Geschichte der Stabilisotopenverdünnungsanalyse

Bemerkenswerterweise begann die Entwicklung der Isotopenverdünnungsanalyse (IVA) mit einem Misserfolg. Georg von Hevesy, ein junger ungarischer Wissenschaftler, arbeitete 1913 bei Ernest Rutherford in Manchester daran, sogenanntes Radium D, das vierte Folgeprodukt des radioaktiven Zerfalls von Radium, vom Endprodukt dieser Zerfallsreihe, dem Radium G, zu trennen. Trotz aller Bemühungen waren die Versuche zum Scheitern verurteilt, da sich die beiden Komponenten chemisch zu wenig voneinander unterschieden [Paneth und Hevesy, 1914]. Wie sich einige Jahre später herausstellte, handelte es sich um zwei Bleiisotope, die zwar die gleiche Kernladung, aber verschiedene Atommassen aufwiesen. Da das radioaktive Bleiisotop von stabilem Blei nicht zu trennen war, erkannte von Hevesy, daß man es dazu verwenden kann, um das Verhalten dieses Elements während chemischer und physikalischer Prozesse zu verfolgen. Dadurch, daß sich Radioaktivität sehr empfindlich messen ließ, konnte er z. B. das Löslichkeitsprodukt von mit „Radium D“- markierten Bleisalzen durch Radioak­tivitätsmessung der Lösung bestimmen [Hevesy und Paneth, 1913]. Diese Beobachtung führte in den Jahren zwischen 1909 und 1913 zum Postulat vom Vorkommen der Elemente in ver­schiedenen Nuklidarten, den sog. „Isotopen“ durch Soddy [1913]. Der Beweis deren Existenz erfolgte kurz darauf durch die ersten Massenspektrometer von Aston [Aston, 1919].

Waren die bis dahin eingesetzten IVA auf die Verwendung von radioaktiv markierten Isoto­pen beschränkt, so setzte Hevesy als erster mit schwerem Wasser auch stabilisotopenmar­kierte Verbindungen zur Bestimmung des Volumens der extrazellulären Flüssigkeit ein [Hevesy und Jacobson, 1940]. Was heutzutage bei diesen Versuchen kurios anmutet, ist, dass das Isotopomerenverhältnis von 2H2O zu 1H2O durch Dichtemessung erfolgte, da die zu dieser Zeit entwickelten Massenspektrometer eine schlechtere Genauigkeit aufwiesen.

Seit der Erfindung des Massenspektrometers war man bei IVA nicht mehr auf die Anwendung von mit radioaktiven Isotopen markierten Verbindungen angewiesen, was die IVA um einiges unkomplizierter machte, da kein Strahlenschutz mehr erforderlich war. 

Von Hevesy, der sicher als der Erfinder der Isotopenverdünnungsanalyse bezeichnet werden kann, wandte sich anschließend dem Einsatz von radioaktiven und stabilen Isotopen als Mar­ker bei biochemischen Prozessen zu und erhielt für seine Arbeiten mit Isotopen 1943 den No­belpreis für Chemie zuerkannt.

Der Name „Isotopenverdünnungsanalyse“ wird in der Literatur dagegen zuerst von Rittenberg und Foster [1940] genannt, die stabilisotopenmarkierte Verbindungen zur Quantifizierung von Aminosäuren und Fettsäuren einsetzten.

Das Vorgehen bei einer IVA war bis dahin recht mühsam, da die zu bestimmenden Substan­zen durch die damals verfügbaren Trennmethoden wie Kristallisation oder Destillation vor der Massenspektrometrie (MS) gereinigt werden mussten. Erst die Entwicklung der Gaschroma­tographie (GC) durch James und Martin sowie deren Kopplung mit der MS durch Holmes und Morell [1957] vereinfachte das Vorgehen erheblich. Die erste „moderne“ SIVA kann schließ­lich Sweeley und Mitarbeitern [1966] zugeschrieben werden, der Glucose mit siebenfach deuterierter Glucose als internem Standard in die Trimethylsilylderivate überführte und mit­tels GC/MS quantifizierte.