Am 28.12.2018 wäre Carl Remigius Fresenius 200 Jahre alt geworden (Abb. 1). Der Wissenschaftler war in den über fünfzig Jahren seiner wegweisenden, nachhaltigen beruflichen Arbeit auch ein innovativer Unternehmer und der Lehrer von etwa 5000 Schülern. Es ist spannend und inspirierend, sich mit seinem Wirken und seinem geistigen und materiellen Erbe zu beschäftigen [1a-1f]. Die hier vorgestellten Beispiele geben einen kleinen Einblick in die anwendungsorientierte analytische Tätigkeit des „Nestors der Analytischen Chemie“.

Beginn einer wegweisenden Mineralwasseranalytik

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Abb. 1 Porträtfoto von Carl Remigius Fresenius (um 1878). Bildquelle: Archiv der Hochschule Fresenius

Am 20. April 1852 entsteigt in Schlangenbad im Rheingau-Taunus-Kreis ein hochgewachsener Mann von 34 Jahren mit langen, dunklen Haaren und gepflegtem ebensolchem Bart einer Kutsche. Vorsichtig lädt er eine Anzahl großer Glasflaschen und weitere Gerätschaften ab, darunter ein Thermometer. Er nimmt mehrere Quellen des Heilbades sorgfältig in Augenschein und notiert seine Beobachtungen. Dann taucht er nacheinander mehrere 6-Liter-Flaschen an der hintersten Quelle des unteren Kurhauses unter die Wasseroberfläche der Quelle ein und verschließt die randvollen Gefäße sorgsam mit gummiüberzogenen Korkstopfen. Was er damit bezweckt, hat er 1850 so beschrieben:

„Die genaue Kenntniß der chemischen Beschaffenheit eines Mineralwassers ist in mehrfacher Hinsicht von wesentlichem Belang. Sie lehrt nämlich erstens den Arzt die Ursachen der Heilkräfte kennen, welche das Wasser erfahrungsgemäß besitzt, sie gibt ihm Haltpunkt bei Versuchen, das Wasser in neuen Krankheitsformen als Heilmittel anzuwenden; – sie gibt zweitens dem Geologen die wichtigsten Aufschlüsse über Natur und Entstehung der Mineralwasser und über die Rolle, welche sie bei Gestaltung unserer Erdoberfläche gespielt haben; – und sie belehrt endlich – um auch die materiellen Gesichtspunkte nicht außer Betracht zu lassen – den Eigenthümer über den wahren Werth seines Besitzthums.–“ [2]

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Abb. 2 Zeichnung des Chemisches Laboratorium Fresenius Wiesbaden, Ansicht von der Kapellenstraße (um 1900). Bildquelle: H. Fresenius, Geschichte des Chemischen Laboratoriums zu Wiesbaden während der zweiten 25 Jahre seines Bestehens. Wiesbaden 1898. Titelseite

In der Folge wird er fast alle Mineralquellen in Nassau und viele darüber hinaus systematisch und zum Teil mehrfach untersuchen und dabei auch erforschen, ob die Inhaltsstoffe der Quellen konstant sind oder sich mit der Zeit verändern.

Verbindung von Forschung, Anwendung und Lehre

Am Beispiel der Mineralwässer entfaltet der junge Mann bereits 1850, was sein Lebenswerk insgesamt kennzeichnet: Theorie und Praxis, wissenschaftliche Forschung und Anwendung, Erkenntnisgewinn und ökonomischer Nutzen gehören für ihn untrennbar zusammen. In diesem Sinn will er auch sein 1848 in Wiesbaden gegründetes Unterrichtslaboratorium verstanden wissen (Abb. 2). Mit ihm fügt er zu Forschung und Praxis noch die Lehre als drittes Arbeitsfeld hinzu. Seit 2013 ist der erhaltene Teil des Gebäudekomplexes, in dem sich das Chemische Labor von Fresenius befand, Historische Stätte der Chemie und zeugt vom Wirken des Chemikers als Forscher, Lehrer und wissenschaftlicher Publizist und Autor.

Die Analytische Chemie im Dienst praktischer Aufgaben

Materialprüfung

Nach heutigen Begriffen würden wir Fresenius auch einen Dienstleister nennen. Er erhielt Aufträge staatlicher Behörden und aus der Privatwirtschaft. Sie beschränkten sich nicht auf reine Gehaltsanalysen – die häufig gutachterliche oder Schieds-Funktionen hatten und den Marktwert einer Ware (z.B. eines Erzes) oder ihren gesundheitlichen Nutzen (z.B. eines Mineralwassers) feststellen halfen – sondern zielten vielfach darauf ab, den Gebrauchsnutzen eines Untersuchungsobjektes zu ermitteln. Wie witterungsbeständig sind Schieferplatten aus verschiedenen Vorkommen? Fresenius ließ sich etwas einfallen [3], um die Frage nicht erst nach jahrelanger Bewitterung beantworten zu können. Er hängte Probeplatten der Schiefer in ein geschlossenes Glasgefäß über eine unserem sauren Regen verwandte, jedoch höher konzentrierte Lösung von Sulfit (Schwefeldioxid) und beobachtete ihren Zerfall oder ihre Haltbarkeit über Wochen. Auch heute werden analoge Verfahren zur Materialprüfung eingesetzt. Für die Portland-Zement-Hersteller erarbeitete er Verfahren zur Unterscheidung verfälschter Billigprodukte von Original-Zementen [4] – ein Thema, das für zahlreiche Produktgruppen, insbesondere auch bei Schadensfällen, bis heute aktuell ist.

Gerichtschemie

Der umfassenden Fachkenntnis des Analytikers Fresenius versicherten sich staatliche und wissenschaftliche Institutionen. Schon 1845 hatte er Gedanken zur Arbeit des Gerichtschemikers publiziert und half 1864 bei der Aufklärung eines Giftmords im Taunus durch Analyse exhumierter Leichenteile [5]. Während hier die Täterin überführt wurde, konnte der Analytiker in einem vermeintlichen Mordfall in Korneuburg/Österreich durch ein umfangreiches Gutachten die Angeklagten entlasten.

Nahrungsmittel-, Wein- und Umweltanalytik

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Abb. 3 Zum Chemischen Laboratorium von Carl Remigius Fresenius gehörte auch ein Weinlabor. Innenansicht der „unteren Weinstation“ um 1900. Bildquelle: Archiv der Hochschule Fresenius

Das wohl erste je erlassene Nahrungsmittelgesetz, das deutsche vom 14.05.1879, half Fresenius als Mitglied zweier Kommissionen des Reichsgesundheitsamtes ebenso vorbereiten wie Vereinbarungen der chemischen Fachgesellschaften zur Nahrungsmittel- und zur Weinanalytik. Mit seinem 1868 begründeten agrikultur- und weinchemischen Labor [siehe Abb. 3] trugen er und seine Mitarbeiter, vor allem Carl Neubauer und Eugen Borgmann, zur Erforschung der Lebensmittel und ihrer Produktion ebenso bei wie zur Umsetzung der gesetzlichen Vorschriften durch analytische Kontrollen.

Aus der Erkenntnis, dass die gerade erst aus der Taufe gehobene Bakteriologie für Hygiene, Lebensmittel  und Medizin von großer Bedeutung sei, schloss Fresenius auf die Notwendigkeit systematischer Kontrolle von Lebensmitteln, Umwelt und menschlichen Ausscheidungen – und eröffnete 1884 umgehend eine eigene Abteilung dafür.

Ein frühes Beispiel der Spurenanalytik – Iodid-Bestimmung

Sicherlich bleibt der Name Fresenius insbesondere mit der Wasseranalytik verbunden [6]. Über 100 Mineralquellen hat C.R. Fresenius untersucht.

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Tab. 1 Vergleich der Analysen der Selters-Quelle 1863, 1931 und 2009 – die Analysen von 1863 und 1931 stimmen gut überein, die Analysenwerte von 2009 lassen auf eine veränderte Schüttung schließen. Quelle: [6]

Ein frühes Beispiel für Spurenanalytik aus der Seltersquelle [7] lässt uns heute noch den Hut ziehen vor der Leistung des Analytikers Carl Remigius Fresenius: Aus dem Trockenrückstand von 65,296 kg Wasser reichert er durch zweimaliges Extrahieren mit Alkohol, jeweils gefolgt von einem Eindampf-Schritt, nachfolgendem „gelindem Glühen“, Aufnehmen mit Wasser und Einengen, Ansäuern und Zugabe von Schwefelkohlenstoff das Iodid an. Nach Oxidation zu Iod, Rückextraktion des Iods und Titration mit Sulfitlösung hat Fresenius einen Gehalt von 28 ppb Iodid bestimmt (siehe Tab. 1).

Posthume Würdigung der Leistungen des Chemischen Laboratoriums

Eine Gedenkschrift in den Berichten der Deutschen Chemischen Gesellschaft von 1919 fasst die Arbeit des Entwicklers analytischer und materialtechnischer Verfahren, qualitätssichernder Methoden, des problemlösenden Dienstleisters und des beratenden Experten so zusammen: „Das Laboratorium diente von Anfang an nicht nur dem Unterricht, sondern in nicht geringerem Umfange wissenschaftlicher und praktischer Arbeit. Es ist die Stätte, an der Fresenius und seine Mitarbeiter all die feinen Methoden ausgearbeitet haben, die heute Gemeinbesitz unserer Wissenschaft sind, an der ferner die von anderer Seite veröffentlichten analytischen Verfahren auf Grund experimenteller Nachprüfung kritisch gesichtet wurden, und an der schließlich das ganze Rüstzeug analytisch-chemischer Methodik in den Dienst praktischer Aufgaben gestellt wurde.“ [8]

Zwei Schlüsseltexte von C.R. Fresenius – bis heute aktuell

Zur Berufsethik

(vom Wissenschaftshistoriker William H. Brock auch „Hippokratischer Eid für Analytiker“ genannt [9])

„Jeder , der sich einigermaassen mit quantitativen Analysen beschäftigt hat weiß, dass sich, besonders am Anfange, zuweilen Fälle ereignen, in denen man Zweifel hegt, ob das Resultat genau ausfallen wird, oder in denen man gewiss ist, dass es nicht sehr genau ausfallen kann. Bald ist ein wenig verschüttet worden, ... bald zweifelt man, ob man sich im Wägen nicht geirrt habe, - bald stimmen zwei Analysen nicht recht überein. In solchen Fällen handelt es sich darum, dass man die Gewissenhaftigkeit habe, die Arbeit alsobald noch einmal zu machen. Wer diese Selbstüberwindung nicht hat, wer Mühe scheut, wo es sich um Wahrheit handelt, wer sich auf Schätzen und Muthmaassen einlässt, wo es die Erlangung positiver Gewissheit gilt, dem müssen Fähigkeit und Beruf zur Ausführung quantitativer Analysen ebenso gut abgesprochen werden, als wenn es ihm an Kenntnissen oder Geschicklichkeit gebräche. Wer seinen Arbeiten nicht selbst volles Vertrauen schenken, wer auf seine Resultate nicht schwören kann, der mag immerhin zu seiner Übung analysiren, nur hüte er sich, seine Resultate als sicher zu veröffentlichen oder anzuwenden, es dürfte ihm nicht zum Vortheil, der Wissenschaft aber würde es nur zum Nachtheil gereichen.“ [10]

Vom praktischen Geschick

„Mit dem Wissen muss das Können sich vereinigen…. Mit den gründlichsten Kenntnissen ausgerüstet, ist man nicht im Stande zu bestimmen, wie viel Kochsalz in einer Lösung ist, wenn man nicht eine Flüssigkeit aus einem Gefäß in ein anderes gießen kann, ohne dass etwas wegspritzt oder ein Tropfen am Rande des Gefäßes hinabläuft u.s.w. – Die Hand muss sich die Fähigkeit erwerben, die bei quantitativen Analysen vorkommenden Operationen mit Umsicht und Geschick auszuführen, eine Fähigkeit, welche einzig und allein durch praktische Uebung erworben werden kann.“ [10]

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Infobox

Das Erbe des Gründers C.R.F. im Jahr 2019

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Hochschule Fresenius / Daniel Welschenbach

Im Forschungsinstitut IFAR der Hochschule Fresenius arbeiten Studierende zusammen mit Lehrenden, Bachelor- und Master-Studierenden und Doktorandinnen und Doktoranden an der Lösung aktueller analytischer Fragestellungen.

Die 1862 begründete Zeitschrift für analytische Chemie erscheint heute in ununterbrochener Folge als europäische Fachzeitschrift Analytical and Bioanalytical Chemistry (ABC). Das Institut Fresenius ist als Teil der SGS-Gruppe mit 650 Mitarbeitern allein am Standort Taunusstein Erbe des Dienstleisters Carl Remigius Fresenius. Seine Lehrtradition ist 200 Jahre nach seiner Geburt Teil der Hochschule Fresenius, mit Sitz in Idstein, die deutschlandweit fast 13.000 Studierende an 9 Standorten – darunter seit 2019 auch wieder am Ursprungsort Wiesbaden – in 56 Bachelor- und 39 Master-Studiengängen von den Therapieberufen über Design bis zu Wirtschaft und Medien ganz im Sinn des Gründers Räume zu einer soliden, praxistauglichen und zur Selbständigkeit anleitenden Bildung bietet. Ihr Kern bleiben die „MINT“-Fächer, Biologie, seit 2019 auch Informatik, und die Chemie, insbesondere die Analytik, mit der der Gründer einst seine wissenschaftliche Laufbahn begonnen hatte. Im Forschungsinstitut IFAR (Institute for Analytical Research) [11] arbeiten schon Studierende zusammen mit Lehrenden, Bachelor- und Master-Studierenden und Doktorandinnen und Doktoranden an der Lösung aktueller analytischer Fragestellungen (drei Beispiele siehe [12a-c]).

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Kategorie: Analytische Chemie | Chemiegeschichte

Literatur:
[1a] Poth, S. (2007) Carl Remigius Fresenius (1818-1897) Wegbereiter der analytischen Chemie. Stuttgart, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft
[1b] Czysz, W. (1988) 140 Jahre Chemisches Laboratorium Fresenius Wiesbaden. 1. Teil: 1848-1945. Jb. Nass. Ver. Naturk. 110, 35-110
[1c] Gros, L. (2018) Mit fünf Studenten fing er an. Carl Remigius Fresenius – Vater der analytischen Chemie. Katalog zur Ausstellung C.R. Fresenius. Hrsg. vom Museum Wiesbaden und der Hochschule Fresenius. ISBN 978-3-89258-120-8
[1d] Gros, L. (2018) Vom Gartenhausexperimentator zum Wegbereiter der analytischen Chemie. Mitteilungsblatt der Fachgruppe Analytische Chemie der Gesellschaft Deutscher Chemiker, 4, S. 22
[1e] Gros, L. (2018) Carl Remigius Fresenius (1818-1897) und sein chemisches Laboratorium. Beiträge zur Weinanalytik, Önologie und Agrikulturchemie im 19. Jahrhundert. Schriften zur Weingeschichte Nr. 195, hrsg. von der Gesellschaft für Geschichte des Weines, Wiesbaden, ISBN 978-3-9809749-5-0
[1f] Gros, L., Knepper, T.P. (2019) The flame – not the ashes: achievements and heritage of a passionate analytical chemist, Anal Bioanal Chem 411, 1927-1933, DOI 10.1007/s00216-019-01647-y
[2] Carl Remigius Fresenius, Chemische Untersuchung der wichtigsten Mineralwasser des Herzogthums Nassau, Wiesbaden 1850
[3] R. Fresenius, Ueber die Prüfung der Dachschiefer auf den Grad ihrer Verwitterbarkeit. Z. Analyt. Chem. 7, 72 (1868)
[4] R. Fresenius, W. Fresenius, Beiträge zur Charakterisirung des Portland-Cementes. Z. Analyt. Chem. 32, 433 (1893); darin auch Nachweis zweier vorausgegangener Arbeiten zum Thema
[5] Beiträge zur gerichtlichen Chemie. I. Quantitative Bestimmung des abgeschiedenen Giftes, insbesondere des Arsens. Z. Analyt. Chem. 6, 195 (1867)
[6] L. Gros und G. Schwedt, Carl Remigius Fresenius – ein Wegbereiter der Wasseranalytik im 19. Jahrhundert und seine Nachfolger in den ersten hundert Jahren. Vom Wasser 116 (1), 13-20 (2018)
8] Chem. Ber. A 52 (2) 1919, S. 37
[9] William H. Brock, The Fontana History of Chemistry. London 1992, S. 208
[10] C. R. Fresenius, Anleitung zur Quantitativen Chemischen Analyse, 6. Auflage 1875, Erster Band, S. 4
[11] https://www.hs-fresenius.de/forschung-lehre/forschungsinstitute/institute-for-analytical-research-ifar/
[12a] Huppertsberg, S., Knepper, T.P. (2018) Instrumental analysis of microplastics—benefits and challenges, Anal Bioanal Chem 410, 6343-6352, DOI: 10.1007/s00216-018-1210-8
[12b] Zahn, D., Mucha, P., Zilles, V., Touffet, A., Gallard, H., Knepper, T.P., Frömel, T. (2018) Identification of potentially mobile and persistent transformation products of REACH-registered chemicals and their occurrence in surface waters. Water Research 150, 86-96, DOI: 10.1016/j.watres.2018.11.042
[12c] Allner, B., Hennies, M., Lerche, C. F., Schmidt, T., Schneider, K., Willner, M., Stahlschmidt-Allner, P. (2016) Kinetic determination of vitellogenin induction in the epidermis of cyprinid and perciform fishes: Evaluation of sensitive enzyme-linked immunosorbent assays (ELISAs). Environ. Toxicol. Chem. 35, 2916-2930, DOI: 10.1002/etc.3475