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Eine titrimetrische Mikromethode zur Bestimmung des Natriums

von

Hans Mllller.

(26. X. 23.)

Die Erkenntnis, dass die Bestimmung des Mineralstoffwechsels von ebenso grosser wissenschaftlicher wie praktischer Bedeutung ist, hat zur Ausarbeitung einer Anzahl mikrochemischer Bestimmungs- methoden gefuhrt. Da es sich gezeigt hat, dass die Elemente in einem reguliei-ten Gleichgewicht zueinander stehen, ist moglichst vollstandige Bestimmung aller Komponenten erwunscht. Anlasslich einer grosseren Untersuchung uber Ionenantagonismen im Blut in unserem Laboratorium zeigte sich von neuem der Mange1 einer raschen, zuverlassigen Methode zur Bestimmung von Natrium. Wohl ist in letzter Zeit eine ganze Anzahl diesbezuglicher Arbeiten erschienen, die aber alIe entweder nicht einwandfreie Resultate ergeben, oder aber zu zeitraubend sind, urn sich fur grossere Reihenversuche zu eignen, bei denen im Interesse einer Bilanzfestsetzung viele Bestimmurigen der verschiedenartigsten Stoife nebeneinander ausgefuhrt werden mussen. Von den heute ge- braiuchlichsten Methoden zrlr quantitativen Bestimmung von Natrium im Serum seien folgende kurz besprochen:

Kramer und TisdalP) fallen das Natriumion direkt im Serum oder im enteiweissten Blutfil trat mit einer geeigneten Losung von Kaliumpyroan timoniat in 30-proz. alkoholischer Losung als Natrium- pyroantimoniat, waschen mit 30-proz. Alkohol und wagen nach dem Trocknen bei l l O o als Na,H,Sb,O, * 6 H,O. Fehler 2,5%. Die Methode ist einfach und bequem, und ein grosser analytischer Fortschritt, leidet aber unter verschiedenen Mangeln :

1. Wenn der 95-proz. Alkohol nach der E’allung mit Kalium- pyroantimoniat nicht ausserst vorsichtig zugesetzt wird, so fallen Eiweisskorper ebenfalls aus und werden spater mitgewogen.

2. Die Verf. geben selbst an, dass in der alkalischen Losung auch Calciumphosphat gefallt wird, das aber wegen der geringen Menge keinen wesentlichen-Fehler bedingen sol1 (ca. 0,6y0). Diese Uberlegunp

l) .Tourn. of bid. I’hem. 46, 467-473 (1921).

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ist richtig, solange normale Verhaltnisse vorliegen. Sobald aber das Verhaltnis Na:Ca:PO, - sei es in pathologischen Fallen oder nach Injektion der genannten Ionen - sich zugunsten letzterer andert, so werden die Resultate nach unseren Beobachtungen vollkommen unbrauchbar. Das gleiche gilt ubrigens auch bezuglich des Magnesiums.

3. Das Filtrieren kleiner Mengen Niederschlage durch Goochtiegel ist leicht mit geringen Verlusten verbunden und das Trocknen und 'CViigen bis zur Gewichtskonstanz eine zeitraubende Arbeit, besonders wenn es sich um Serienbestimmungen handelt.

Nach einer Arbeit von M . Richter-Quittner') konnen diese Mange1 zum Teil behoben werden. Die Verfasserin verdunnt 5 em3 Blut, Plasma oder Serum und dampft nach der Ultrafiltration wieder ein. Im ein- geengten Filtrat wird die Phosphorsaure abgeschieden und das neue Filtrat in der Siedehitze zur Fallung des Calciumions mit Ammonium- oxalat versetzt. Nach 12-stundigem Stehen wird filtriert, das Filtrat zur Trockne eingedampft, und durch gelindes Gltihen werden die Ammoniumsalze vertrieben. Der Ruckstand mit Wasser aufgenommen ist nun zur Natriumbestimmung nach Krarner und Tisdall vorbereitet. Wohl ist die'se Methodik viel allgemeiner anwendbar als die nach Krumer und Tisdall; fur klinische Untersuchungen ist sie aber viel zu langwierig und kann uberdies nur von geubten Analytikern mit genugender Genauigkeit ausgefuhrt werden. (Nebenbei sol1 an dieser Stelle auf einen Druck- oder Rechnungsfehler aufmerksam gemacht werden. In der zitierten Arb6it M . Richter-Quittner, S. 421, 6. und 7. Zeile von unten steht: 11,98 mgr Na,H,Sb,O, entsprechen 1 mgr Na, statt 11,08 mgr Na,H,Sb,O, entsprechen 1 mgr Na. Der gleiche Fehler zeigt sich auch im Referat in den B. d.ges. Phys. u. Pharm. 17, 498,).)

lhdlich sei noch die Methode von Doisy und Bell erwiihnP). Die Verf. zerstoren die organischen Substanzen mit einem Gemisch von konz. Schwefelsaure und konz. Salpetersaure, oder mit verdunnter Trichloressigsaure, und fallen die Eisensalze und Phosphate aus. Im Fii'iltrat wird das Natrium als schwerlosliches, komplexes Natrium- Casium-Wismut-nitrit, 9 CsNO, 6 NaNO, - 5 Bi(NO,), geflillt, und in einer von Schwefelwasserstoff befreiten Leuchtgasatmosphare 2448 Stunden stehen gelassen. Nach dieser Zeit wird filtriert, getrocknet

l) Bio. Z. 133, 417-431 (1923). ?) Legt, man der Berechnung d&e hente geltende Atomgewicht des Antimons von

3, Journ. of biol. Chem. 45, 313-323 (1921). 120,2 zugrunde, so ist die genaue Umreohnungszahl 11,054 (1 gr : 0,4354).

73

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und gewogen, oder zur kolorirrietrischen Bestirnmung in alkaliwlier Tartratlosung gelost, mi t Sulfanilsaure und a-Naphthylamin in essig- saurer Losung versetzt und mit einer gleichbehandelten Standard- losung im Kolorimeter verglichen. Als dritte untl beste Methotle empfehlen die Verf. eine volumetrische Bestimmung des Niederschlags. Sie oxydieren ihn rnit einer gernessenen Menge von 0,l-n. Kalium- permanganat, entfarben mit 0,l-n. Oxalsaure und titrieren den Uber- schuss mit 0,l-n. Kaliumpermanganat zuruck. Nach M . Richter-Quittner sollen aber nach dieser Methode keine brauchbaren Resultate erhalten wertlen. Von uns nachgepruft wurde sie nicht, weil in den seltensten Fallcn 5 em3 Serum nur fiir die Natriumbestimmung zur Verfugung s t antlen.

Alle diese besprochenen Methoden leiden an dem gemeinsamen Nachteil, dass sie nicht zur Mikrobestimmung ausgearbeitet werden konnen, und fur Reihenuntersuchungen zu vie1 Zeit beansprucheri. Es besteht aber die Moglichkeit, in dem in der Hauptsache nach Krnmer gefallten Natriumpyroantimoniat das Antimon volumetrisch zii bestimmenl). Die Fallung ist in 2 Stunden beendet, und die Schwer- liislichkeit dieses Salzes in 30-proz. Alkohol lasst die Miglichkeit be- stehen, auch mikrometrisch genaue Resultate zu erzielen. Nach A . IVeller2) kann das fiinfwertige Antimon nach folgendem Schema jodometrisch bestimmt werden :

SbZO, + 4 H J = Sb2O3 + 2 H2O + 2 J 2

Die funfwertige Antimonverbindung wird mit Kaliumjodid und konz. Salzsaure zersetzt, das Jod im bekannten Bunsen'schen Apparat in eine mit Kaliumjodid beschickte Vorlage destilliert und mit Natrium- thiosulfat titriert. Die Methode liefert ausgezeichnete Resultate. Gegen die Moglichkeit einer direkten Titration des Jods ohne vorherige Destillation fanden wir in der Literatur nur die Mitteilung u. Knorre's3). Nach seinen Beobachtungen findet ein fortwahrendes Nachblauen statt, so dass der Endpunkt nicht scharf ~u fassen ist. Er schliesst daraus; ,,dass die Umsetzung in der Kalte zwischen Antimonpenta- chlorid und Jodkalium keine vollstandige ist, oder wenigstens nur langsam erfolgt ." Zahlreiche Versuche unsererseit,s bestatigten t e i l -

I ) Ich verwende also das gleiche Prinzip, das Bt. Gnclient (Helv. 6, 729) bei der Mg-Bestimmung verwandt hat. In seiner Arbeit ist auf Seite 733, Zeile 3 von unten 7:83 zu lesen (statt 8 3 3 ) .

2, A. 213, 364 (1882); W . i7. Treud7uell, Lehrbuch der analytischefi Cheinie 11, 585 (1921).

3, Z. ang. Ch. 1888, 156.

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weise diese Beobachtung. Es zeigte sich aber, dass sich unter gewissen Bedingungen auch in der Kalte eine vollstandige Zersetzung erzwingen liisst, und der Umschlag ohne ein Nachblauen mit der notigen Scharfe eintritt. Systematische Untersuchungen fuhrten zum Resultat, dass sowohl die Konzentration der Salzsaure als auch die des Kalium- jodids eine wesentliche Rolle spielen, und dass nur innerhalb gewisser Grenzen genaue Resultate erzielt werden. Einen Einblick in diese Verhaltnisse sol1 in den beiden folgenden Tabellen ein Auszug AUS

den Protokollen geben. Losungen: K,H,Sb,O, - 6 H,O : 2,O gr im Liter; HCl: 36%

Umschlag ber. 1

I . Einfluss der Salzsaurekonzentration bei einem zweifachen fiberschuss an Kaliurnj'odicl.

3,6 4 4,5 5 5 J 6 6,4

- NO. - - __

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12

3,57 1 3,57 2 ! 3,58 3,57 ! 3,57

3,90 1 3,57 2 2

~

Konz. der Salzsaure

~ --

1 Yo 2% 3% 4%

f v o

7% 8% 9 %

10% 11% 12%

5 o /

*) sofort Nachblauung.

gef.

0,56 1,37 2,80 3,12 3,44 3,51 3,55 3,56 3,57 3,90 4,42 4,63

- -~ - I - .

3,57 I scharf *) 3,57 1 scharf*) 3,57 1 scharf') 3,57 1 scharf*) 3,57 ' scharf 3,57 1 scharf 3,57 1 scharf 337 scharf 3,57 ' scharf 3,57 weniger scharf

undeutlich 3,57 3,57 i undeutlich

I

I

II . Einfluss des Kaliumj'odids bei einer Xalzsaurekonzentra~ion von 9 %.

Umsc hlag __ -

sehr scharf sehr scharf sehr scharf

weniger scharf schlecht schlecht

-I_

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Tabelle I zeigt, dass 'bei einer Salzsaurekonzentration von 7--90/b vollstandige Zersetzung bei sehr scharfem Umschlag stattfindet, wahrend nach Tabelle I1 mehr als die vierfache der berechneten Menge an Kaliumjodid den Umschlagspunkt so unscharf macht, , dass leicht ubertitriert wird. Unter Beobachtung dieser Versuchsbedingungen wurden alle weiteren Versuche ausgefuhrt.

A. Natriumbestimmung in abgewogenen Mengen Na,€I,Sb,O, - 6 H,O.

Die gewogene Substanz (0,l-0,3 gr.) wird in einem 100 em3-Erlen- meyerkolhen mit soviel om3 einer 20-proz. Kaliumjodidlosung ver- setzt, dass mindestens die berechnete Menge, hochstens aber ein 4-facher Uberschuas vorhanden ist (0,l gr Na,H,Sb,O, 6 H,O = 0,1306 gr KJ). Dann wird rnit 5 cm3 konz. Salzsaure (36%) zersetzt, mit Wasser auf ein Gesamtvolumen von 20 em3 verdunnt, und unter zeitweiligem Umschutteln 10 Minuten stehengelassen. Nach dieser Zeit wird mit 20 em3 5-8-proz. Salzsaure verdiinnt und mit 0,1-n. Natriumthiosulfat titriert. Zur Berechnung wird die gefundene Anzahl cm3 Thiosulfat multipliziert mit

0,01271, um gr Na,H,Sb,07 * 6 H,O zu erhalten, oder 0,00115, um gr Na zu erhalten.

Folgende Zusammenstellung gibt einen Auszug der Resultate, die nach dieser Vorschrift erhalten wurden.

om3 0,l-n. Thiosulfat No. 1

- I . ~~ ~

1 1 14.2

3 1 17,4 4 l 15,6 5 1 15,5 6 10,5

2 1 11,2

i gr Na,H,Sb,O, . 6 H,O abgewogen

- ~ ~ ~ . _ -1 ~

I gef. I

1 0,1805 ' 0,1808 1 0,1424 1 0,1430

1 0,1983 1 0,1995 0,1970 I 0,1975

0,1327

0,2212 ~ 0,2202

I i I I -

gefunden in yo der angewendeten Menge

~ _ - - _ ~ _ ~ -~

99,83 yn 99,55 yn

100,4 70

99,4 yo 99,75 yo

100,6 yo Mittel: 99,92 yo

B. Jodometrische Bestimmung lcleiner Mengen K,H,Sb,O, - 6 H,O.

Die Mikromethode gestaltet sich im Prinzip genau gleich, dur wird an Stelle der 20-proz. Kaliumjodidlosung eine solche von 2% verwendet und das ausgeschiedene Jod mit 0,01-n. Thiosulfat bestimmt.

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Zur Titration wurde eine in 0,Ol cm3 gctciltc 2 cmS-Prazisionsbiiretto verwendet. Die analysierte Losung enthielt im Liter 2 gr reinstes Kaliumpyroantimoniat. 1 m g dieses Sdzes verlangt theoretisch 1,23 mgr KJ, d. h. 0,l cm3 der 2-proz. Kaliumjodidlosung mit einem genugendeu ~berschuss. J e 1 cm3 der 0,2-proz. Venuchslosung wurdc lnit 0,l cm3 12-proz. KJ-LSsung m d 0,5 cm3 konz. Salzsaure zersdtzt. Nach 10 Mi- nuten wurde mit 0,9 cms Wasvcr vcrdiinnt und mit 0,Ol-n. Thiosulfat titriert. Die gefundene Anzahl cm3 Thiosulfat mit 1,3515 multipliziert gibt mgr K,H,Sb,O, * 6 H,O. Nach dicscr Methode erhieltcn wir folgende Resultate :

- No.

1 2 3 4 5 6

cm3 0,Ol-n. Thiosulfat

1,47 1,46 I ,48 1,475 1,47 1,47

. . .. ..

mg K,H,S gef.

1,987 1,973

2 ,OOo 1,993 1,987 1.987

1 Mittel: 9 9 , 4 O ; I

C. Natriumbestimmung in einer Kochsalzlosung con bekanntem G'ehalt.

Vorratige Xatriumchloridlosung : 0,6063 gr NaCl im Liter entsmechent 1 : 0,237 gr Na, im Liter

1 cm3 dieser Losung wird mit 2 cm3 Kaliumpyroantimoniatreagens und 0,6 cms ('la vom Gesamtvolumen) 95-proz. Alkohol in einem 20 cm3 fassehden Zentrifugierglas gefallt. Nach 2 Stunden wird kurze Zeit zentrifugiert und die uberstehende Hare LBsung mit einer feinen, nach oben umgebogenen Kapillare abgesaugt. Dann wird der Nieder- schlag mit 2 cm3 30-proz. Alkohol aufgewirbelt, zentrifugiert, ah- gesaugt und diese Operation noch zweimal wiederholt. Zur vollstiindigen Entfernung des Alkohols erwarmt man die Glaser auf dem Wasserbad kurze Zeit bei 80-looo. Nach dem Abkuhlen wird fur jedes erwartete mgr Na 1 cms 2-proz. Kaliumjodidlosung, 1 cm3 konz. Salzslure und 2 cm3 Wasser zugesetzt und nach 10 Minuten titriert. Die dureli Titration mit 0,Ol-n. Thiosulfat gefundene Anzahl om3 mit 0,115 mnlti- pliziert ergibt mgr Natrium.

- 1158 - Brleganalysen :

D. Einfluss con Magnesium-, Calcium- und Phosphation auf die @do- metyische Natrit4,mbestimmung.

Xach M . Bzchter-Quittnevl) wird die Natriumfallung mit Kaliuni- pyroantimoniat durch die im Blut normalerweise vorhandenen Kat- ionen und Anionen beeinflusst. Wie schon erwahnt, trifft das nach unseren Beobachtungen nur zu, wenn sich das Verhaltnis dieser Ionen zum Xatriumion stark andert. Es lag nun nahe zu untersuchen, oh diese moglicherweise mitausfallenden Niederschlage auch die volumetri- sche Bestimmung des Natriumpyroantimoniats beeinflussen. Die Ver- haltnisse wurden so gewahlt, dass zu einer Natriumchloridmenge von bekanntem Gehalt, die etwa derjenigen in 0,1 em3 Serum entsprach, die 30-20-fache Menge des normalerweise in 0,1 em3 Serum vorhan- tlenen Magnesiumions, Calciumions und Phosphations zugesetzt wurde. Mitj andern Worten, wurde das naturliche Verhaltnis Na. : Mg **, Na * : Ca - -, Na * : PO4"' 10-20-fach zugunsten letzterer Ionen verschoben.

NaCl: 0,237 mgr h'a ip 1 em3; MgC1,: 0,096 mgr Ng in 1 em3; CaCl, : 0,224 mgr Ca in 1 em3, KH,P04: 0,100 mgr P in 1 em3.

Versuchsbedingungen und Resultate sinti in den beidrn niichsten Tabellen zusammengestellt :

Die angewendeten Losungen hatten folgenden Gelid t :

Kaliumpyro- 1 H,O Alkohol antim.-Reagenx 95 %I I cm3

1 1 ,o 2 1 1

4 1 I l ,o - 2,0 1 ,O

7 1 ; - -

om3 cm3

liq-~----' 1

3 1 I 0,s

5 1 1 - 0 , 5 ~ - 6 1 ; - / 1 , 0 l -

10 1 1 1 1,0 1 1.0

- __-

1

1 1 1

-

I

I

1 I 2 8 1 1,0 I -- 8 1 - -

9 ' 1 1 0,5 I 0,5

l ) Rio. Z. 133, 420 (1923).

- 1159 -

Die weitere Beliandlung geschah genan wie unter C beschrielJen und ergab folgentle Resultate :

- NO.

1 2 3 4 5 6 c

8 9

10 -

cm3 0,01-n. Thiosulfat

2,05 2,M 2,06 2,07 2,09 2,lO 2,06 2,07 2,08 2,09

- -. .

mgr Natrium gef.

0,236 0,235 0,237 0,238 0,240 0,2415 0,237 0,238 0,239 0,240.

ber.

0,237 0,237 0,237 0,237 0,237 0,237 0,237 0,237 0,237 0,237

gefunden in yo der angewendeten Menge

99,6 % 992 %

100,o 7; 100,4 yo 101,3 c)o

101,g Yo

100,o yo 1 w 4 70 100,s 7" 101,3 9 ,

d u s der Zusammenstellung geht deutlicli hervor, dass bei der jodornetrischen Bestimmung des Natriumpyroantimoniats die An- wesenheit von Calcium-, Magnesium- und Phosphat-ion keinen wesent- lichen Fehler verursacht ; ebenso wirken auch etwa niitausfallende Eiweissspuren, die Crarner und Tisdall neuerdings durch eine voraus- gehende Fallung beseitigen, bei der . jodometrischen Bestimmung des S atrkimpyroan timoniats kaum s tocend.

E. . Natriumbestimmung in kleinen Jlengen Serum.

0,1 cn13 Serum oder Plasma wird in einem kleinen Zentrihgier- rohr mit Wasser auf 1 em3 verdunnt, mit 1 em3 Kaliumpyroantimoniat und tropfenweise mit 0,4 em3 95-proz. Alkohol versetzt. Nach zwei Stunden wird zentrifugiert und weiter behandelt wie unter C beschrieben wurtle. Da norrnalerweise in 0,l cm3 Serum 0,3-0,4 mgr Natrium vorhanden sind, so wird einerseits auch bei anormal hohem Natrium- gehalt ein Zusatz von 1 em3 2-proz. Kaliumjodidlosung immer geniigen, und anclererseits bei Anwesenheit von wenig Natrium der uberschuss an Kaliumjodid nie zu hoch sein. Auf Grund dieser uberlegung sol1 bei der Natriumbestimmung fur je 0,l cm3 Serum 1 cm3 2-proz. Kalium- jodidlosung angewendet werden.

- 1160 -

Zu diesen Versuchen wurde ein relativ natriumarmes Rinder- serum verwendet. Der Zusatz einer bekannten Kochsalzmenge sollte zeigen, ob das zugesetzte Natrium wieder gefunden wird.

0,Ol-n. Thiosulfat I

Wie mich Versuche lehrten, eriibrigt sich eine vorherige Ent- eiweissung, weil man durch die mehr als zwanzigfache Verdunnung ein Ausfallen des Eiweisses unter den gegebenen Bedingungen 1-er- hindert.

F. Zur Kritik der bisherigen Abschatzung der Natriummengen.

Die Umstandlichkeit der bisher zur Bestimmung des Natriums ublichen Methodik hat dazu gefiihrt, dass man sich vielfach in der biochemischen Literatur mit der leicht ausftihrbaren Chlorbestimmung begniigte, und aus den gefundenen Chlormengen auf die vorhandene Menge Natriumion schloss. Dass das, wie zu erwarten ist, zu ganz falschen Resultaten fiihrt, haben uns zahlreiche im hiesigen Institut mit der neuen Methodik angestellte Versuche gelehrt. Der Quotient C1 : Na schwankt nach unsern Bestimmungen im Serum zwischen 80% und 66%, d. h. zwisehen rund 4 : 5 und 2 : 3, also um 17,5% und das ungefahre Mittel von etwa 3 : 4 kann nur als ganz allgeineine Durchschnittszahl fur das Blutserum angesehen werden.

Wie stark individuelle Faktoren den Quotienten beherrschen, mogen die folgenden Protokolle aus zwei Versuchen erlautern, bei denen ein und dieselbe Massnahme - Blutentziehung--, die zu einer Abnahme beider Elemente fuhrte, bei dem einen, dem wasserreicheren Tiere zu einer Abnahme, bei den1 anderen, dem wasseriirmeren Tier zu einer Zunahrne des Quotienten fuhrtc.

- 1161 - I. Kaninchen :

Gewicht: 2600 gr.

LokalanListhiisie mit Novocain. Stunde vor der Operation 40 cm3 Wasser per Schlundsonde in den Magen,

1000 , 308

1100 I 259 1130 , 251

1030 1 265

1 mgr ~1

Serum Serum

326 118,2 254 233 I 109,7 111,l 230

~ -

915

9 45

1015

11. Kaninchen: Gewicht: 2430 gr. Lokalan&th&ie mit Novocain.

.-I__ - --

319 -__- 11 6,6 --__ 7&64 76,OO 303 117,l

274 , 344 125,6 91,44

- _ _ _ ~ .~ -

C1-iiquivdent Na- Aquivalent

74,9I

Blutentnahme I m@lr Na 1 mgr 1 c1 Na

in 100 om3 in 100 cm3 .~

Serum Serum je 20 cm3 Cl-AquivaIent Na-AquivaIent -.______

Basel, Physiologisch-chern. Anntalt der Universitiit.