am Fachbereich Umweltingenieurwesen und Angewandte Informatik · Nitrat fotometrisch 8. ... und SO...

Hydrochemie Praktikum

am Fachbereich

Umweltingenieurwesen und

Angewandte Informatik

Wintersemester 2012/2013


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Laufzettel Praktikum Hydrochemie, Wintersemester 2012/2013

Versuch Erfolgreiche Teilnahme

1. Einführung und Probenahme

2. pH, LF und Härtebestimmung

3. Sauerstoff

4. Chloridtitration nach Mohr

5. AAS-Messung von K und Na (2 Termine)

6. ICP-Messung von Ca, Mg (2 Termine)

7. Nitrat fotometrisch

8. Phosphat fotometrisch

9. IC-Messung von Cl, NO3 und SO4 (2 Termine)

10. CSB-Mn

11. Auswertung


2

Organisatorisches

Das Praktikum besteht aus 11 Versuchen.

Alle Praktikumsversuche sind, ggf. unter Zuhilfenahme geeigneter Literatur theoretisch vorzubereiten, um mit der nötigen Sachkenntnis „bewusst“ Versuchsabläufe beobachten und beurteilen zu können.

Vor Praktikumsbeginn ist die Theorie der jeweiligen Versuche zu erarbeiten, d.h.

o Versuchsaufbau und –durchführung,

o Reaktionsgleichungen,

o Namen und Gefährdungspotential (GHS, Piktogramme, Gefahrenklasse) der

auftretenden Stoffe und Verbindungen und

o zu erwartende Effekte.

Vor bzw. während des Versuches wird von der Laboraufsicht ein mündliches Antestat ab-

genommen. Durch dieses Antestat wird sichergestellt, dass von den Praktikanten kein

Sicherheitsrisiko auf Grund mangelnder Sachkenntnis ausgeht. Bei nicht ausreichender

Sachkenntnis darf der Versuch nicht durchgeführt bzw. muss der Versuch abgebrochen

werden.

Nach Beendigung der Versuche ist die Laboraufsicht über Ablauf und Vollständigkeit der

durchgeführten Versuche zu informieren.

Entsorgen sie ihre Lösungen nicht, bevor die Laboraufsicht diese gesehen hat.

Ist der Laborplatz wieder in einwandfreiem Zustand (benutzte Geräte gespült, Labortisch

aufgeräumt und gereinigt, Abfälle entsorgt), wird die Versuchsdurchführung von der

Laboraufsicht auf dem Laufzettel quittiert.

Notieren sie ihre Beobachtungen in einem Laborprotokoll. Sie könnten danach gefragt

werden. Es wird empfohlen, in der Nachbereitung des Versuches ein vollständiges Protokoll

zu erstellen.

Für ein sicheres und kontrolliertes Arbeiten im Labor ist es wichtig, alle gängigen Säuren und

Laugen, deren Salze und deren Formeln zu kennen. Auf einer der nächsten Seiten sind diese

aufgeführt.


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Laborordnung Bei allen Arbeiten in den Laboratorien ist den Anordnungen der Aufsicht führenden Personen

nachzukommen. Die speziellen Sicherheitsvorschriften sind zu beachten.

Im Labor sind ständig Schutzbrille, passende Schutzhandschuhe und Labor-Kittel aus

Baumwolle in Verbindung mit langen Beinkleidern und trittsichere, geschlossene Schuhe zu

tragen. Kittel und Schutzhandschuhe müssen von den Praktikanten mitgebracht werden,

Schutzbrillen werden gestellt.

Rauchen, Essen und Trinken sind im Labor nicht erlaubt. Mitgebrachte Lebensmittel und

Handys sind im Seminarraum zu hinterlassen.

Die Laboraufsicht ist unverzüglich in Kenntnis zu setzen bei:

o Laborunfällen (Schnittverletzungen, Verätzungen, Verbrennungen, Verbrühungen,

Vergiftungserscheinungen oder -verdacht)

o Glasbruch und sonstigen Beschädigungen von Geräten

o Defekten an Geräten

o Verschütten von Chemikalien.

Geraten Chemikalien auf die Haut oder auf Kleidungsstücke, so sind die betroffenen Bereiche

gründlich mit viel Wasser zu waschen. Die Kleidungsstücke dürfen im Zweifelsfalle nicht

weiter getragen werden.

Bei Verätzungen der Augen sofort gründlich mit viel Wasser spülen (Augendusche).

Konzentrierte Säuren und Basen sind vorsichtig zu verdünnen. Dabei wird Wasser immer

vorgelegt, bevor die konzentrierte Lösung zugegeben wird. (Merksatz: „Erst das Wasser,

dann die Säure, sonst geschieht das Ungeheure“)

Flüssigkeiten dürfen nicht durch Ansaugen mit dem Mund pipettiert werden. Hierzu stehen

als Pipettierhilfen Howorka-Ball, Peleus-Ball oder Saugball für Pasteur-Pipetten zur

Verfügung.

Besonders beim Pipettieren sind Kontaminationen der Vorratslösungen zu vermeiden. Es

wird niemals direkt aus einer Vorratsflaschen pipettiert, sondern immer ein Teil der Lösung

in ein Becherglas gefüllt, woraus man mit einer Pipette weiter abmisst. Sollte aus Versehen

eine Vorratslösung kontaminiert werden, so ist die Laboraufsicht zu informieren. Es werden

niemals Lösungen oder Stoffe in ein Vorratsgefäß zurück gefüllt!

Die in den Versuchsvorschriften angegebenen Mengen sind einzuhalten. Änderungen

werden durch die Laboraufsicht bekannt gegeben. Die Regeln zur Abmessung genauer

Volumina (s.u.) sind einzuhalten.

Giftige, umweltgefährdende und/oder wassergefährdende Lösungen werden in speziellen

Behältern getrennt entsorgt. Dies gilt insbesondere für schwermetallhaltige Lösungen.

Hinweise zur Entsorgung finden sich am Ende der Versuchsvorschriften. Falsche Entsorgung

führt zum Nicht-Bestehen des Versuches!

In der Regel findet die Entsorgung zum Ende des Praktikums statt. Vorher werden die

Praktikumsergebnisse mit dem Laborpersonal besprochen.

Benutzte Geräte sind mit viel Leitungswasser (ggf. mit Spülmittel und Bürste) zu spülen und

mit viel demineralisiertem Wasser nachzuspülen!

Nach Beendigung der Versuche ist die Laboraufsicht über Ablauf und Vollständigkeit der

durchgeführten Versuche zu informieren.

Nach Beendigung des Praktikums müssen die Hände gründlich gewaschen werden.


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Regeln zur Abmessung genauer Volumina

Je nach Versuchsbeschreibung ist die Auswahl zu treffen zwischen Voll- und Messpipetten bzw.

Becherglas, Messzylinder oder Erlenmeyerkolben. Die Wahl der Geräte richtet sich nach der

geforderten Genauigkeit der abzumessenden Volumina. Die Bezeichnungen in diesem Skript haben

folgende Bedeutung:

„exakt 10 mL“ bedeutet: Benutzung einer Vollpipette!

„10 mL“ bedeutet: Benutzung einer Messpipette bei kleinen Volumina!

„50 mL“ und noch größere Volumina: Benutzung eines Messzylinders!

„ca. 10 mL“ Benutzung eines Becherglases, Erlenmeyerkolbens oder Messzylinders!

Ist ein Versuch als „Reagenzglasversuch“ gekennzeichnet, gilt folgende Regel:

1 cm Schichthöhe im Reagenzglas entspricht einem Volumen von 1 mL!


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Wichtige Säuren und Basen und deren Dissoziationsprodukte

Säuren

Name Formel Dissoziiert zu Kation Anion Anmerkungen

Schwefelsäure H2SO4 2 H+ SO42-, Sulfat 2-stufig

Schweflige Säure H2SO3 2 H+ SO32-, Sulfit 2-stufig

Salpetersäure HNO3 H+ NO3-, Nitrat 1-stufig

Salpetrige Säure HNO2 H+ NO2-, Nitrit 1-stufig

Salzsäure HCl H+ Cl-, Chlorid 1-stufig

Phosphorsäure H3PO4 3 H+ PO43-, Phosphat 3-stufig

Essigsäure CH3COOH H+ CH3COO-, Acetat Diss. nur schwach

Schwefelwasserstoff H2S 2 H+ S2-, Sulfid Diss. pH-abhängig

Basen

Name Formel Dissoziiert zu Kation Anion Anmerkungen

Natronlauge NaOH Na+, Natriumion OH-, Hydroxid Stark

Ammoniaklösung NH4OH NH4+, Ammoniumion OH-, Hydroxid Schwach


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1. Einführung und Probenahme

Organisatorisches Es finden 11 Versuche, inklusive einer Auswertung, statt

Es finden 9 Übungen statt, Termine siehe Aushang oder CAS Campus

Wenn nur ein Messgerät vorhanden ist (AAS, ICP, IC), finden die Praktika an zwei Terminen

im 2er Gruppenteiler statt, damit ausreichend Zeit am Gerät zur Verfügung steht.

Am Ende des Skriptes befinden sich zwei Tabellen, in die alle Ergebnisse des Praktikums

eingetragen werden. Zum Abschluss des Praktikums findet eine Zusammenführung der

Ergebnisse und eine Auswertung und Diskussion statt. Es soll dann auch eine Ionenbilanz des

Weserwassers gerechnet werden.

Die Probenahme Die Probenahme ist der erste und wichtigste Schritt bei einer Analyse. Fehler, die bei Probenahmen

gemacht werden, können nicht wieder rückgängig gemacht oder korrigiert werden. Deshalb ist eine

gründliche Planung der Probenahme wichtig. Außerdem ist die Führung eines Probenahmeprotokolls

(siehe Seite 7) wichtig, um vorherrschende Bedingungen festzuhalten.

Im Laufe dieses Praktikums wird das Weserwasser ausführlich analysiert. Dafür benötigt jede Gruppe

etwa 2 mal 1 Liter Weserwasser. Jede Gruppe macht die Probenahme eigenständig und analysiert

ihre eigene Probe. Während der Probenahme werden vor Ort Luftdruck, Lufttemperatur,

Probetemperatur, pH-Wert und Sauerstoffgehalt der Probe gemessen. Hierfür stehen drei mobile

Messgeräte zur Verfügung, die ausgeliehen werden können. Die Ausleihe wird mit ihrer Unterschrift

dokumentiert.

Des Weiteren werden auch Leitungswasser und Teichwasser analysiert. Je nach Messparameter muss

die Probenahme entsprechend anders durchgeführt werden. Für die Bestimmung des

Sauerstoffgehaltes von wässrigen Proben ist es z.B. wichtig, dass während der Probenahme keine

Durchmischung mit der Umgebungsluft stattfindet. Die genaue Durchführung der Probenahme wird

in diesem Fall vor der Versuchsbeschreibung erläutert.


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Probenahmeprotokoll Weserwasser Probenbezeichnung: Entnahmeort: Probenehmer: Datum und Uhrzeit: Lufttemperatur: °C Luftdruck: hPa Wasserstand: Witterung: Probenahmetechnik: Schöpfer Aufbewahrung/Konservierung: 4 °C Organoleptische Prüfungen: Geruch: Trübung: Färbung: Physikalische Messungen: Probentemperatur: pH-Wert: Sauerstoffgehalt Bemerkungen:


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2. pH-Wert, Leitfähigkeit und Härtebestimmung

1. Teilversuch: Bestimmung des pH-Wertes und der Leitfähigkeit

Chemikalien und Material:

• Leitungswasser (kein dem. Wasser!), Regenwasser, Mineralwasser, dem. Wasser,

hochreines dem. Wasser, Weserwasser, die Proben sind mitzubringen

• pH-Meter

• Leitfähigkeitsmessgerät

Versuchsdurchführung:

Sie nehmen verschiedene, frische Wasserproben (Leitungswasser, Regenwasser, Mineralwasser und

Weserwasser) in sauberen, gut verschließbaren Glasgefäßen und bewahren diese Proben bis zur

Laboranalyse gekühlt auf. Im Labor messen Sie mit Hilfe der entsprechenden Geräte den pH-Wert

und die Leitfähigkeit der einzelnen Wässer. Die Elektroden müssen vor jeder Messung mit dem.

Wasser gespült werden. Bitte gehen sie sorgsam mit den Elektroden um.

Tragen sie ihre Messergebnisse in die Tabelle 1 am Ende dieses Skriptes ein. Diskutieren Sie die

unterschiedlichen Messergebnisse. Achten sie auf die korrekte Angabe der Einheiten!

2. Teilversuch: Bestimmung des Calciumgehalts von Leitungswasser und

Weserwasser


• Titriplex-III-Maßlösung (Na2EDTA), c = 0,05 mol/L

• verd. Natronlauge (NaOH)

• Calconcarbonsäure-Verreibung

• 100 mL Vollpipette, Erlenmeyerkolben, Bürette, Pipette


Sie entnehmen Wasser aus der Hauswasserleitung (kein dem. Wasser!) und überführen exakt 100 mL

in einen Erlenmeyerkolben. Diese Wasserprobe versetzen Sie nacheinander mit 2 Pasteurpipetten

verd. Natronlauge und einer Spatelspitze Indikatorverreibung. Mit einer Titriplex-III-Maßlösung

titrieren sie rasch bis zum Farbumschlag von rot nach blau (gegen einen weißen Untergrund).

Für die Analyse des Weserwassers nehmen sie ebenfalls exakt 100 mL.

Führen sie Doppelbestimmungen durch, falls noch Zeit ist.

Berechnung des Calciumgehalts:

( ) [

]

mit = Verbrauch Maßlösung in mL

= Konzentration der Maßlösung in mol/L

= vorgelegtes Probevolumen in mL


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3. Teilversuch: Bestimmung der Gesamthärte von Leitungswasser und

Weserwasser

Chemikalien und Material

• konz. Ammoniak (NH3)

• Indikatorpuffertabletten

• Titriplex-III-Maßlösung (Na2EDTA), c = 0,05 mol/L

• Messzylinder, Erlenmeyerkolben, Bürette, Pipette

Versuchsdurchführung

Wie im 2. Versuch überführen Sie exakt 100 mL Leitungswasser in einen Erlenmeyerkolben. Im Abzug

geben Sie 10 mL konz. Ammoniak (Handschuhe!) und kontrollieren sie den pH-Wert mit

Indikatorpapier. Er sollte größer oder gleich 10 sein. Anschließend fügen sie eine

Indikatorpuffertablette hinzu. Nach deren Auflösung wird mit einer Titriplex-III-Maßlösung bis zum

Farbumschlag von rot nach grün/grau gegen einen weißen Untergrund titriert.

Für die Analyse des Weserwassers nehmen sie ebenfalls exakt 100 mL.

Führen Sie eine Doppelbestimmung durch.

Die Berechnung der Gesamthärte (c(GH)) erfolgt nach der gleichen Formel, wobei 1 mmol/L

Gesamthärte = 5,608 Grad deutscher Härte (°dH) entspricht.

Geben Sie die ermittelte Konzentration an Calcium und den Grad deutscher Härte nach den

Versuchen bei der Laboraufsicht an. Tragen sie auch diese Werte in die Tabelle 2 ein.

Was entspricht der Differenz der beiden Konzentrationen (c(GH) - c(Ca2+)?

Entsorgungs- und Sicherheitshinweise

Sämtliche Abfälle können Sie über den Ausguss entsorgen.

Bitte reinigen Sie die verwendeten Laborgeräte und Ihren Arbeitsplatz gründlich!

Waschen Sie sich nach Beendigung des Praktikums die Hände!

Ammoniak (NH3) C

verd. Natronlauge (NaOH) C

Titriplex III (Na2EDTA) Xn


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3. Bestimmung des in Wässern gelösten Sauerstoffs

Probenahme Der in dem zu untersuchenden Wasser gelöste Sauerstoff steht oft nicht mit dem in der Atmosphäre

enthaltenen Sauerstoff im Gleichgewicht. Daher sind bei der Probenahme lange Kontaktzeiten zur

Atmosphäre sowie das Auftreten von Turbulenzen zu vermeiden.

Als Probengefäße für Teilversuch 2 sind zwei klare 250 mL-Standflaschen mit genau angegebenen

Volumina und Stopfen zu verwenden. Für Teilversuch 1 ist das Volumen der Standflaschen nicht

relevant (braune Standflaschen).

Ort der Probenahme ist der Teich im Lehrpark. Die mit dem zu untersuchenden Teichwasser

gespülten Flaschen sind an der Probenahmestelle in horizontaler Lage gerade so weit ins Wasser zu

tauchen, dass dieses langsam und ohne Blasenbildung einfließt. Mit zunehmendem Füllstand sind die

Flaschen nach und nach in eine aufrechte Stellung zu bringen. Dabei soll das Wasser weiterhin so

einströmen, dass keine Luftblasen mit eindringen. Nach vollständiger Füllung der Flaschen wird ein

Stopfen aufgesetzt, der überschüssiges Wasser verdrängt.

Das zu untersuchende Leitungswasser (kein dem. Wasser!) wird vom Entnahmehahn aus durch einen

Schlauch in eine 250 mL-Standflasche eingeleitet. Sobald der Flascheninhalt mehrmals erneuert

wurde, wird der Schlauch bei noch strömendem Wasser langsam aus der Flasche gezogen und der

Stopfen möglichst luftblasenfrei auf die Flasche gesetzt.

Verwenden sie jeweils eine Probe für jeden Versuch.

Teilversuch 1: Bestimmung des Sauerstoffgehalts mit einer Sauerstoff-

Elektrode


• Teichwasser, Leitungswasser (kein dem. Wasser!)

• Lumineszenzsonde für gelösten Sauerstoff (LDO, luminescent dissolved oxygen)


Die Teichwasserprobe wird im Labor sofort mit der zuvor kalibrierten Sauerstoffelektrode

vermessen. Bestimmen Sie weiterhin die Temperatur des Wassers und den herrschenden Luftdruck.

Protokollieren Sie außerdem Färbung, Trübung und Geruch des Wassers.

Wiederholen Sie die Messung mit Leitungswasser (kein dem. Wasser!).

Teilversuch 2: Bestimmung des Sauerstoffgehalts nach Winkler


• Teichwasser, Leitungswasser (kein dem. Wasser!)

• Manganchlorid-Lösung (MnCl2)

• alkalische Iodid-Azidlösung

• verd. Phosphorsäure (H3PO4)

• Natriumthiosulfat-Maßlösung (Na2S2O3), c = 0,025 mol/L

• Stärkelösung, w = 0,5 %

• Magnetrührer, Rührfisch, Bürette, Pipetten


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Verwenden Sie eine der frischen, in der 250 mL Standflasche abgefüllten Teichwasser- und

Leitungswasser-Proben.

Vorbereitend zur Laboranalyse wird der Flaschenstopfen abgenommen, um nachfolgend

nacheinander 2 mL Manganchlorid-Lösung und 2 mL Fällungsreagenz (Iodid-Azidlösung) im Abzug

hinzu zu geben. Da hierbei keine Luftblasen in die Probe gelangen dürfen, werden die

Pipettenspitzen ca. 1,5 cm tief in die Wasserprobe eingetaucht. Das überstehende Wasser wird

dadurch verdrängt. Die Flasche wird blasenfrei verschlossen und umgeschüttelt. Nach dem Absetzen

des entstandenen Niederschlages (ca. 10 min) wird etwa die Hälfte der überstehenden Flüssigkeit mit

einer Pipette abgenommen und entsorgt, ohne dabei den Bodensatz aufzuwirbeln. Nach Zugabe von

10 mL verd. Phosphorsäure wird die Flasche umgeschwenkt und für 10 min dunkel gestellt. Das dabei

in Freiheit gesetzte Iod wird unter Verwendung des Magnetrührers und eines Rührfisches in der

Flasche mit einer Natriumthiosulfat-Maßlösung bis zum Auftreten einer hellgelben Färbung titriert.

Nun wird 0,5 mL Stärkelösung zugegeben, wobei ein Farbumschlag nach dunkelblau stattfindet. Es

wird weiter titriert, bis die Lösung farblos ist.

Berechnung des Sauerstoffgehaltes:

( )[ ]

mit

= Verbrauch an Thiosulfat-Maßlösung

= exakte Volumen der Flasche (wird vom Laborpersonal bekannt gegeben)

= Volumen der eingesetzten Reagenzien (4 mL)

Führen Sie den Versuch sowohl mit Leitungswasser als auch mit Teichwasser durch. Vergleichen Sie

die verschiedenen Ergebnisse. Tragen sie die Ergebnisse für Weserwasser auch in Tabelle 2 ein.


Die zu verwerfenden Probelösungen entsorgen Sie bitte in den Kanister für schwermetallhaltige

Laugen.

Die Titrationslösungen entsorgen Sie bitte in den Kanister für schwermetallhaltige Säuren.



Manganchlorid (MnCl2) Xn

Natriumazid (NaN3) T+

Phosphorsäure (H3PO4) C


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4. Chloridtitration nach Mohr Nach dieser Vorschrift kann Chlorid in Wasser in einem Konzentrationsbereich von ca. 3,5 bis

35 mg/L bestimmt werden. Dabei verläuft die Titration nach folgender Reaktionsgleichung:

Ag+(aq) + Cl-(aq) AgCl(s)

Sobald der Äquivalenzpunkt überschritten ist (kein Cl- mehr vorhanden ist), bilden die überschüssigen

Silber-Ionen mit dem zugesetzten Indikator Kaliumchromat einen rotbraunen Niederschlag von

Silberchromat:

2Ag+(aq) + CrO4

2-(aq) Ag2CrO4 (s)

Nach dieser Methode soll der Chloridgehalt von Leitungswasser und vom Weserwasser bestimmt

werden.


• Leitungswasser (kein dem. Wasser!)

• Weserwasser

• Silbernitrat-Maßlösung (AgNO3), c = 0,02 mol/L

• Kaliumchromatlösung (K2CrO4), c = 0,3 mol/L

• Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3)

• 100 mL Vollpipette

• Erlenmeyerkolben, Spatel, pH-Papier, Pipette, Bürette


Von dem Weserwasser werden exakt 10 mL in einen Erlenmeyerkolben gegeben und anschließend

auf ca. 200 mL aufgefüllt. Nach Zugabe von 2 mL Kaliumchromatlösung titrieren Sie mit der

Silbernitrat-Maßlösung von grünlich-gelb nach rotbraun gegen einen weißen Untergrund. Die

entstehende Färbung soll eine Minute bestehen bleiben.

Führen Sie den gleichen Versuch mit Leitungswasser (kein dem. Wasser!) durch. Dafür werden exakt

200 mL Leitungswasser in einen Erlenmeyerkolben pipettiert und mit einer Spatelspitze

Natriumhydrogencarbonat neutral gestellt (pH-Wert mit Indikatorpapier prüfen!). Nach Zugabe von

2 mL Kaliumchromatlösung titrieren Sie mit der Silbernitrat-Maßlösung von grünlich-gelb nach

rotbraun gegen einen weißen Untergrund.

Führen Sie Doppelbestimmungen durch.

Berechnung der Chloridkonzentration

Bei der gegebenen AgNO3 - Maßlösung der Konzentration c = 0,02 mol/L entspricht

1 mL Silbernitratlösung = 0,70906 mg Chlorid.

Berechnen Sie die Konzentration an Chlorid im untersuchten Leitungs- und Weserwasser und

diskutieren Sie die ermittelten Werte im Trinkwasser anhand der EG-Trinkwasser-Richtlinie, die

25 mg/L als Richtzahl und 200 mg/L als Maximalwert angeben, bei dem bereits "Wirkungen"

auftreten können.


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Die Lösungen des heutigen Versuchstages entsorgen Sie in den Abfallkanister für

schwermetallhaltige Lösungen.



Silbernitrat (AgNO3) C

Kaliumchromat (K2CrO4) T


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5. Messung von Natrium und Kalium mit der Flammen-Atom-

Absorptions-Spektroskopie (AAS) In diesem Versuch werden vom Weserwasser die Natrium- und Kaliumgehalte mit Hilfe der

Flammen-AAS bestimmt. Da nur ein Messgerät vorhanden ist, wird dieser Versuch im Zweier-Teiler

durchgeführt, so dass ausreichend Zeit am Messgerät vorhanden ist.

Vor der Messung werden im Labor von jeder Gruppe jeweils drei Standardlösungen mit bekannten

Konzentrationen Natrium und Kalium hergestellt. Die Weserprobe muss ebenfalls vor der Messung

verdünnt werden.

Zur Vorbereitung des Versuches überlegen Sie bitte, wie sie die Stammlösungen verdünnen müssen,

um auf die unten angegebenen Konzentrationen der Kalibrierlösungen zu kommen und machen Sie

sich mit den Prinzipien der Atom-Absorption in der Flamme vertraut. Jede Gruppe misst ihre eigene

Weser-Probe!


• Flammen-AAS Perkin Elmer 3100

• Na-Ka-Hohlkathodenlampe

• 100 mL Messkolben, Pipetten

• Natrium-Stammlösung (β = 10,0 mg/L)

• Kalium-Stammlösung (β = 50,0 mg/L)

Natriumbestimmung

Sie bekommen eine Stammlösung mit einem Natriumgehalt von 10 mg/L. Erstellen Sie hieraus durch

entsprechende Verdünnung mit dem. Wasser 3 Lösungen, mit denen die Flammen-AAS kalibriert

wird. Die Lösungen sollen die Konzentrationen von 0,1; 0,5 und 1,0 mg/L haben. Das Weserwasser

wird vor der Natriumbestimmung 1:200 verdünnt.

Kaliumbestimmung

Für die Kaliumbestimmung werden aus der Stammlösung ( β = 50,0 mg/L) Kalibrierlösungen mit den

Konzentrationen 0,5; 1,0 und 5,0 mg/L durch entsprechende Verdünnung mit dem. Wasser

hergestellt. Das Weserwasser wird vor der Messung 1:50 verdünnt.

Mit den fertigen Lösungen gehen Sie zusammen mit der Laboraufsicht zum Analysegerät (Raum

5311) und messen nach einer kurzen Einweisung die Absorption in der Flamme bei einer Wellenlänge

von λ = 589,0 nm für Natrium und bei λ = 766,5 nm für Kalium.

Erstellen Sie die Kalibrierungen und ermitteln Sie die Werte von Kalium bzw. Natrium in der

Weser!


Die Lösungen des heutigen Versuchstages können in den Ausguss entsorgt werden.




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6. Messungen mit der ICP-AES (induktiv gekoppeltes Plasma, Atom-

Emissions-Spektroskopie) Mit Hilfe der ICP-AES wollen wir die Calcium- um Magnesiumgehalte der Weserproben bestimmen

und mit den Werten aus Versuch 2 vergleichen.

Bei der ICP-Technik werden die Proben von einem Autosampler in die Sprühkammer befördert und

von dort in ein induktiv gekoppeltes Plasma gebracht. Dort werden die Inhaltsstoffe bei

Temperaturen von ca. 10.000 °C atomisiert und zur Emission angeregt. Der Detektor (Photo

Mulitplier Tube) misst die Emission bei unterschiedlichen elementspezifischen Wellenlängen. Die

Intensität der Emission ist proportional zum Gehalt des betreffenden Elementes in der Probe. Die

Auswertung erfolgt mit der Software, die automatisch eine Kalibrierung erstellt.


• ICP-OES Varian Liberty Series II axial


• Spritzenfilter 0,45 µm

• Einwegspritze

• ICP-Mehrelement-Stammlösung (β = 1000,0 mg/L)


Aus der Mehrelement-Stammlösung (ICP23) erstellen sie zwei Verdünnungen mit den

Konzentrationen 10,0 mg/L und 5,0 mg/L. Diese Konzentrationen gelten dann für alle 23 enthaltenen

Elemente.

Die Weserwasserprobe wird durch den Spritzenfilter filtriert und anschließend 1:10 mit dem. Wasser

verdünnt.

An der ICP (Raum 5311) erstellen wir gemeinsam eine Methode zur Messung von Ca und Mg. Ca soll

bei einer Wellenlänge von 422,673 nm und Mg bei 279,553 nm gemessen werden. Als Kalibrierblank

wird hochreines dem. Wasser verwendet.

Der Blank und die Kalibrierlösungen werden an der ICP vermessen. Die Software Plasma 95 erstellt

eine Kalibrierung. Ist diese erfolgreich, können die Weserproben 1:10 verdünnt vermessen werden.






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7. Fotometrische Bestimmung von Nitrat Das Anion Nitrat (NO3

-) absorbiert UV-Licht bei einer Wellenlänge von 210 nm. Das Ausmaß der

Absorption ist in einem gewissen Konzentrationsbereich linear proportional zur Konzentration in

Lösung (Lambert-Beer’sche Gesetz). Diese Eigenschaft kann man zur Konzentrationsbestimmung

verwenden. Das störende Anion Nitrit (NO2- ) absorbiert ebenfalls bei 210 nm und wird durch Zusatz

von Amidosulfonsäure vor der Messung zerstört.


• Nitrat-Stammlösung, β = 10 mg/L Nitrat

• "Reagenz" (Mischung aus konz. Schwefelsäure und Amidosulfonsäure)

• Weserwasser

• Leitungswasser (kein dem. Wasser!)

• 6 Messkolben (100 mL)

• Pipetten

• Fotometer


Zur Erstellung der Nitrat-Kalibrierfunktion pipettieren Sie exakt 10, 20, und 40 mL der Nitrat-

Stammlösung in jeweils einen Messkolben. Vom zu analysierenden Leitungswasser (kein dem.

Wasser!) werden exakt 10 mL und von dem Weserwasser ebenfalls exakt 10 mL in einen Messkolben

pipettiert. Der Messkolben, in dem der Verfahrensblindwert gemessen werden soll, wird mit ca. 80

mL dem. Wasser gefüllt. Nun werden alle Messkolben mit dem. Wasser auf ein Volumen von ca. 80

mL aufgefüllt. Nachfolgend werden in jeden Kolben 5 mL Reagenz gegeben. Anschließend wird mit

dem. Wasser exakt bis zur Eichmarke aufgefüllt und gut umgeschüttelt. Nach dem Umschütteln wird

der Füllstand erneut kontrolliert und gegebenenfalls neu eingestellt. Nach 10 min. Entwicklungszeit

können an den Fotometern unter Verwendung der bereitstehenden Quarzküvetten die Extinktionen

der Lösungen bei einer Wellenlänge von λ = 210 nm gemessen werden.

Bitte arbeiten Sie am Fotometer zügig, damit alle Studierenden in der gegebenen Zeit die Messungen

durchführen können!

Aufgabe

Erstellen Sie eine Kalibrierkurve auf Millimeterpapier oder in Excel und bestimmen Sie die

Nitratkonzentrationen im Leitungswasser und im Weserwasser. Achten sie dabei auf die

Verdünnungen. Es sollen die Konzentrationen der Originalproben angegeben werden.


Die Lösungen des heutigen Versuchstages können in den Ausguss entsorgt werden. Da es sich um

konzentrierte Säuren handelt, findet die Entsorgung unter fließendem Wasser statt!




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8. Fotometrische Bestimmung von Phosphat Nach dieser Vorschrift können Phosphorverbindungen in Wässern in einem Konzentrationsbereich

von ca. 0,005 bis 0,8 mg / L bestimmt werden. Dabei bilden Orthophosphat-Ionen in sauren Lösungen

mit Molybdat-Ionen in Gegenwart von Antimon-Ionen einen Komplex, der durch Ascorbinsäure zu

Phosphormolybdänblau reduziert wird. Dieser Farbstoff hat sein Absorptionsmaximum bei einer

Wellenlänge von 880 nm.


• Orthophosphat-Stammlösung, β = 7,5 mg / L Phosphat

• Phosphatlösung unbekannten Gehaltes

• Weserwasser

• Ascorbinsäure-Lösung

• Molybdat-Reagenzlösung

• 6 Messkolben (100 mL), Pipetten


Zur Erstellung der Phosphat-Kalibrierfunktion pipettieren Sie exakt 2, 5 und 10 mL der Phosphat-

Stammlösung in jeweils einen Messkolben. Von der Phosphatlösung unbekannten Gehaltes

pipettieren Sie exakt 10 mL in einen weiteren Kolben. Vom zu analysierenden Weserwasser werden

exakt 50 mL eingesetzt. Der Messkolben, in dem der Verfahrensblindwert gemessen werden soll,

wird mit ca. 80 mL dem. Wasser gefüllt. Nun werden alle Messkolben mit dem. Wasser auf ein

Volumen von ca. 80 mL aufgefüllt. Nachfolgend werden in jeden Kolben 2 mL Ascorbinsäure-Lösung

gegeben, gefolgt von 4 mL Molybdat-Reagenzlösung. Anschließend wird mit dem. Wasser exakt bis

zur Eichmarke aufgefüllt und gut umgeschüttelt. Nach 10 – 30 min. Entwicklungszeit kann am

Fotometer unter Verwendung der bereitstehenden Küvetten die Extinktion bei λ = 880 nm gemessen

werden.

Bitte arbeiten Sie am Fotometer zügig, damit alle Studenten in der gegebenen Zeit die Messungen

durchführen können!

Aufgabe

Erstellen Sie eine Kalibrierkurve und bestimmen Sie die unbekannten Konzentrationen. Beachten

sie die Verdünnungen der Proben.


Die Lösungen des heutigen Versuchstages entsorgen Sie in den Abfallkanister für

schwermetallhaltige Lösungen.



Molybdat-Reagenzlösung T


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9. Bestimmung von Chlorid, Nitrat und Sulfat im Weserwasser per

Ionenchromatografie In diesem Versuch wird das Weserwasser mit Hilfe der Ionenchromatografie (IC) auf die Anionen

Chlorid, Nitrat und Sulfat untersucht. Dazu wird der Ionenchromatograf im Analyselabor (Raum 5309)

verwendet.

Das Gerät wird vor dem Praktikum von der Laboraufsicht kalibriert. Die Kalibrierdaten erhalten Sie

rechtzeitig vor Beginn des Praktikums. Die IC wird mit drei Standardlösungen kalibriert, die von den

zu untersuchenden Anionen jeweils 1,0; 5,0 und 10,0 mg/L enthalten. Dies ist der Kalibrierbereich.

Überlegen Sie in der Vorbereitung dieses Versuches an Hand der Daten aus den bereits

durchgeführten Versuchen, wie Sie das Weserwasser verdünnen müssen, damit die zu messenden

Werte im Kalibrierbereich liegen. Gehen sie von Chlorid- und Nitratgehalten von ihren bereits

durchgeführten Versuchen aus. Bitte beachten Sie, dass eine Aufgabe von unverdünntem

Weserwasser bei der IC nicht erlaubt ist, da die hohe Salzfracht der Weser die Säulen überladen

würde!


• Ionenchromatograf Dionex ISP 2000i

• Weserwasser



Verdünnen Sie das Weserwasser entsprechend der ermittelten Konzentrationen aus den

Vorversuchen. Die verdünnten Proben werden anschließend zur IC gebracht und dort nach einer

kurzen Einweisung in das Gerät vermessen. Die Messung einer Probe dauert ca. 8 min und alle Ionen

werden nacheinander gemessen. Sie sollten also nicht mehr als 2 Verdünnungen herstellen, da

ansonsten die zur Verfügung stehende Zeit nicht ausreicht.

Aufgabe

Erstellen Sie an Hand der Daten, die Sie von der Laboraufsicht bekommen, eine Kalibrierung für jedes

der untersuchten Ionen mit Excel oder auf Millimeterpapier und ermitteln Sie die Konzentrationen in

der Weser.

Eine genaue Aufstellung der Konzentrationen und Fragen zur Auswertung werden detailliert am 7.

Praktikumstag besprochen.






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10. Bestimmung des Kaliumpermanganat-Verbrauchs und des

chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB-Mn) von Teichwasser


• Teichwasser (wird von der Laboraufsicht gestellt)

• Kaliumpermanganat-Maßlösung (KMnO4), c = 0,01 N (0,002 mol/L)

• Oxalsäure-Maßlösung (C2H2O4), c = 0,01 N (0,005 mol/L)

• Schwefelsäure (H2SO4), c = 2,5 mol/L

• Bechergläser, Pipetten, 250-mL-Erlenmeyerkolben, Bürette, Bunsenbrenner, Glasstab


Exakt 100 mL der Wasserprobe werden in einen 250-mL-Erlenmeyerkolben pipettiert, mit 5 mL der

ca. 2,5 M Schwefelsäure versetzt und rasch erhitzt. Zur leicht siedenden Lösung werden exakt 25 mL

der 0,01 N Kaliumpermanganat-Maßlösung gegeben, der Kolben mit einem Uhrglas abgedeckt und

für weitere 10 min so erhitzt, dass die Lösung weiterhin leicht siedet. Anschließend erfolgt die

Zugabe von exakt 25 mL der 0,01 N Oxalsäure-Maßlösung, wobei sich bereits nach kurzer Zeit unter

weiterer Wärmezuführung die Reaktionslösung vollständig entfärbt. Die noch heiße Lösung wird mit

der 0,01 N Kaliumpermanganat-Maßlösung gerade so weit titriert, bis die auftretende Rosafärbung

für ca. 30 Sekunden bestehen bleibt. Der Verbrauch an Kaliumpermanganat-Maßlösung ist zu

notieren.

Im Folgenden wird zur Titerbestimmung die Lösung im Erlenmeyerkolben mit exakt 10 mL der 0,01 N

Oxalsäure-Maßlösung versetzt und erneut bis zur schwachen Rosafärbung mit Permanganat-

Maßlösung titriert. Auch dieser Verbrauch ist zu notieren.

Es sind Doppelbestimmungen durchzuführen!

Auswertung

1. Titerberechnung: [ ]

[ ]

2. KMnO4-Verbrauch durch die Probe:

( )[ ] [( ) ]

3. Chemischer Sauerstoffbedarf:

[

] ( )

[ ]

[ ]


20

Aufgabe/Fragen

Geben Sie den CSB-Mn von Teichwasser der Laboraufsicht an!

Warum hat eine Kaliumpermanganat-Lösung mit 0,01 N eine Konzentration von 0,002 mol/L?

Was ist der Unterschied zwischen „Normalität“ und „Molarität“?


Alle manganhaltigen Abfälle werden in den Abfallkanister für schwermetallhaltige Säuren entsorgt.



Kaliumpermanganatlösung (KMnO4) Xn

Oxalsäure (C2H2O4) Xn

Schwefelsäure (H2SO4) C


21

11. Auswertung

Chemikalien und Geräte

• Taschenrechner

• PC bzw. Laptop

An diesem Versuchstag werden die Analysenergebnisse der verschiedenen Messungen und

verschiedenen Gruppen gemeinsam gesammelt, verglichen und analysiert. Verwendet werden hierzu

die unten stehenden Tabellen. Bitte halten Sie ihre Messergebnisse bereit, so dass die

Datenaufnahme zügig von statten gehen kann. Rechnen Sie vorbereitend ihre Ergebnisse von mg/L

auf mmol/L und meq/L um. Für die Umrechnung auf mmol/L benötigen Sie lediglich die Molmassen

der entsprechenden Ionen. Bei der Umrechnung in Milliequivalente (meq/L) werden zusätzlich die

Ionenladungen berücksichtigt.

Folgende Fragen sollen an diesem Tag beantwortet werden:

• Welches sind die Quellen für die gefundenen Kationen und Anionen?

• Die 4 untersuchten Anionen wurden mit jeweils zwei unterschiedlichen Methoden

bestimmt. Stimmen die Ergebnisse der beiden Methoden überein?

• Falls die Ergebnisse voneinander abweichen, welcher Methode kann man mehr

vertrauen? Wie können verlässliche Ergebnisse erzielt werden? Beurteilen Sie die

unterschiedlichen Methoden!

• Lässt sich eine Ionenbilanz erstellen?

• Wenn die Ionenbilanz nicht ausgeglichen ist, welche wichtigen Kationen und/oder

Anionen wurden nicht analysiert und fehlen in der Bilanz?

• Wie kommen die unterschiedlichen pH-Werte der einzelnen Wässer zu Stande?

Diskutieren Sie auch den pH-Wert und die Leitfähigkeit von Regenwasser und ob es sich

hier um „sauren Regen“ handelt. Welchen pH-Wert hat „saurer Regen“ und wie entsteht

er?

• Wie kommt der pH-Wert von Mineralwasser zu Stande?

• Warum hat Leitungswasser keinen neutralen pH-Wert?

• Erläutern Sie die Herkunft der unterschiedlichen Leitfähigkeiten. Sind die Ergebnisse für

die Leitfähigkeit von Leitungswasser mit den Ergebnissen der Härtebestimmung

kompatibel?

• Wieso hat Regenwasser eine so geringe Leitfähigkeit?


22

Weser Mineralwasser Regenwasser Leitungswasser Dem. Wasser

Gruppe pH-Wert LF (mS/cm) pH-Wert LF (mS/cm) pH-Wert LF (mS/cm) pH-Wert LF (mS/cm) pH-Wert LF (mS/cm)

1

2

3

4

5

6

Mittelwert

Tabelle 1: pH-Wert und Leitfähigkeit verschiedener Wässer


23

Weser Nitrat Sulfat Chlorid Phosphat Natrium Kalium Calcium Magnesium

Gruppe /

Methode

foto-

metrisch IC IC Mohr IC

foto-

metrisch AAS AAS Titration ICP Titration ICP

1

2

3

4

5

6

Mittelwert

mg/L

Mittelwert

mmol/L

Mittelwert

meq/L

Tabelle 2: Kationen und Anionen im Weserwasser

Date post:	31-Mar-2019
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am Fachbereich Umweltingenieurwesen und Angewandte Informatik · Nitrat fotometrisch 8. ... und SO...

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