Z. An, al. Chem. 246, 376--379 (1969)

Welche Platinmengen gelangen bei der Vorbereitung biologischer Substanzen zur Spurenelementbestimmung nach deren Veraschung in Platinschalen in die LSsung ?

W. OELSCm~X~ER

Institu$ ffir Tierern~hrung der Universitat Hohenheim (LH) (Direktor Prof. Dr. K. It. Menke)

Eingegangen am 20. Dezember 1968

Which Amounts o/Platinum are Dissolved in the Preparation o/Biological Substances/or the Determination o/ Trace Elements after Ashing in Platinum Dishes? I t is shown, which amounts of platinum are dissolved from platinum dishes when ashing biological materials in a muffle furnace at different temperatures and dissolving the ashes with different acids. Furthermore i~ is shown, how these procedures must be carried out and which platinum amounts cause errors in the determination of trace elements.

Zusammen/assung. Es wird berichtet, welche Platinmengen beim Veraschen biologischer Substanzen im Muffel- ofen bei verschiedenen Temperaturen und anschlie~endem Aufnehmen und Erhitzen mit verschiedenen S/~uren aus Platinsehalen gelSst werden. Ferner wird aufgezeigt, wie die Veraschung und das In-LSsung-Bringen der Aschen durchgeffihrt Werden sollte und weIche Platinmengen eine StSrung bei einigen Me~hoden zur Bestim- mung yon Spurenelementen verursachen k6nnen.

Seit man im vorigen Jahrhmldert gelernt hat, Platin zu verarbeiten, sind Platinger/~te wegen ihrer sehr hohen Korrosionsbest~ndigkeit im analytischen Labo- ratorium unentbehrlich geworden. Trotzdem mug bei der Ausarbeitung yon Methoden zur Bestimmung yon Spurenelementen berfieksichtigt werden, dab beim Erhitzen, L6sen und AufschlieSen yon Proben, sowie helm Veraschen biologischer Substanzen in Platingef/il]en, je nach dem angewandten Verfahren, gewisse Mengen Platin in die Probel6sung gelangen; diese k6nnen St6rungen verursachen. So fanden wit, dab bei der inverspolarographischen Bleibestimmung in biologischem Material dutch bereits 40 [xg Pt(IV) im angewandten Volumen yon 25 ml der Grundstrom beeinfluBt wird [9]; eine exakte Auswertung des Pb-Peaks (Eichkurven 0--1,0 9g und 0--10,0 ~g Pb) ist in noch gr6Beren Mengen kaum mehr m6glich. Aus diesem Grunde ffihren wit die Veraschung in Porzellanschalen dutch. Ferner ermittelten wir bei der Bestimmung yon Kobal t mit 2-Nitroso-1- naphthol [10] bei Zugaben yon 0,2--0,5--1,0 und 2,0 nag Pt(IV) zu 3,0 ~zg Co : 3,2--3,9 und 4,5 ~zg Co. Unter den Arbeitsbedingungen eines anderen Ver- fahrens, bei dem dieses Reagens ebenfalls verwendet wird, wurden dutch 1,0 und 2,0 mg Pt(IV) 5 und 10 [~g Co vorget/iuscht. Bei der Molybd/~nbestimmung mit Alkalithiocyanat stellten wit fest, dab die Messung durch bereits 1 tzg Pt(IV) beeintr~chtigt

wird [8], w/~hrend bei der Bestimmung mit Toluol- 3,4-dithiol [6] selbst 50 ~zg Pt noch keinen Einflu] austibten. Platin beeinfluBt ferner die Bestimmung yon Kupfer mit Natrinmdi/ithyldithioearbamidat [2,5], wobei durch 1 und 5rag P t ( I V ) 0 , 8 und 1,5 ~g Cu vorget/~uscht wurden; bei Anwendung yon Bleidi/~thyldithiocarbamidat st6ren selbst 25mg Pt(IV) noch nicht. Augerdem werden durch Platfi~ die Bestimmungen yon Silber mR Dithizon [5], Chrom mit Diphenylcarbazid (nut zum Tell) [5] und Selen [F/illung yon metalhschem Selen durch Reduktion yon Se(IV) und S e ( V I ) m it S02] [1] gestSrt.

A. Korrosion yon Platinschalen dutch S~iuren und dutch Schmelzen mit Natriumhydroxid

Um Kenn~nis darSber zu erh~lten, wieviel Platin durch die bei der Spurenelementbestimmung in biologischen Substan- zen n~ch deren trockenen Veraschung angewand~en S~uren gelSs~ wird, warden in Pla~inschalen (Durchmesser 6--8 cm, Gewicht 50--60 g) 20 ml konz. Salzs~ure, 10 ml FluBs~ure, 2 ml konz. Sehwefels/~ure und 2 ml Orthophosphors~ure gegeben. Bei den Platinschalen handelte es sich um Ger/ite- platin I, das zur Erh6hung der Festigkeit der Schalen einen Legierungszusatz yon Iridium in einer Menge yon weniger als l~ enthiilt [11]. Salzs~ure und Flul]si~ure wurden auf dem Wasserbad zur Troekne abgedampft, Schwefels/~ure fiber einem Asbestdrahtnetz (Teldubrermer) vollkommen abge- raucht, die Platinschale mit 01~hophosphors~ure 1 h auf das lebhaft siedende Wasserbad gestell~ und dann die Ortho-

Welehe Platinmengen gelangen naeh deren Verasehung in Platinsehalen in die LSsung .9 377

phosphors~ure verworfen. Nach Zugaben yon jeweils 10 ml 6 N Salzs~ure in s~mtliche leeren Sehalen und Umschwenken wurden in den salzsauren L6sungen die Platinmengen be- stimmt. Der Versuch mit Salzs~ure wurde sowohl in allen Schalen, die seib vielen Jahren ffir die Verasehung biolo- giseher Substanzen angewandt werden, als auch in neuen Schalen durchgeffihrt. ])as Abdampfen mit 20 ml konz. Salzs~ure und Aufnehmen mit 10 ml 6 IN Salzs~ure wurde bis 4mal wiederholt (s. Tab. 1). Ferner wurde gepriift, wie- viel Platin naeh 3 rain langem Schmelzen yon 1 g Natrium- hydroxid sieh aus Platinsehalen 15st. Diese Schmelze wird z. B. zum L6slichmachen der Kiesels~iure bei der Fluor- bestimmung in pflanzlichem Material z.T. angewandt; Reinnickelschalen bew~hren sich hierffir~jedoch ebenfalls gut [7]. Um Kennmis fiber Korrosion bis in tiefere Schichten der Platinsehale zu erhalten, wurden nach Aufuehmen der Sehmelze mit Wasser und Uberffihren der Natronlauge in einen Erlenmeyerkolben 5real jeweils 20 ml konz. Salzs~ure in die Platinsehalen gegeben, auf dem Wasserbad zur Trockne eingedampft und mit 10 ml 6 iN Salzs~ure aufgenommen. Fiir die Platinbestimmung wurde das Verfahren mit Zinn(II)- chlorid (Bildung yon [P~SnCla] a+) angewandt, wobei zur Tarnung yon Fe(III) etwas Orthophosphors~ure zugegeben wurde. Die in Tab. 1 angegebenen Mengen an Salzs~ure, ~lufls~ure und Schwefelsi~ure entsprechen etwa denjenigen, wie sie nach dem Veraschen yon 10--25 g pflanzlichem Material und In-LSsung-Bringen der Asehen angewandt werden. FluBs~ure ist zur Bestimmung und Entfernung der Kiesels~ure erforderlich und Schwefels~ure zur Entfernung yon Fluor aus den im geringen Rfickstand naeh dem Ab- dampfen der Flu~s~ure enthalbenen Fluoriden.

Aus den Untersuehungsergebnissen der Tab. 1 er- s ieht man , dab durch A b d a m p f e n yon 20 ml konz. Salzs~ure au f dem W a s s e r b a d mehr P l a t i n aus den Schalen gelSst wird, als durch A b d a m p f e n von 10 ml FluBs~ure, votlst~indiges Abrauchen yon 2 ml konz. Schwefels~ure oder 1 stfindiges Erh i t zen yon Ortho- phosphors~ure au f e inem lebhaf t s iedenden Wasser - bad . Die Kor ros ion yon P l a t i n bei Schalen, die seit vielen J a h r e n ffir die Veraschung biologischer Sub- s tanzen (450~176 v e r w a n d t werden, is t er- w a r t u n g s g e m ~ hSher als in neuen Schalen. F e r n e r e rkenn t m a n aus den be iden Versuehen m i t Salz-

siiure, dab die Kor ros ion be i a l t en Seha]en n ] - h t nur dureh die gr613ere Oberfli iche bedih~o 1~, sondern aueh bis in eine t iefere Sehich t geht . Dies e rg ib t sich besonders aus dem Kor ros ionsversuch mi~ N a t r i u m - hydrox id . Selbs t naeh 5 m a l i g e m A b d a m p f e n yon 20 ml konz. Salzs~ure u n d jewei l igem Aufnehmen mi t 10 ml 6 N Salzsi~ure i s t d ie P l a t i nmenge noch re l a t iv hoeh. Die sehr s t a rke Kor ros ion der P la t in - sehalen wird vor a l lem au f den Luf t sauers to f f zurfiek- geffihr~, da sehmelzendes N a t r i v m h y d r o x i d bei Rot - g lut un t e r Abwesenhe i t yon Luf t k a u m au f P l a t i n e inwirken soll [4].

B. Korrosion yon Platinsehalen dutch Verasehen biologiseher Substanzen bei 450~176 Hierzu wurden 20 g Gras, 20 g Blutkuehen und 10 g Leber in Platinsehalen (Durehmesser 8 cm) bei 450~176 ver- aseht, die Aschen verworfen, in die Schalen 5real jeweils 20 ml konz. Salzs~ure gegeben, zur Troekne abgedampft und hernach stets mib 10 ml 6 N Salzs~ure aufgenommen. Gras wurde fiber Nacht veraseht, Leber und Blutkuehen 2 Tage lang.

Wie m a n aus den Un~ersuchungsergebnissen der Tab. 2 en tnehmen kann, werden P la t in scha len du rch Veraschen yon Gras, Leber u n d besonders Blut - kuchen erhebl ich mehr angegriffen als du reh Siiuren. Besonders bei der Veraschung yon B l u t k u e h e n geh t die Kor ros ion bis in t iefere Sehiehten. Dies dt i rf te vo r a l lem d a r a u f zurfiekzuffihren sein, dab die P robe- menge yon 20 g wegen des sehr e rhebl ichen Auf- bl~hens w/ihrend der Verasehung in mehre ren Por . t ionen (2 - -3 g) uncl in Ze i tabs t i inden yon 2 , 5 - - 3 h in die Schale gegeben werden muB. Der sieh b i ldende Kohlens tof f sowie das en t s t ehende K o h l e n m o n o x i d ble iben daher im Gegensatz zu den be iden ande ren P roben fiber l i ingere Zei t m i t der Scha lenwand in Berfihrung. F e r n e r di i r f te der ziemlich hohe Eisen- geha l t dieser P robe (etwa 3000 mg/kg TS, Gras e twa 80 mg/kg TS, Leber e twa 30 mg/kg TS) einen ge-

Tabelle 1. Korrosion yon Platinschalen durch Abdamp/en, Abrauchen und Erhitzen yon Sgiuren und durch 3 rain langes Schmelzen yon I g Natriumhydroxid. Durchmesser der Sehalen 6- -8 cm

Angewandt Menge Zustand Anzahl gelSst ~g Pt der der Schalen Schalen in H~O Naeh Abdampfen yon 20 ml konz. HC1 und Aufnehmen mit 10 ml

6 N HC1 zum

i. Mal 2. Mal 3. Mal 4. Mal 5. Mal

HC1 konz. 20ml all 2 70--85 45--55 28--29 HC1 konz. 20 ml neu 3 38--57 13--25 10--14 17--20 16--19 HF 38--400/0 10 ml neu 3 8--11 H~SO 4 konz. 2 ml neu 3 ' 7--10 }I3P04 850/0 2 ml alt 2 8-- 9 NaOH 1 g alt 2 91--93 118400

-- 119200 765--769 152--241 69--77 62--63

378 W. Oelschl~ger:

Tabelle 2. Korrosion yon Platinschalen durch Veraschen biologischer Substanzen bel g50--500 ~ C. Angewandt ]e 2 Schalen mit einem Durchmesser von 6--8 cm

Angewandt Menge g TS

Gel6st t~g Pt nach Abdampfen von 20 ml konz. HC1 und Aufnehmen mit 10 ml 6 N HCI zum

1. Mal 2. Mal 3. MM 4. Mal 5. Mal

Gras 20 151--175 32-- 36 28-- 33 20-- 22 13--13 Blutkuchen 20 614--886 129--162 116--163 113--125 66--87 Leber 10 218--218 70-- 96 38-- 47 27-- 44 24--33

wissen EinfluB auf die Korrosion haben. Der Gehalt an Phosphor, der die Korrosion ebenfalls erh6hen kann, diirfte bei dieser VeraschungsSemperatur zu- mindest eine sehr untergeordnete Bedeutung haben, da die P-Gehalte pro kg TS yon Gras etwa 2,5 g, Blutkuchen 3 g und Leber 12 g betragen.

C. Einflull der Veraschungstemperatur auf die Korrosion yon Platinsehalen

Hierzu warden je l0 g Gras, Klee, Blutkuehen und Leber in Platinschalen bei 450~ 600~ und 800~ etwa 15 h (fiber Nacht) verasch~. Die Veraschung yon Blutkuchen erfolgte wie oben beschrieben. Hierauf warden die Aschen in ein Becherglas (Jenaer Glas) gebraeht, mit 10 ml konz. Salzs~are sowie 20 ml bidest. Wasser verseSzt, die LSsungen auf dem Wasserbad etwa 15 rain erhitzt und in einen 100 ml-Mefl- kolben filtriert. Da besonders die Rfickst~nde yon Leber und Gras noch rela$iv vie1 KoMenstoff enthielten, warden die Filter samt Rfickstand weitere 5 h in den Muffelofen ge- brach~, die Aschen in ein Beeherglas fiberffihrt, mit 10 ml konz. Salzs~are und 10 ml Wasser aufgenommen und die L6sungen in die MeBkolben filtriert.

Tabelle 3. Einflu/3 der Veraschungstemperatur au/ die Kor- rosion yon Platinschalen. Die Einwaagen betrugen ]eweils 10 g

Angewandt) 9g Pt in den ProbelSsungen bei VerasehungsSemperataren yon

450~ 600~ 800~

Gras 145 103 65 Klee 5 10 7900 Blutkuchen 130 305 500 Leber 68 555 855

Die Untersuchungsergebnisse der Tab. 3 zeigen, dal~ nach der Veraschung yon Gras (saure Asche) bei Temperaturen yon 450~ 600~ und 800~ die Korrosion der Platinschalen abnimmt. Dies diirfte vor allem auf abnehmende lange Berfihrungszeiten der Schalenwand mit den sieh bfldende Reduktions- mitteln Kohlenstoff und Kohlenmonoxid zurfiek- zuffihren sein, W/ihrend die Asche bei 450~ noch sehr viel Kohlenstoff enthielt, war bei den bei 600~ bzw. 800~ verasehten Proben nut sehr wenig bzw. kein Kohlenstoff mehr vorhanden.

Im Gegensatz zu Gras gelangt durch Veraschen yon Klee bei Temperaturen yon 450~ und 600~ nur sehr wenig Platin in die hellgrau bzw. weil~ aus- sehenden Aschen. Die Verasehung yon Klee bzw, Leguminosen allgemein geht gegenfiber der yon Gras erheblich schneller vor sieh, weft sich bei Gras wegen des hohen Si-Gehaltes Alkali- und Erdalkalisilieate bfldon, die Kohlenstoff einschlie]en. Einen Einflul3 dfirfte ferner der relativ hohe NOs-Gehalt dieser Proben ausiiben. Bei der Verasehung yon Klee bei 800~ wird gegenfiber den Veraschungstempera- turen yon 450~ und 600~ sehr viol Platin aus der Sehale gelSst. Die Erkli~rung hierffir ist vor allem die bereits geschmolzene, alkalisch und oxydierend wir- kende Asche. Aus diesem Grunde hat die Sehmelze wegen der 0xydat ion yon dem in der Probe ent- haltenen Mangan zu Mn(VI) dureh Luftsauerstoff ein grfines Aussehen. Bei der Verasehung yon Blutkuchen und besonders Leber gelangen bei steigender Temperatur erheblieh hShere Platinmengen in die Asehen. Ws die bei 450~ veraschte Blutkuehenprobe sehr voluminSs is~ und dureh Eisenoxidbildung ein rotbraunes Aus- sehen hat, ist die Asehe bei dem Versuch bei 600~ etwas zusammengesintert und die des Versuchs bei 800~ dunkelgrau und metalliseh aussehend. Die Korrosion der Platinsehalen bei den Verasehungs- temperaturen yon 600~ und 800~ diirfte besonders auf teilweise Reduktion yon Eisenoxid zu metal- lisehem Eisen und dessen Legierung mit Platin zu- rfiekzufiihren sein. Diese Erkl~rung ergibt sich auch daraus, dab die Fe-Mengen, die wir naeh Abdampfen yon 20 ml konz. Salzs~ure in den leeren und sauberen Platinschalen der Versuehe bei 450~ 600~ und 800~ ermittelten, yon 45 ~g fiber 105 ~g zu 423 ~g anstiegen; d.h. 0,03 e/o, 0,08 ~ und 0,3 ~ gegenfiber der in der Probe enthaltenen Eisenmenge. Die Hauptursaehe ffir die hohe Platinmenge, die bei der Veraschung yon Leber (hoher P-Gehalt) bei den Temperaturen yon 600~ und 800~ gegenfiber der Temperatur yon 450~ it /die Asehe gelangt, dfirfte die Bildung yon Metaphosphors/~ure sein. Bei der

Welche Platinmengen gelangen nach deren Veraschung in Platinsehalen in die LSsung ? 379

Veraschungstemperatur yon 800~ kann ferner teil- weise Reduktion (Kohlenstoff, Kohlenmonoxid) bis zum metallisehen Phosphor stattgefunden haben [7], der sich mit Platin legiert. Wi~hrend die Asche der bei 450~ fiber Nacht im Muffelofen verbliebenen Leber- probe voluminSs war und ein schwarzes Aussehen hatte, waren die Aschen der Versuche bei 600~ bzw. 800~ zusammengesintert und enthielten nur noeh sehr wenig bzw. keinen Kohlenstoff mehr. Be- sonders der Rfickstand der bei 600~ verasehten Probe hatte ein klebriges Aussehen (Metaphosphor- si~ure).

D. Wie soll die troekene Verasehung biologischer Substanzen in Platinsehalen durehgefiihrt werden ?

Bei der Veraschung biologischer Substanzen in Platin- sowie auch in Porzellan- und Quarzscha]en ist es wichtig, dab sie bei nicht zu hoher Temperatur durchgeffihrt wird; diese soll 450~ nicht iiber- schreiten. Aufgrund unserer Untersuchungen mit Iti]fe synthetischer LSsungen sowie an pflanzlichen Proben, sind bei dieser Veraschungstemperatur keine Verluste zu beftirchten [12]. Der h~ufigste Fehler bei der trockenen Veraschung ist der, dab zu viel Frischluft zugefiihrt wird. Obwohl das am Muffelofen angebrachte Thermometer die gewfinschte Tempe- ratur yon 450~ anzeigt, kSnnen durch zu groBe Luftzufuhr die Proben aufglfihen. Dadurch werden aufgrund unserer Versuche und derer yon Gisiger [3] Veraschungstemperaturen bis nahezu 800~ er- reicht. Hierbei kann ein gewisser Teil der Elemente (besonders als Chloride) verflfichtigt werden. Ferner kSnnen Spurenelemente der Probe mit dem Platin legieren (besonders Cu, sowie Pb, Bi, As, P, Ni, Mn und Fe), wodurch einerseits ein Spurenelementver- ]ust eintreten kann, andererseits aber das Platin ver- unreinigt wird, was sich wiederum bei sp~teren Be- st immungen stSrend bemerkbar machen kann. Auch bei Quarz- und Porzellanschalen finder bei zu hohen Veraschungstemperaturen eine Reaktion der in der Probe enthaltenen Mengen- und Spurenelemente mit dem Tiegehnaterial bzw. mit Fehlstellen im Silicat- geriist start, wobei die Reaktion um so starker ist, je aufgerauhter und korrodierter die Oberfliiehe der Sehalen ist [5]. Bei in Platinschalen durehgeffihrten Verasehungen kSnnen auBerdem (besonders bei hohen Temperaturen) stSrende Platinmengen in die ProbelSsung gelangen. Vor der Benutzung von Platin- ger~ten ffir die Spurenelementbestimmung ist daher zu prfifen, ob diese blank und unverfiirbt sind; an-

dernfalls mfiBte in diesen zuvor 2 - - 3 m a l konz. Salz- s~ure abgedampft werden. Zur Verhiitung einer zu hohen Veraschungstempe- ratur muB daher der Schieber im Abzugsrohr des Muffelofens ganz geschlossen bleiben. AuBerdem daf t die Muffelofentfire besonders bei pflanzlichen Proben erst einige Stunden, naehdem diese in den Muffelofen gebracht wurden, wieder geSffnet werden. Um den Platingehalt der ProbenlSsungen mSglichst niedrig zu halten, sollen die Platinschalen lediglieh ffir die Veraschung verwendet werden und das Auf- nehmen der Aschen mit Salzsi~ure und deren Ab- dampfen bis zur Troekne (UnlSslichmachen der Kieselsi~ure bei pflanzlichen Proben) in Becher- gl~sern erfolgen. Der meist noch relativ viel Kohlen- stoff enthaltende Rfickstand li~Bt sich naeh Auf- nehmen mit Salzsiiure, Filtrieren und Auswaschen des Filterrfickstandes mit Wasser in wenigen Stunden vollends quanti tat iv veraschen. AuBerdem ist es bei der Modernisierung bereits bestehender und Aus- arbeitung neuer Methoden erforderlich, dal~ diese nicht nur auf die in den Proben enthaltenen maxi- malen Mengen an Mineralstoffen hinsichtlich even- tueller St6reinwirkungen untersucht werden, sondern auch auf Platin, sofern die Veraschung in solchen Schalen erfolgte.

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5. Koch, O. G., u. G. A. Koeh-Dedie: Handbueh der Spuren- analyse, S. 274, 450, 483, 514, 774. Berlin-GSttingen- Heidelberg: Springer 1964.

6. Oelsehl~ger, W.: diese Z. 188, 190 (1962). 7. -- Z. Landw. Forsehg. 21, 172 (1968). 8. -- Bestimmungen yon Mineralstoffen bzw. Spurenele-

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9. --, u. R. Gilg: Diese Arbeit erscheint in einem Jubi- l~umsheft der Z. Landwirtseh. Forsehg. (z. Z. im Druck) anl~fllich des 70. Geburtstages unseres erem. Instituts- direktors Prof. Dr., Dr., Dr. h. c. Dr. h. e. W. WShlbier.

10. -- W. Seholl u. 1~. Seibold- Z. Landw. Forschg. 19, 56 (1966) ; Z. Futtermittel-Wirtsch., Kraftfutter 49, 1 (1966).

11. Reinaeker, G.: Z. Werkstoffe Korrosion 9, 564 (1959). 12. WShlbier, W., u. W. Oelschl~ger: Z. Landw. Forschg.

17, 128 (1964).

Dr. W. Oelsehl~ger Inst. fiir Tiererni~hrung der Universit~t Hohenheim (LH) 7000 Stuttgart-Hohenheim, Postfach 62