser ad 100 ml 6. 50 ml Stammlosung + 120 mg K+ + dest. Wasser ad 100 ml

Die Blende des Gerates wird so eingestellt, daB die 0. a. Losungen Na-6400 Skalenteile und K-6500 Skalenteile ergeben, die Aufstellung der Eichkurven er- olgt in iiblicher Weise.

Herstellufig des Kupferchloridserums. 25 ml Milch, entrahmte Frischmilch bzw. I : I verd. Kondensmilch, werden in einem 50 ml-MeBkolben mit Kupferchlorid- losung (6,o g CuCl, x z H,0/1) aufgefullt. Ca. 10 min nach dem Umschutteln filtriert man durch ein hartes Faltenfilter; die ersten noch triiben 5 ml werden verworfen, der Rest des klaren Filtrats kann direkt verspruht werden.

Durclzfiihrmg der Bestimmung. Nach Einschwenken des gewunschten Filters und Justierung des Flammenphotometers mittels der Eichlosungen Na-6 & 400 Skalenteile bzw. K-6 & 500 Skalenteile werden die Kupferseren ver- spriiht. Nach etwa 10 s werden der Skalenausschlag abgelesen und der Alkali- gehalt aus der Eichkurve bzw. der Tabelle ermittelt. Dabei ist zu berucksichti- gen, daB eine Milchverdiinnung I : I eingesetzt wird. Wahrend der Messungen ist auf konstante Einhaltung des PreBluft- und Acetylendruckes, der Eintauch-

Satrium- und Kaliumbestinimung in Milch 543

tiefe, der Raumtemperatur und der einwandfreien Funktion des Zerstaubers zu achten. Man arbeitet am besten nach dem ,,Nachstellverfahren", d. h. daB nach jeder 5-8. Probe die Justierung der Blende mit Losung Na-6 bzw. K-6 erfolgt. Die ermittelten Werte sind mitf = 0,gS zu multiplizieren, um den durch das ,,Unlosliche" bedingten Fehler zu eliminieren.

Auswertung acnd Diskacssion der Ergebnisse Fur die flammenphotometrische Bestimmung des Natrium- und Kalium-

gehaltes der Milch hat sich ein Kupferchloridserum bewahrt, bei dem die Milch im Verhaltnis I : I verdunnt wird. Storungen im Zerstauber, z. B. beim direkten Verspruhen verdunnter Milch durch Festsetzen von EiweiB- oder Fettpartikeln, werden dadurch vermieden. Ein weiterer Vorteil ist, daB das Serum auch bei Zimmertemperatur mehrere Tage aufbewahrt werden kann, so dal3 vereinzelt anfallende Milchproben nicht sofort untersucht werden mussen. Andere Seren (z. B. das Essigsaure- und Salzsaureserum) ergeben ein weniger klares Filtrat, das Alkohol-, Aceton- oder Tetraserum sowie das Calciumchloridserum scheiden aus, da hier nachteilige, storende Einflusse auf die Flamme bestehen. Dai Tri- chloressigsaureserum ist unokonomisch ; IOO Proben kosten 12, --M, heiin Kupferserum aber nur 0,70 M.

Um den ,,zufalligen Fehler", der ein MaBstab fur die Reproduzierbarkeit der Methode ist, zu ermitteln, wurden aus einer Reihe von Zwei- und Dreifacli- bestimmungen die Standardabweichung s und der Variationskoeffizient 7 % be- rechnet. Fur die Natriumbestimmung ergab sich v = &I%, fur die Kalium- bestimmung IJ = f 0,6%. Die durch das Ausfallen des Caseins verursachte Volumenanderung wurde aus der Differenz der Mittelwerte ism, - XAsche be- stimmt und ergab bei Mischmilchseren sowohl fur die Natrium- als auch Ka- liumbestimmung einen Korrekturfaktor von = 0,gg. Bei Einzelproben emp- fiehlt es sich, den Faktor aus ihrem Fett- und EiweiBgehalt wie vorenvahnt zu ermit teln.

Da definierte Zusatze von Natrium und Kalium mit guter Genauigkeit wieder- gefunden werden konnten, haften der Arbeitsweise keine systematischen Feliler an. Wie auBerdem aus Tab. 3 zu ersehen ist, stort ein KaliumuberschuB bei der Natriumbestimmung nicht ; erhohte Natriummengen bedingen nur einen gering- fiigigen Anstieg der Kaliumwerte, der sich innerhalb der Fehlergrenze der Me- thode bewegt.

Monatliche Untersuchungen von Rohmilch und Trinkmilch aus dem Einzugs- gebiet Oranienburg lieBen einen jahreszeitlichen EinfluB erkennen. Dabei ergab sich ein Minimum fur Natrium in den Monaten Marz bis Mai von etwa 40 mg/ IOO ml und ein Maximum im Zeitraum Oktober bis Dezember von 46 mg/roo ml. Das Verhaltnis Natrium : Kalium errechnet sich fur Winterrnilch mit N I : 3,7, fur Sommermilch mit I :4,2.

Milchproben von mastitiskranken Kiihen zeigten stark erhohte Na-Gehalte bei gleichzeitig deutlich erniedrigten Kaliumkonzentrationen ; hier sanken die Na/K-Verhaltnisse bis auf I : 1,3.

544 KONRAD

Ober die Eignung dieser Methode zum Nachweis von Ruckstanden von Reini- gungs- und Desinfektionsmitteln bzw. Neutralisationsmitteln wird demnachst berichtet .

S u m m a r y H. KONRAD : Contribution to the flame photometric determination of sodium and potassium in milk

A flame photometric rapid method which makes use of a copper chloride serum is proposed for the quantitative determination of sodium and potassium in milk. A volume change pro- duced by the "insoluble" must be taken into account; the factor f = 0.95 can be used for mixed milk. The method is of good reproducibility, exact, easy and rapid.

Milk samples from the Oranienburg supplying areahad average sodium and potassium con- tents of 42 mg./Ioo ml. and 167 mg./ml., respectively; the Na/K ratio was = I : 4. In samples of milk from cows affected by mastitis, the sodium values were higher and the potassium values lower; the Na/K ratio was significantly closer than for normal milk and declined to 1 : 1,3.

P e a ~ o ~ e x. K0HpaJ.I: @OTOMeTpHH

nJIaMeHHO-~OTOMeTpHI9eCKH~ 3 H C l l p e C C - M e T O ~ C IIpEmMeHeHIleM CMBOPOTKH H a OCHOBe XJIOPHCTOB M e W . n p H 3TOM ~ e o 6 x o i l ~ ~ o YgHTbIBaTb EI3MeHeHHe o6'eva 06yCJIOBJIeHHOe ,,HepaCTBOpEIMbIM" ; nJIR c6opaoro MOJlOKa MOWHO IIpHMeHIITb H03@1$€i9HeHT f = 0,95. M e T o A XOpOIIlO BOCIIpOH3BOHHM M TOYBH, e r O I IpOBeAeAIle n p O C T 0 €i 6bICTpO.

O I I p e ~ e J l e H M I o H a T P H R H K8,'ILIR B MOJlOHe MeTOAOM IIJIaMeHHOfi

,JJ,JIR H o n m e c T B e H H o r o o n p e A e J r e H m H a T p m PI K a n m B MoaoICe npennomea

B c a r p b e B o i 8 3 o ~ e ropona O p a ~ u e ~ 6 y p r H a P a e H o cpeiwee c o n e p H t a m e Na, pamoe 42 M r / 1 0 0 MJI, H K, p a B H o e 167 M r / 1 0 0 MJI; C o o T H o u e m i e M e m a y Na M Ic COOTBeTCTByeT npH6JIH3HTeJIbHO 1 : 4.

HOe COAepHMHHe Na IIpH OUHOBPeMeHHOM llOHMlfEeHHEl COJIepHMHHJ3 €IHe Na/K 3HaYHTeJIbHO J'WtEe (1 : 1,3), 4 e M y H O p M a n b H O r O MOJIOHP.

OGpaaub1 MOJIOZEa KOPOB, 60JIbHbIX MaCTHTOM, nOIEa3aJIH 3HaYHTeJIbHO IIOBbIIUeH- ; COOTHOIUe-

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