Wie misst man gelösten Sauerstoff?

In Wasser ist Sauerstoffgas gelöst gelöster Sauerstoff (DO) . Es ist ein wichtiger Hinweis auf die Wasserqualität und von entscheidender Bedeutung für das Leben im Wasser. Die Industrie bestimmt die DO-Prüfung von Wasser. Möglicherweise müssen Sie den Sauerstoffgehalt testen, wenn Sie Bier herstellen oder den gelösten Sauerstoff im Abwasser messen. Die Wasserqualität und die Gesundheit des aquatischen Ökosystems hängen vom gelösten Sauerstoff ab. Viele Wasserlebewesen sterben in toten Zonen, die durch niedrige Sauerstoffwerte verursacht werden.

Mithilfe der DO-Werte können wir die biologisch abbaubare organische Substanz und den biologischen Sauerstoffbedarf bei der Abwasseraufbereitung messen. Beide Tests deuten auf die Wasserqualität hin. Ebenso schädlich ist übersättigter Sauerstoff im Wasser. Durch die Atmosphäre und die Photosynthese entsteht Sauerstoff im Wasser, der von Temperatur, Salzgehalt und Luftdruck beeinflusst wird.

Messung von gelöstem Sauerstoff Techniken

Die Messung von Gehalt an gelöstem Sauerstoff  In verschiedenen Umgebungen werden eine Reihe von Methoden eingesetzt, die grob in moderne sensorbasierte Techniken und traditionelle chemische Methoden eingeteilt werden. Die fortschrittlichste und am häufigsten verwendete Methode umfasst optische oder elektrochemische Sensoren, die für ihre Präzision und Benutzerfreundlichkeit bekannt sind. Diese Sensoren werden für sofortige Labormessungen an Messgeräte oder für die kontinuierliche Beobachtung in natürlichen Umgebungen an Datenlogger und Monitore angeschlossen.

Elektrochemische Sensoren

Elektrochemische Sensoren werden weiter in polarografische, gepulste polarografische und galvanische Typen unterteilt und häufig in intelligente Sensorsysteme mit digitalen Ausgängen integriert. Diese vielseitig einsetzbaren Sensoren eignen sich sowohl für die Laboranalyse als auch für die langfristige Umweltüberwachung. Beim Aufzeichnen von Daten Messgeräte für gelösten Sauerstoff Zum Einsatz kommen Wasserqualitätssonden oder Datenlogger.

Die Genauigkeit dieser Messungen erfordert die Kompensation von Umweltfaktoren wie Temperatur, Druck und Salzgehalt. Die Anpassungen können manuell oder automatisch erfolgen, wobei Geräte verwendet werden, die mit Thermistoren zur Temperaturmessung und Optionen zur Anpassung des Luftdrucks ausgestattet sind. Auswirkungen auf den Salzgehalt werden durch Leitfähigkeitsmessungen oder manuelle Eingaben behoben. Im Gegensatz dazu bietet die kolorimetrische Methode eine einfachere, wenn auch weniger genaue Alternative zur Schätzung Gehalt an gelöstem Sauerstoff , mit spezifischen Verfahren für verschiedene Konzentrationsbereiche. Die Winkler-Titrationsmethode, die einst als Goldstandard galt, existiert heute in mehreren modifizierten Formen. Trotz seiner historischen Genauigkeit ist es anfälliger für menschliches Versagen und für den Feldeinsatz weniger praktisch.

Kalibrierungs- und Betriebsabläufe variieren je nach Gerät und Hersteller, was die Notwendigkeit der Konsultation spezifischer Bedienungsanleitungen unterstreicht. Darüber hinaus ist der Salzgehalt des Wassers von Süßwasser (< 0,5 ‰) zu Sole (> 50 ‰), mit variierendem Gehalt an gelöstem Sauerstoff B. Brack- und Meerwasser, spielt eine entscheidende Rolle bei der Kalibrierung und Messgenauigkeit.

Titrimetrische Methode

Dieser Ansatz beinhaltet die Titration, einen Prozess, bei dem eine Lösung bekannter Konzentration (das Titriermittel) verwendet wird, um die Konzentration einer anderen Lösung (der Probe) zu bestimmen. Im Fall der Winkler-Methode, die Jodometrie-Titrationen verwendet, dient Jod als Indikator, der nach der Titration erscheint oder verschwindet und den DO-Gehalt in der Wasserprobe anzeigt.

Wichtige Schritte und Überlegungen:

● Wasserproben werden gesammelt und sofort mit spezifischen Reagenzien behandelt "Fix" die Probe, da sich Lufteinwirkung und Bewegung verändern können gelöster Sauerstoff (DO) Ebenen.

● Unter Verwendung einer speziellen BSB-Flasche, die dicht ist, ohne Luft einzuschließen, wird die DO-Konzentration der titrierten Probe gemessen. Die Genauigkeit dieser Methode hängt vom proportionalen Verhältnis zwischen der Titriermittellösung und der Wasserprobe ab.

Trotz ihrer historischen Bedeutung unterliegt die Winkler-Methode Ungenauigkeiten, potenzieller Probenkontamination und menschlichem Versagen. Diese Einschränkungen haben die Entwicklung fortschrittlicherer und zuverlässigerer Techniken vorangetrieben.

Galvanische Sonden/Sensoren

Diese Membransonden bestehen aus zwei Metallteilen mit unterschiedlichen Elektrodenpotentialen und funktionieren ähnlich wie eine Batterie. Sauerstoff diffundiert durch eine semipermeable Membran in einen gepufferten Elektrolyten in der Sondenkappe, wo er mit der Kathode (normalerweise Silber) reagiert und ein Elektron von der Anode (normalerweise Zink oder Blei) erhält. Diese Reaktion erzeugt eine Spannung, die es dem angeschlossenen Messgerät ermöglicht, den Strom in a umzuwandeln gelöster Sauerstoff (DO) Konzentrationswert. Einer der Hauptvorteile galvanischer Sensoren besteht darin, dass dank der Selbstpolarisierung keine Aufwärmphase erforderlich ist.

Diese fortschrittlichen elektroanalytischen Methoden ermöglichen kontinuierliche Echtzeitmessungen von DO in Wasser, nutzen Redoxreaktionen und bieten eine einfache Handhabung und höhere Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Methoden wie der Winkler-Methode.

Polarografische Sonden/Sensoren

Polarografische Sonden funktionieren anders als ihre galvanischen Gegenstücke. Sie verfügen außerdem über eine dünne semipermeable Membran, der entscheidende Unterschied liegt jedoch in ihrer Funktionsweise:

● Im Gegensatz zu galvanischen Sonden, die wie eine Batterie funktionieren, legen polarografische Sonden eine Spannung zwischen einer Silberanode und einer Goldkathode an. Diese Spannung dient als Katalysator und löst eine Sauerstoffreaktion aus.

● Wenn Sauerstoff mit der Kathode interagiert, nimmt er ein Elektron auf und erzeugt so einen Strom, der zur Bestimmung der DO-Konzentration verwendet wird.

Polarografische Sensoren werden weiter in stationäre und schnell pulsierende Typen eingeteilt:

●  Stationäre Sensoren:  Diese Sensoren ermöglichen eine DO-Messung, ohne dass die Wasserprobe gerührt werden muss.

●  Schnell pulsierende Sensoren:  Ähnlich wie im stationären Zustand, jedoch mit zusätzlicher dritter Silberelektrode. Diese Sensoren arbeiten intermittierend und sorgen dafür, dass Sauerstoff an der Kathodenoberfläche nachgefüllt wird. Durch diese pulsierende Wirkung entfällt die Notwendigkeit, die Probe zu rühren.

Beide Typen basieren auf einer konstanten Spannung, um die Elektronen zu polarisieren und DO zu messen.

Kolorimetrische Methode

Diese Methode basiert auf Farbveränderungen, die durch chemische Reaktionen ausgelöst werden, und ist in zwei Varianten erhältlich: Indigokarmin und Rhodazin-D-Methode.

Indigokarmin-Methode

Geeignet zur Messung von DO-Konzentrationen zwischen 0,2 und 15 ppm. Es entsteht eine blaue Farbe, deren Intensität mit der DO-Konzentration korreliert. Diese Methode erfordert Schutz vor hellem Licht, um das Reagenz zu schützen, und wird nicht durch Salzgehalt, Temperatur oder andere gelöste Gase beeinflusst. Bestimmte Substanzen wie Eisen (III) und Nitrat können jedoch die Genauigkeit beeinträchtigen. Je nach Konzentrationsbereich werden Ergebnisse typischerweise innerhalb von 30 Sekunden bis 2 Minuten erzielt.

Rhodazin-D-Methode

Diese Methode ist für viel niedrigere DO-Konzentrationen (ppb-Werte) konzipiert und reagiert mit gelöster Sauerstoff (DO) um eine rosafarbene oder rosafarbene Lösung zu erhalten. Es ist zwar robust gegenüber Störungen durch Salzgehalt oder Sulfid, Oxidationsmittel können jedoch durch die Anzeige erhöhter DO-Werte zu Ungenauigkeiten führen. Eine rechtzeitige Analyse ist von entscheidender Bedeutung, da die Reaktion innerhalb von 30 Sekunden nach Zugabe des Reagenzes gemessen werden sollte.

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