Chemienobelpreis 1923: Fritz Pregl
Der österreichische Mediziner erhielt den Nobelpreis für »die Entwicklung der quantitativen organischen Mikroanalyse«.
Biografie
Fritz Pregl, * Laibach (Slowenien) 3. 9. 1869, ✝ Graz 13. 12. 1930; 1894 Promotion, 1899 Habilitation, 1905 Assistent am Medizinisch-Chemischen Institut, 1910 Berufung zum Professor an das Medizinisch-Chemische Institut der Universität Innsbruck, 1913 Berufung als Professor an das Medizinisch-Chemische Institut der Universität Graz.
Würdigung der preisgekrönten Leistung
Schon in jungen Jahren interessierte sich Fritz Pregl für chemisch-physiologische Probleme. Er bildete sich nach seinem Medizinstudium intensiv auf dem Gebiet der Chemie weiter und unternahm in diesem Zusammenhang auch eine einjährige Studienreise nach Deutschland, wo er an führenden chemischen Instituten Forschungsarbeiten durchführte.Nach seiner Rückkehr nach Graz wurde er Assistent am Medizinisch-Chemischen Institut der Universität und erhielt bald einen Lehrauftrag für physiologische Chemie. Seine Forschungsarbeiten führte er vor allem zum Darmsaft des Schafs, zum menschlichen Harn und zur chemischen Konstitution von Gallensäuren und bestimmten Eiweißstoffen durch. Er widmete sich auch der konstruktiven Verbesserung, beziehungsweise Neukonstruktion von Laborgeräten. Dazu zählte der Bau eines automatisch regulierbaren Verbrennungsofens für die Durchführung von quantitativen Elementaranalysen.
Ohne Elementaranalysen keine chemischen Bruttoformeln
Bei unbekannten Verbindungen stellt der Chemiker generell zuerst eine Bruttoformel auf. Um die Bruttoformel einer organischen Verbindung bestimmen zu können, muss sowohl eine qualitative als auch eine quantitative Elementaranalyse durchgeführt werden. Die qualitative Elementaranalyse gibt Aufschluss über die chemischen Elemente in der zu untersuchenden Verbindung und die quantitative Elementaranalyse über die Menge und das atomare Verhältnis der Elemente in der jeweiligen Verbindung. Die Bruttoformel von Ethanol ist zum Beispiel C2H6O.
In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts suchten die Chemiker verstärkt nach zuverlässigen Methoden zur Ermittlung der quantitativen Zusammensetzung von organischen Verbindungen. Dabei ging es vorrangig um die Bestimmung der Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, da ein großer Teil von organischen Verbindungen ausschließlich daraus besteht. Der deutsche Chemiker Justus von Liebig publizierte 1839 eine sehr ausgereifte »Anleitung zur Analyse organischer Körper«, die zur allgemeinen Grundlage der quantitativen Elementaranalyse wurde. Die Liebig'sche quantitative Elementaranalyse beruht auf der Verbrennung der jeweiligen organischen Verbindung und der Gewichtsbestimmung des dabei aus Kohlenstoff entstehenden Kohlendioxids und des aus Wasserstoff entstehenden Wassers. Aus diesen Werten konnte man den prozentualen Anteil der Elemente Kohlenstoff und Wasserstoff in der jeweiligen chemischen Verbindung bestimmen. Die Gewichtsprozente des Sauerstoffs ergaben sich durch Differenzbildung. Unter Einbeziehung der Molmasse ließ sich auch die Bruttoformel der jeweiligen organischen Verbindung berechnen.
Was die notwendige Substanzmenge für die Durchführung einer Liebig'schen Elementaranalyse betraf, so waren anfangs 1 g, später nur noch 0,5 g von der zu untersuchenden Verbindung einzusetzen. Ende des 19. Jahrhunderts wurden nur noch 0,15 g-0,2 g Einwaage gebraucht.
Die Umwandlung von Makro- in Mikromethoden
Bei der Erforschung von Naturstoffen wie Enzymen, Vitaminen, Hormonen und Alkaloiden bestand ein großes Problem darin, diese in genügender Menge isolieren zu können. Oft mussten gewaltige Mengen an Ausgangsmaterialien (Pflanzenteile, Tierbestandteile) aufgearbeitet werden, um eine quantitative Elementaranalyse überhaupt durchführen zu können. Pregl stand bei seinen Untersuchungen über Gallensäuren vor der Wahl, entweder Tonnen von Material zu verarbeiten oder nach neuen Methoden zu suchen, die es ermöglichten, mit weit kleineren Mengen als bisher richtige analytische Resultate zu erhalten. Pregl entschied sich für den letzten Weg. Er nahm sich vor, sowohl bei der einzusetzenden Ausgangsmenge der zu untersuchenden organischen Verbindung als auch bei den für die Durchführung der Elementaranalyse notwendigen Reagenzien (wie Verbrennungskatalysatoren, Mittel zur Absorption von Kohlendioxid und Wasser) und Geräten Minimierungen in Menge beziehungsweise Größe um den Faktor 10 bis 100 zu erreichen.
Zunächst musste die Genauigkeit analytischer Waagen verbessert werden. In Zusammenarbeit mit dem Konstrukteur Wilhelm Kuhlmann aus Hamburg gelang es Pregl, eine mikrochemische Waage zu etwickeln, mit der man bei einem Wägungsbereich von 20 g Wägungen mit einer Genauigkeit von 0,001 mg ausführen konnte.
Was die quantitative Elementaranalyse von Kohlenstoff und Wasserstoff anging, so konnte Pregl die notwendige Substanzeinwaage schon 1910 auf 2-4 mg herabsetzen. Pregl beschränkte sich jedoch nicht nur auf die Mikroanalyse dieser zwei Elemente, sondern entwickelte auch für die Bestimmung der ebenfalls in organischen Verbindungen auftretenden Elemente Stickstoff, Schwefel, Chlor, Brom und Jod Mikromethoden.
Bei der Transformation von Makromethoden der Elementaranalyse in Mikromethoden trat eine Fülle von Störquellen auf. Es bedurfte zäher Forschungsarbeit, die Ursachen dieser Störungen zu erkennen, und einer hohen experimentellen Erfinderkraft, um diese Fehlerquellen zu beseitigen.
Die quantitative organische Mikroanalyse breitet sich aus
Schon 1911 machte Pregl seine neuen Methoden der Mikroelementaranalyse durch einige wenige Vorträge Fachkollegen bekannt. Seine von ihm in Graz durchgeführten Weiterbildungskurse förderten die rasche Ausbreitung seiner neuen Erkenntnisse. Aus der ganzen Welt kamen interessierte Chemiker, um mikroanalytisches Arbeiten zu erlernen. 1917 erschien Pregls in viele Sprachen übersetztes Buch »Die quantitative organische Mikroanalyse«.
Den Wert der quantitativen organischen Mikroanalyse für die Entwicklung der organischen Chemie und der Biochemie im 20. Jahrhundert kann man nicht hoch genug veranschlagen. Ein Festgruß zum 60. Geburtstag Pregls im Jahr 1929 verdeutlicht den schon um diese Zeit erreichten Nutzen: »Unzählige Untersuchungen rein wissenschaftlicher, physiologischer, medizinischer und technischer Richtung sind seit Einführung der Mikroanalyse erst ermöglicht worden, und die Zahl der Arbeiten, deren Durchführung Ihre Methoden erleichtert haben, geht wohl in die Tausende. [...] Die Ersparnisse an Material, Zeit und Mühe haben das Tempo des Fortschritts in der Wissenschaft erheblich beschleunigt, und die Mikromethoden sind längst zu einem unentbehrlichen Rüstzeug des Chemikers geworden.«
A. Neubauer