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Analytik im 19. Jahrhundert und heute

Zum 125. Todestag von Carl Remigius Fresenius (1818–1897)

Prof. Dr. Leo Gros (Hochschule Fresenius gGmbH)

Am 11. Juni 1897 stirbt der Chemiker Carl Remigius Fresenius. Zu seinen Schülern zählten Edward und Otto Mallinckrodt, Söhne des Gründers der heute noch erfolgreichen Firma Mallinckrodt in den USA. In einer Festschrift zu deren 125-jährigem Bestehen heißt es 1992: „Sie hatten die beste Ausbildung erhalten, die die Welt zu bieten hatte. Vor allem aber hatten sie sich das akribische Qualitätsstreben ihrer Gastgeber zu eigen gemacht...“. Bei wem? Bei dem „berühmten Vater der chemischen Analyse“ [1].

Nun hat die Analytische Chemie wie alle Wissenschaft viele Väter. Worin besteht der herausragende Beitrag des vor 125 Jahren am 11. Juni 1897 verstorbenen Fresenius, dessen ehemalige Wirkungsstätte, das Chemische Laboratorium Fresenius Wiesbaden, von der Gesellschaft Deutscher Chemiker 2013 in die ehrenvolle Liste der Historischen Stätten der Chemie aufgenommen wurde?

Abb. 1 Porträt des jungen C.R.F. Gemälde von Ludwig Knaus (1849), Familienbesitz Fresenius, Leihgabe an das Museum Wiesbaden

Der vorliegende Beitrag (siehe Anmerkung unten) würdigt die Lehrbücher, Publikationen und die von Carl Remigius Fresenius gegründete Fachzeitschrift und geht dann der Frage nach, worin Relevanz und Nutzen seiner Arbeiten bestanden und bis heute bestehen. Dabei soll insbesondere der junge Fresenius (Abb. 1) zu Wort kommen.

Chemie ist eine Sprache

In einem Vortrag während der Jahrestagung Deutscher Naturforscher und Ärzte 1842 in Mainz verglich der 24-jährige Fresenius, Assistent bei Justus Liebig am Universitätslaboratorium in Gießen, wo er auch promovierte und sich habilitierte, seine jungen Studierenden mit Menschen, die eine Sprache erlernen:

„Die Sprache des Chemikers aber ist die der Experimente, ihre Laute sind die einzelnen Reaktionen; zu ihrer Erlernung wird jetzt allgemein die qualitative Analyse als der beste und kürzeste Weg betrachtet ...“ [2]

Dabei erwerben die jungen Leute die Voraussetzungen für fachgerechtes Arbeiten:

„Diese Bedingungen aber sind: 1) Ordnung, Reinlichkeit und Geschick beim Arbeiten; 2) scharfe Beobachtung, genaue Erwägung der Umstände bei jeder Reaktion, richtige Berechnung der Folgen jedes Processes; 3) die Fähigkeit, sachgemässe und für den einzelnen Fall passende Methoden selbstständig zu entwerfen; und endlich 4) die Gewöhnung bei Erscheinungen, welche früheren Erscheinungen widersprechen, den Fehler stets zuerst an sich, d.h. an dem Mangel einer zum Eintreten der Erscheinung nothwendigen Bedingung zu suchen.“ [2]

Nicht umsonst sprechen wir heute noch von „Reaktionsbedingungen“: Es reagieren Teilchen miteinander, deren Reaktionsfähigkeit von ihrer „Umgebung“ abhängt: Ist zum Beispiel die Temperatur zu hoch, könnten sie zerfallen, ist sie zu niedrig, könnte ihre Bewegungsgeschwindigkeit für die Umwandlung nicht ausreichen. Ein zu niedriger pH-Wert (eine zu hohe Wasserstoffionenkonzentration) führt bei bestimmten Teilchen zur positiven Aufladung und damit möglicherweise zur Abstoßung durch andere Reaktionspartner. Die Anwesenheit von Störstoffen („Interferenzen“) kann eine Reaktion behindern, weil sie selbst und nicht der gewünschte Reaktionspartner reagieren. So wird zum Beispiel das violette Permanganat-Ion nur in saurer Umgebung zu farblosem löslichem Mangan(II) reduziert; in schwach alkalischer Lösung entsteht Braunstein (Mangan(IV)). Versucht man hingegen, Mangan(II) mit Salpetersäure in Anwesenheit des Störstoffs Chlorid zu oxidieren, oxidiert das entstehende Permanganat das Chlorid zu Chlor und wird dabei wieder reduziert, seine charakteristische violette Farbe, an der man in diesem Fall die Anwesenheit von Mangan(II) in der Prüflösung erkennt, bleibt aus. Unsere Studierenden lernen, dass man bei diesem Nachweis von Mangan unbedingt den Störstoff Chlorid mit Silberionen ausfällen (als schwerlösliches Silberchlorid abtrennen) muss. Was diese Beispiele aus der qualitativen Analyse zeigen, gilt umso mehr für biochemische Reaktionen und biotechnologische Verfahren, mit denen heute Medikamente oder Impfstoffe hergestellt werden: Die Mikroorganismen arbeiten im von uns gewünschten Sinn nur in einem engen Korridor von Temperatur, pH-Wert, Rührgeschwindigkeit, Salz- und Sauerstoff-Konzentrationen sowie Nährstoffen. Abweichungen von diesen Reaktionsbedingungen führen zu unerwünschten Nebenprodukten oder gar Fehlschlagen der Umsetzung.

„Fresenius kann man nicht vorrätig halten...“ – Die Lehrbücher zur qualitativen Analyse

Abb. 2 Titelseite der ersten Auflage der „Quali“ von 1841. Archiv der Hochschule Fresenius

Während seines Studiums in Bonn vertieft der 22-jährige Fresenius im Privatlaboratorium des Apothekers Dr. Clamor Marquart seine chemischen Kenntnisse, die er im eigenen Gartenhauslabor und während seiner Apothekenlehre erworben hatte. Fresenius‘ 1841 erschienene erste Auflage der „Anleitung zur qualitativen chemischen Analyse“ (Abb. 2), die in dieser Zeit entstand und die er seinem Förderer Marquart widmete, erklärt Schritt für Schritt und streng systematisch die praktische Arbeitsweise. Das Buch erlebt bereits in den ersten 20 Jahren zehn, bis zum Tod des Autors 16 deutschsprachige Auflagen und wird mehrfach ins Englische, Französische, Spanische, sowie ins Italienische, Russische, Niederländische, Ungarische, Japanische und Chinesische übersetzt. Von einer Auflage zur nächsten kann man Fresenius über die Schulter schauen: Er sieht seinen Schülern bei der Arbeit zu, erfasst Unklarheiten und Probleme und setzt diese Erkenntnisse in didaktisch bessere Texte um. Schrittweise fügt er spezielle Informationen zur Untersuchung von Wässern, Lebensmitteln und vielen technischen Produkten ein. So werden aus den anfangs 81 Seiten schließlich fast 900.

„Verständlichkeit der stoffbezogenen Erklärungen, der Analysenwege und der Systematik insgesamt, die hier erstmals in dieser Form zu finden ist, sind die wesentlichsten Charakteristika dieses Lehrbuches, wodurch es sich von den Werken der Vorgänger deutlich unterscheidet“ [3]. Prof. Dr. Georg Schwedt, der Verfasser dieser Würdigung, hat die 4. Auflage der „Quali“ als Faksimile mit einer ausführlichen Einführung neu herausgegeben, sodass sie interessierten Leserinnen und Lesern leicht zugänglich ist [4].

Als Fresenius zur Vorlage anlässlich seiner Bewerbung um eine Stelle am Herzoglich Nassauischen Landwirtschaftlichen Institut in Wiesbaden 1845 einige Exemplare seines Buches kaufen wollte, sagte sein Verleger und Buchhändler: „Fresenius kann man nicht vorrätig halten, davon erscheinen zu häufig neue Auflagen.“ [5]

„Die Hand muss sich Fähigkeit erwerben ...“ – Die Lehrbücher zur quantitativen Analyse

Museum Wiesbaden, Bernd Fickert

Abb. 3 Exsikkator nach Fresenius zum Trocknen von Substanzen in der quantitativen Analyse. Um 1880. Historische Sammlung der Hochschule Fresenius

1845 erscheint die erste, 518 Seiten umfassende Auflage der „Anleitung zur quantitativen chemischen Analyse“. Die sechste erscheint 1877 bis 1887 und bringt es in zwei Bänden auf zusammen 1.539 Seiten. Wiederum systematisch führt der Autor in das Handwerk (die Operationen) ein. Ein zweiter Teil ist der Analyse der wichtigsten Untersuchungsgegenstände wie Wasser, Boden, Luft, Dünger, Pflanzen, Mineralien und anderer technischer Produkte gewidmet. Zusammen mit der „Quali“ bildete diese „Quanti“ für viele Jahrzehnte weltweit die „Bibel der Analytik“ [6].

Die zahlreichen Geräte, die er in seinem Buch als Holzschnittgrafiken darstellt, hat er zum Teil selbst entwickelt, so z.B. den Exsikkator (Abb. 3), ein Gefäß zum Trocknen feuchter Substanzen vor der Wägung (das Wasser oder ein anderes anhaftendes Lösemittel dürfen ja zur quantitativen Bestimmung in der Gravimetrie, der Gewichtsanalyse, nicht mitgewogen werden). Ein weiteres Beispiel ist eine Apparatur zur Bestimmung von Arsen (Abb. 4), z.B. zum Nachweis von Vergiftungen.

Abb. 4 Apparatur zur Bestimmung von Arsen, z.B. bei Vergiftungsfällen. C.R. Fresenius, Lehrbuch der quantitativen Analyse, 13. Auflage, S. 192 (1870). Archiv der Hochschule Fresenius

Auch wenn heute vielfach automatisierte teure Messgeräte die alte „Quanti“ ersetzt haben, so müssen sie doch meist mit dazu eigens vorbereiteten Proben „gefüttert“ werden. Wer dabei nicht äußerst sorgfältig arbeitet, kann seinem Messergebnis niemals trauen. Insofern sind auch das Titrieren und Ausfällen immer noch gute Übungen im Sinn von Fresenius:

„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 Übung erworben werden kann.“ [7]

„Diese Aufgabe kann nur eine periodische Schrift erfüllen ...“ – Fresenius‘ Zeitschrift für Analytische Chemie

„Diese Pflege des Schatzes analytischer Methoden war bisher fast ausschliesslich den Lehrbüchern anvertraut...sie geben uns, wenn wir sie in höchster Vollendung denken, ein genaues Bild des Wissens bestimmter Zeitabschnitte, aber sie können nicht gleichzeitig die Kenntnissnahme des Stoffes vermitteln, welcher sich zwischen diesen Perioden ohne Unterbrechung anhäuft. Diese Aufgabe kann nur eine periodische Schrift erfüllen aber – bei der grossen Ausdehnung des Stoffes – nur eine solche, welche sich derselben ausschliesslich und ganz widmet ...“ [8]

Mit diesen Gedanken begründet Fresenius 1861 die Notwendigkeit zur Publikation der ersten gänzlich der Analytik gewidmeten Fachzeitschrift – Fresenius‘ Zeitschrift für Analytische Chemie, die bis Anfang dieses Jahrtausends von ihm und seinen Nachfahren herausgegeben wurde.

Seine Überlegungen gelten heute umso mehr: Die Fortschritte in dieser Fachdisziplin und damit im von der Scientific Community zu teilenden Wissen haben sich enorm beschleunigt und vervielfacht. Ab 1990 erschienen die Arbeiten der von da an „Fresenius‘ Journal of Analytical Chemistry“ genannten Zeitschrift nur noch in englischer Sprache. Seit 2002 führt der Springer Verlag die nun mit anderen europäischen analytischen Fachzeitschriften fusionierte Tradition unter dem Namen „Analytical and Bioanalytical Chemistry“ (ABC) fort. Aus den jährlich etwa 500 DIN A5-Seiten im 19. Jahrhundert sind im Jahr 2021 7.629 Seiten im DIN A4-nahen Format geworden. In zusammen 413 Bänden stecken von der Gründung an gerechnet bis Dezember 2021 über 2.600 Hefte und über 103.000 Artikel.

Abb. 5 Farbige (handkolorierte!) Abbildung der von Bunsen und Kirchhoff mit ihrem Gerät aufgenommenen Spektren im ersten Band von Fresenius‘ Zeitschrift für Analytische Chemie Band 1, 1862. Archiv der Hochschule Fresenius

In der ersten Ausgabe der Fresenius‘schen Fachzeitschrift erscheint eine kurze Arbeit von Bunsen und Kirchhoff mit farbigen (handkolorierten!) Emissionsspektren (Abb. 5). Den Autoren gelang mit dieser Methode die Entdeckung der bis dahin unbekannten Elemente Rubidium und Caesium in einem Lepidolith-Mineral und in Bad Dürckheimer Mineralwasser und dann die Reindarstellung je eines Salzes der beiden Elemente. – Der nach diesen Wissenschaftlern benannte Bunsen-Kirchhoff-Preis für Analytische Spektroskopie wird alle zwei Jahre vom Deutschen Arbeitskreis für Analytische Spektroskopie (DAAS) der GDCh-Fachgruppe Analytische Chemie vergeben, so auch 2022.

So dient bis heute und in Zukunft die von Carl Remigius Fresenius begründete Fachzeitschrift nachhaltig der Weiterentwicklung nicht nur der Analytik, sondern der Chemie und der Naturwissenschaften insgesamt.

„...die Bedeutung für das Leben...“ – gesellschaftlicher und ökonomischer Nutzen der Chemie

In seinem Vortrag zum Erhalt der Venia Legendi, der Habilitation vergleichbar, stellt der damals 25 Jahre alte Jungwissenschaftler fest:

„Mit der Chemie als Wissenschaft wuchs die Bedeutung derselben für das Leben... Auf diese Weise wurden durch die Chemie gehoben die Pharmacie, die Mineralogie, das Berg- und Hüttenwesen, Fabriken, Gewerbe und Handel, und wie die Chemie jetzt über diese Erfolge triumphiert, so wird sie sich bald freuen der eigentlichen und wahren Quelle leiblichen Wohlbefindens, der Agricultur, einen neuen Aufschwung gegeben zu haben, so wird sie bald ihren Stolz darin finden der Physiologie und Therapie eine starke und dauernde Stütze zu sein.“ [9]

Was das konkret bedeuten kann, und dass Fresenius weit voraus denkt, zeigt sich in seinem 1844 erschienenen Aufsatz zum Stellenwert und zur rechtlich-politischen Verankerung der Aufgabe des Gerichtsgutachters (als der er selbst bestellt war).

„Unter allen Zweigen der angewandten Chemie hat die Ausmittelung der Gifte in gerichtlich-chemischen Fällen die Aufmerksamkeit der Chemiker in besonderem Maße in Anspruch genommen; eine Sache, die in der hohen Wichtigkeit des Gegenstandes, in seiner Bedeutung für das sociale Leben leicht ihre Erklärung findet....es fragt sich, ob man nicht Normalmethoden auszumitteln im Stande wäre, die unter allen Umständen sicher zum Ziele führend, als gesetzliche Vorschriften aufgestellt werden könnten, so daß der Chemiker gehalten wäre, nach diesen und nach keinen andern selbstgewählten die Untersuchung zu machen... Wie der Staat über die andern Gesetze wacht, so müßte er natürlich auch das Ueberwachen der für den gerichtlichen Chemiker aufgestellten Gesetze (der Normalmethoden) übernehmen und somit die Sorge, daß sie abgeändert werden, wenn die Wissenschaft zur Aufstellung besserer das Mittel biete ...“ [10]

Fresenius schlägt also schon 1844 eine laufend anzupassende Normierung zugelassener forensischer Methoden vor!

Unternehmerisch – wegweisend – nachhaltig: Ein Fundament, auf dem wir aufbauen können

Kein „Gedenktag“, auch und gerade nicht der 125. Todestag unseres Gründers Carl Remigius Fresenius, verführt uns „Erben“ zur „Heldenverehrung“.

Was kann heute und in Zukunft gelten, das dem in seiner Familie so gerufenen „Remi“ Richtschnur war? Er war auch deshalb ein Meister, weil er sich beschränkte auf das, was er besonders gut konnte. Und das versuchte er, besonders gut zu machen. Er tat das, wozu er Lust und Liebe hatte, und er tat es mit Lust und Liebe. Er knüpfte Netzwerke, teilte Wissen und gab Wissen und Können weiter. Er eignete sich neue Erkenntnisse umgehend an, häufig nicht ohne sie selbst experimentell zu überprüfen. Wenn sie sich bewährten, wendete er sie praktisch an und teilte das in seiner Zeitschrift und seinen Büchern mit. In allem, was er unternahm, achtete er auf das, was wir heute Nachhaltigkeit nennen, scheute sich aber auch nicht, das zurückzulassen, was nicht mehr taugte! „Konservativ sein heißt nicht, hängen an dem was gestern war, sondern leben aus dem, was immer gilt ...“ [11]. Dieser Satz von Antoine de Rivarol heißt für Fresenius und uns Heutige: Die bleibenden Elemente von Wissen und Können und auf dieser Basis den Stand der Wissenschaft vermitteln – als Handwerkszeug, um auch zukünftige Probleme und Fragestellungen fachgerecht und erfolgreich anzugehen.

„Die Welt verändert sich rasend schnell. Wir müssen versuchen, nicht hinterher, sondern voranzuschreiten.“ Das sagte der Urenkel von Carl Remigius, Wilhelm Friedrich Nils Remigius, an seinem 90. Geburtstag 2003. Das Voranschreiten muss vor allem auch in der Lehre unserer Hochschule Fresenius die drei Aspekte Wissenschaft, Praxis und Unternehmerisches im Blick behalten.

In diesem Sinn freut sich der Ururenkel des „Vaters der Analytischen Chemie“, Ludwig Fresenius, schon jetzt auf das 175. Gründungsjahr des Chemischen Laboratoriums 2023.

Anmerkung:

Zu Fresenius‘ 200. Geburtstag 2018 entstand ein einführender Beitrag: Gros L. Forscher – Lehrer – Dienstleister: Carl Remigius Fresenius, ein Wegbereiter der Analytischen Chemie. q&more Deutsche Ausg. (ISSN 2702-7791) 25. Okt. 2019. Abrufbar unter: https://q-more.chemie.de/q-more-artikel/304/forscher-lehrer-dienstleister.html (Scientist – Teacher – Service provider: Carl Remigius Fresenius (1818–1897), a pioneer of analytical chemistry. q&more Eng ed. (ISSN 2702-7805) 2019 Oct 25. Available from: https://q-more.chemeurope.com/q-more-articles/304/scientist-teacher-service-provider.html). Der vorliegende Aufsatz greift in Teilen auf den aus dem gleichen Anlass erschienen Katalog zu einer Ausstellung im Museum Wiesbaden zurück: Gros L. 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. Wiesbaden 2018. ISBN 978-3-89258-120-8.

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Kategorie: Chemiegeschichte | Carl Remigius Fresenius

Literatur:
[1] Mallinckrodt 125th Year Anniversary. 1867-1992. Quality, Integrity, Service. Written and produced by the History Factory. Washington, D.C. ISBN 1-882771-00-1. P. 9 f
[2] Fresenius CR. Über das Thun und Treiben im chemischen Laboratorium zu Giessen, mit besonderer Berücksichtigung der Ergebnisse des letzten Jahres. In: Amtlicher Bericht über die zwanzigste Versammlung der Gesellschaft deutscher Naturforscher und Ärzte zu Mainz im September 1842. Hrsg. Gröser und Bruch. Mainz 1843:92-101. Online source of text extract (corrected): http://archive.org/stream/amtlicherbericht20gese/amtlicherbericht20gese_djvu.txt. Accessed 2021 Apr 07
[3] Schwedt G. Carl Remigius Fresenius und seine analytischen Lehrbücher: Ein Beitrag zur Lehrbuchcharakteristik in der analytischen Chemie. Fresenius Z Anal Chem 1983;315:395-40
[4] Carl Remigius Fresenius. Anleitung zur Qualitativen Chemischen Analyse. Von Georg Schwedt. Berlin, Heidelberg: Springer Spektrum; 1. Aufl. 2021. V, 358 Seiten, brosch. ISBN 978-3-662-63371-7. ISBN 978-3-662-63372-4 (eBook). DOI: 10.1007/978-3-662-63372-4
[5] Fresenius W. Zur Erinnerung an Remigius Fresenius: Erinnerungen aus meines Vaters jungen Jahren. Private print not dated. P. 10. Archive of the Fresenius University of Applied Sciences
[6] Perez-Bustamente JA. Karl Remigius Fresenius (1818-1897): Rationalization and systematization of chemical analysis. Química Analítica 1997;16:139-141
[7] Fresenius CR. Anleitung zur Quantitativen Chemischen Analyse. 6th edition 1875, volume 1, p 4
[8] Announcement of the first edition of “Fresenius‘ Zeitschrift für Analytische Chemie” 1861. Quoted after Fresenius H: Zur Erinnerung an R. Fresenius. Fresenius Z Anal Chem 36:XI ff
[9] Manuscript of C.R. Fresenius for his habilitation lecture at the University of Giessen on 27.02.1844. Archive of the Fresenius University of Applied Sciences. Fresenius had been awarded the Venia Legendi without formal proceedings six months earlier; however, he insisted on giving the lecture and disputation, like all other candidates do.
[10] Fresenius R. Ueber die Stellung des Chemikers bei gerichtlich-chemischen Untersuchungen und über die Anforderungen, welche von Seiten des Richters an ihn gemacht werden können. Annalen Der Chemie Und Pharmacie 1844; 49th edition:275–286
[11] https://www.aphorismen.de/suche?text=hängen+gestern+war&autor_quelle=Rivarol. Accessed 2021 Apr 29

Publikationsdatum: 11.06.2022

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    Prof. Dr. Leo Gros

    Leo Gros, geboren 1951 in Eltville am Rhein, studierte Chemie an der Johannes-Gutenberg-Universität, Mainz, und promovierte dort bei Prof. Dr. Helmut Ringsdorf. Ab 1981 war er Dozent an der damaligen Chemieschule Fresenius, deren Leitung er 1987 übernahm. Von 1992 bis 2016 war er Professor ... mehr

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