Ein großer Vorteil der NMR-Spektrometrie besteht darin, dass von jeder zu bestimmenden Komponente nur ein eindeutig zugeordnetes Signal ausgewertet werden muss.
3.6 Bestimmung von Absolutgrößen
Da die NMR-Spektroskopie eine Relativmethode ist, muss ein Standard bekannter Reinheit dazugewogen werden, um durch den Bezug auf diesen eine absolute Messgröße wie den Gehalt oder die Konzentration berechnen zu können. Hierbei handelt es sich nach DKD-4 [45] um eine Ein-Punkt-Kalibrierung. Um die metrologische Qualität des Ergebnisses des Analysenverfahrens zu bestätigen, spielen hier zertifizierte Referenzmaterialien (ZRM) eine große Rolle [3]. Nur durch diese ist eine Rückführung auf die SI-Einheiten und somit der
Nachweis der Richtigkeit gegeben [46]. Anstelle eines ZRMs kann auch ein auf ein ZRM zurückgeführter Standard eingesetzt werden.
3.6.1 Standards
In der Literatur finden sich eine Anzahl von Standards, die zu quantitativen NMR-Analysen eingesetzt wurden. Damit eine Substanz sich als Standard für die quantitative NMR-Spektroskopie eignet, sollte sie nach Wells und Cheung [47] folgende Eigenschaften haben:
leichte Verfügbarkeit in reiner Form, billig, stabil, löslich sowohl in organischen als auch wässrigen Lösungsmitteln, nicht-hygroskopisch, chemisch inert, geringer Dampfdruck und möglichst wenig Resonanzlinien. Letzteres wird auch von Griffiths und Irving [48] für einen idealen Standard gefordert. Larive [49] diskutierte den großen Vorteil der quantitativen NMR gegenüber vielen anderen spektroskopischen Methoden, der darin besteht, dass zur Quantifizierung kein Standard mit hohem Reinheitsgrad benötigt wird. Jeder primäre analytische Standard könne eingesetzt werden, sofern seine Reinheit bekannt ist und seine Verunreinigungen die Analyse nicht behindern. Als optimal für eine hohe Richtigkeit ist ein Intensitätsverhältnis von ungefähr eins im Spektrum zwischen den auszuwertenden Signalen von Analyt und Standard [22].
Bei der Verwendung von Standards unterscheidet man zwischen internen Standards, die der Lösung direkt beigewogen werden, und externen Standards. Letzteres kann entweder mit einem zweiten NMR-Röhrchen, nacheinander im selben NMR-Röhrchen oder aber mit einer im Mess-Röhrchen befindlichen Kapillare gemeinsam erfolgen. Während interne Standards eine einfachere Handhabung des Verfahrens und der Berechung aufweisen, wird beim zweiten Verfahren die Kontamination der Analytlösung mit dem Standard vermieden. In dieser Arbeit wird wegen der einfacheren Handhabung und daraus resultierend dem einfacheren Unsicherheitsbudget nur mit internen Standards verfahren.
Eine weitere Möglichkeit von Standards zeigten Akoka et al. [50] und Silvestre et al. [51] mit der ERETIC-Methode (Electronic REference To access In vivo Concentrations). Hierbei wird als Standard ein künstlich erzeugter pseudo-FID über eine zweite Senderspule elektronisch zum FID eingespeist. Der Vorteil dieser Methode ist, dass das Signal an jede beliebige Stelle im Spektrum hingesetzt werden kann. Nachteilig wirkt sich die schlechte Präzision aus. Über einen Zeitraum von einem Monat betrug die Streuung der Kalibrierungen 3%.
3.6.2 Reinheitsbestimmung
Generell existieren zwei Möglichkeiten der Reinheitsanalyse, die der direkten Analyse über die Hauptkomponente und die der indirekten Analyse über die Verunreinigungen.
Bei der direkten NMR-Analyse wird die Hauptkomponente gegen einen internen Standard ausgewertet. Der Vorteil dieser Methode ist, dass nur die eindeutige Zuordnung eines opti-mal auszuwertenden Signals der Hauptkomponente notwendig ist. Die Kenntnis über die Zu-sammensetzung bzw. die qualitative Zuordnung der Fremdsignale ist dabei allgemein nicht erforderlich. Für die Bestimmung des Reinheitsgrades der Hauptkomponente sind Analyt und Standard einzuwiegen (mAnl, mStd) und die Intensität der Hauptkomponente IAnl (ohne Verunreinigungen) gegen die Intensität des Standards IStd auszuwerten. Aus dem Intensitäts-verhältnis kann unter Berücksichtigung der zur Resonanz der ausgewerteten Signale beitra-genden Kernanzahl (NAnl, NStd), der Molmassen (MAnl, MStd) und Einwaagen von Standard und Analyt sowie des Reinheitsgrades des Standards PStd der Reinheitsgrad des Analyten PAnl (in g/g %) wie folgt berechnet werden:
Std
Im Gegensatz zur direkten Analyse sind bei der indirekten alle Verunreinigungen zu identifizieren, deren Signale im Spektrum qualitativ zuzuordnen und quantitativ gegen einen Standard auszuwerten. Die Berechnung des Reinheitsgrades des Analyten erfolgt dabei als Differenz zu 100%. Das Problem dabei ist, dass nicht detektierbare Verunreinigungen (z.B.
anorganische Salze für 1H- und 13C-NMR) bei der Berechnung des Reinheitsgrades nicht erfasst werden.
Für eine Analyse mit hoher Richtigkeit ist bei nicht genauer Kenntnis der enthaltenen Verun-reinigungen die direkte Methode über die Hauptkomponente die bessere Wahl und wird des-wegen in dieser Arbeit verwendet. Nur wenn die qualitative Zusammensetzung der Substanz bekannt ist, führt der zweite Weg ebenfalls zu einem richtigen Ergebnis. Die Obergrenze für einen bestimmbaren Gehalt des Hauptbestandteils ist von der Unsicherheit der Methode abhängig [52].
3.6.3 Gehaltsanalyse
Bei der Gehaltsanalyse wird der Gehalt eines Analyten in einer Matrix bestimmt. Hierfür ist bei der NMR-Spektroskopie die Analyse auf einen Standard mit bekanntem Reinheitsfaktor zurückzuführen. Die Vorgehensweise entspricht dem der direkten Reinheitsbestimmung mit einer ähnlichen Messgleichung, die wie folgt aussieht:
Matrix Std
wobei mMatrix die Einwaage der Analytlösung (Matrix) und fStd den Reinheitsfaktor des Standards wiedergibt.
4 Unsicherheitsbetrachtung
Die ISO/IEC 17025 [53] schreibt vor, Analysenergebnisse mit einer Messunsicherheit anzu-geben. Ferner wird durch die Definition einer primären Methode ein vollständiges Unsicher-heitsbudget zur Angabe der Messunsicherheit gefordert. Es sollen daher die Unsicherheits-budgets für die vier in den vorangegangenen Kapiteln beschriebenen quantitativen Anwendungsmöglichkeiten der NMR-Spektroskopie dargestellt werden. Zugrunde gelegt werden dazu die Leitfäden von ISO [11], der sogenannte GUM, und EURACHEM [55].