Isotopenselektiver Nachweis von biologisch erzeugtem Stickstoffmonoxid

Lauenstein, Jörg

doi:10.24355/dbbs.084-200701290100-0

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Isotopenselektiver Nachweis von biologisch erzeugtem Stickstoffmonoxid

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Motiviert durch die vielfältigen Funktionen von Stickstoffmonoxid im menschlichen und pflanzlichen Organismus, sollte eine Apparatur aufgebaut und optimiert werden, mit der Stickstoffmonoxid sensitiv, selektiv, präzise und schnell nachgewiesen werden kann. Zum Nachweis wurde die Methode der laserinduzierten Fluoreszenz verwendet. Stickstoffmonoxid wurde in der Atemluft und in Ausgasungen aus Blättern und der menschlichen Haut nachgewiesen. Die typischen Konzentrationen lagen zwischen 1 und 50 ppb (parts per billion). Die Sensitivität und Selektivität der Apparatur wurden optimiert, um unterschiedliche Isotopomere von Stickstoffmonoxid nachweisen zu können. Durch die natürliche Isotopenverteilung von Stickstoff- und Sauerstoffatomen ist eine Detektionsgrenze von wenigen ppt (parts per trillion) erforderlich, um Stickstoffmonoxid isotopenselektiv ohne Aufkonzentration zu detektieren. Es wurden so genannte Tracer-Experimente durchgeführt, bei denen Probanden isotopenmarkierte Vorläufermoleküle verabreicht wurden, die im Körper zu Stickstoffmonoxid umgewandelt werden. Nach der Einnahme dieser Vorläufermoleküle wurde das entsprechende Isotopomer in der Atemluft zeitaufgelöst gemessen. Für die echtzeitaufgelöste Vermessung von Atemluft wurde eine Atemmaske entworfen und eingesetzt. Die Apparatur wurde hinsichtlich ihrer Geräteparameter und Bauteile untersucht und kalibriert. Sie kann genutzt werden, um Mechanismen in Pflanzen, Böden oder im Menschen aufzuklären.

Due to manifold functions of nitric oxide in humans and plants, an instrument is constructed and optimized to measure nitric oxide sensitively, selectively, accurately and fast. Laser induced fluorescence spectroscopy was used for the detection of nitric oxide in human exhalation, in gas emissions from leaves and human skin. Typically, about 1 to 50 parts per billion of nitric oxide were detected. Measuring sensitivity and selectivity were optimized in order to monitor and distinguish between different isotopomers. For isotope selective measurements, a detection limit in the lower parts per trillion range is required due to the natural abundances of nitrogen and oxygen atoms. Tracer experiments were performed with isotope labeled precursor molecules which were metabolized into nitric oxide in the human body. After the intake of these labeled precursors the corresponding nitric oxide isotopomers were measured. For the detection of nitric oxide from human exhalation in real time, a respiratory mask was designed and used. The instrument was calibrated and the device specifications were characterized in detail. A large application potential exists for the investigation of mechanisms concerning the important role of nitric oxide in plants, soils and humans.