Lea Marie Steinmann Jg Q2Leibniz ndash Gymnasium
Schuljahr 201415
Ist schmutziges Wasser gleichverschmutzt
Kurs Chemie ProjektkursFachlehrer Hr MuumlggeAbgabedatum 18 Maumlrz 2015
Inhaltsverzeichnis Seite
1 Vorwort 1 2 Einfuumlhrung in das Verfahren 2 3 Photometrie 2 4 Vorstellung der Ergebnisse 4
41 pH ndash Wert 4 42 Sauerstoffgehalt und ndash saumlttigung 5
421 Bedeutung des Sauerstoffs 5 422 Titration nach WINKLER 5 423 Ergebnis und weitere Berechnung 7 424 Diskussion moumlglicher Fehlerquelllen 8
43 Phosphatgehalt 9 431 Bedeutung des Phosphatgehaltes 9 432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes 10
44 Sulfatgehalt 11 441 Bedeutung des Sulfatgehaltes 11 442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes 12
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen 13 451 Bedeutung des Stickstoffes 13 452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes 14 453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes 15 454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes 15
5 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage 17 6 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage 17
0
1 Vorwort Wodurch erkennt man die Verschmutzung eines Gewaumlssers Im Alltag wuumlrden die
meisten Menschen wahrscheinlich auf den Grad der Truumlbung den Geruch und andere
oberflaumlchliche Anzeichen eingehen Diese koumlnnen auch durchaus wichtige Indizien zur
Bewertung eines Gewaumlssers sein doch letztlich sind die Faktoren ausschlaggebend die
man nicht mit bloszligem Auge erkennen kann So kann auch ein augenscheinlich
schmutziges Gewaumlsser einen sehr guten Zustand aufweisen waumlhrend der klarste See
dagegen unserer Definition von bdquoverschmutztldquo entsprechen kann
In dieser Arbeit soll untersucht werden inwieweit man von der aumluszligeren Erscheinung
eines Gewaumlssers auf seinen tatsaumlchlichen Zustand schlieszligen kann
Zu diesem Zweck wurde eine Wasseranalyse des Muumlhlenbachswelcher unter
Naturschutz steht zu ausgewaumlhlten Parametern durchgefuumlhrt und die Ergebnisse im
Sachzusammenhang gedeutet
Die Ergebnisse dieser Arbeit sind jedoch differenziert zu betrachten Es wurde nur ein
kleiner Teil der relevanten Groumlszligen untersucht darunter keine Betrachtung von
Mikroorganismen da dies im schulischen Rahmen kaum zu verwirklichen ist
Das Projekt stellt damit mehr eine Miniaturversion einer Wasseranalyse dar Es gibt
einen Einblick in die Thematik ist aber nicht als universell anzusehen
1
2 Einfuumlhrung in das Verfahren
Die zu untersuchende Wasserprobe wurde am Dienstag den 13 Januar 2015 bei 11degC
Auszligentemperatur und 7degC Wassertemperatur entnommen Das Wasser wirkt truumlb und es
scheint viele Schwebstoffe zu enthalten Es ist dementsprechend bdquoschmutzigldquo1
Kurz vor der Probenentnahme wirkten ndash soweit man dies beurteilen kann ndash keine
ungewoumlhnlichen Einfluumlsse auf das Gewaumlsser ein etwa die Zugabe eines Duumlngemittels
oder aumlhnliche Verschmutzungen die die Ergebnisse beeinflussen koumlnnen Die Entnahme
und die Aufbewahrung erfolgten in einer handelsuumlblichen Glasflasche mit
Schraubverschluss Dabei wurde darauf geachtet dass moumlglichst keine Luft in der
Flasche eingeschlossen wird und dass nur wenig Schwebstoffe mit entnommen werden
da auch diese ggf die Ergebnisse in gewissem Maszlig verfaumllschen koumlnnen
Die Probe wurde bis zum Zeitpunkt der Bearbeitung gekuumlhlt gelagert Davon
auszunehmen sind die Transportzeiten Effektivere Moumlglichkeiten der Konservierung
waren nicht zu verwirklichen da die uumlblichen Konservierungsmittel nur schwer
zugaumlnglich oder umweltschaumldlich sind
Die Untersuchung erfolgte vollstaumlndig2 am Nachmittag des 14 Januar 2015 also
innerhalb von 24 Stunden
3 Photometrie
Als Photometrie bezeichnet man ein Messverfahren bei der die Absorption von Licht im
sichtbaren Spektrum3 gemessen wird
Das Verfahren wird heutzutage fuumlr industrielle Zwecke wie Ingenieurswissenschaft
angewandt So wird es wird beispielsweise fuumlr Photovoltaikanlagen gebraucht Ein
anderes Anwendungsgebiet ist die industrielle Technik zur Messung von
unterschiedlichen Parametern die zur Qualitaumltskontrolle benoumltigt werden Auszligerdem
wird die Photometrie in der chemischen und biochemischen sowie medizinischen
Analytik verwendet4 Sie dient dem qualitativen und quantitativen Nachweis von
lichtabsorbierenden chemischen Verbindungen So kann man sich dieses Verfahren auch
zur Wasseranalytik zunutze machen
1 bdquoschmutzigldquo im Sinne der Leitfrage (s Vorwort)2 Nach einigen Komplikationen in der vorigen Woche wurde die komplette Analyse unter
Beruumlcksichtigung eines effektiveren Zeitmanagements erneut durchgefuumlhrt3 ca 380nm bis 780nm4 Vgl httpdewikipediaorgwikiPhotometrie
2
Wie man an der Abbildung erkennen kann wird Licht dessen Wellenlaumlnge reguliert
werden kann durch eine Kuumlvette mit einer Farbstoffloumlsung gestrahlt Dieses Licht trifft
auf der Photozelle auf nachdem es die Loumlsung passiert hat An der Photozelle wird die
Differenz zwischen dem ausgesandten Licht und dem eintreffenden Licht gemessen
Daraus laumlsst sich die Absorption bzw Extinktion ableiten Sind neben der Extinktion
auch die Schichtdicke der Kuumlvette und der sogenannte Extinktionskoeffizient eine
stoffspezifische und von der Wellenlaumlnge abhaumlngige Eigenschaft bekannt kann man auf
die Konzentration des geloumlsten Stoffes schlieszligen Zu diesem Zweck zieht man das
LAMBERT ndash BEERSCHE ndash GESETZ5 hinzu
E = ε(λ) d c mit
E ndash Extinktion
ε(λ) ndash Extinktionskoeffizient in Abhaumlngigkeit von der Wellenlaumlnge
d ndash Schichtdicke in cm
c ndash Konzentration
Die drei Groumlszligen Extinktionskoeffizient Extinktion und Schichtdicke sind bei uumlblichen
photometrischen Verfahren bekannt Der Extinktionskoeffizient ε(λ) ist eine fuumlr jeden
Stoff konstante Groumlszlige die Extinktion E wird bei dem Verfahren bestimmt und die
Schichtdicke d ist fuumlr das jeweilige Photometer genormt Ein modernes Photometer kann
5 1852
3
Abbildung 1 Arbeitsweise eines Photometers
auf dieser Grundlage die Konzentration des Farbstoffs berechnen Auf diese Weise ist
auch die Konzentration eines zuvor angegebenen geloumlsten Stoffes zu ermitteln6
Dieses Prinzip wurde auch bei den meisten der bei diesem Projekt zu untersuchenden
Parametern angewandt Dafuumlr werden die geloumlsten Stoffe durch Zugabe von
verschiedenen Chemikalien zu absorbierenden Stoffen umgesetzt welche photometrisch
erfasst werden koumlnnen Es handelt sich dabei hauptsaumlchlich um Farbstoffe teilweise
jedoch auch um feste Niederschlaumlge
4 Vorstellung der Ergebnisse
Parameter Methode Ergebnisse
pH-Wert pH-Meter pH = 71
Sauerstoff Titration nach WINKLER 1448 mgL
Phosphat Photometrie 09 mgL
Sulfat Photometrie 57 mgL
Nitrit Photometrie 082 mgL
Nitrat Photometrie 2019 mgL
Ammonium Photometrie lt 005 mgL
Die hier im Uumlberblick dargestellten Ergebnisse geben in dieser Form noch keine
Auskunft uumlber die Bedeutung der Parameter und ihren Ausfall im Sachzusammenhang
Dies soll differenziert jeweils bei der Vorstellung der einzelnen Untersuchungen sowie
am Ende der Arbeit folgen
41 pH - Wert
Der pH ndash Wert ist ein abiotischer Faktor welcher unter Umstaumlnden groszlige Auswirkungen
auf ein Biotop wie einen See oder wie in diesem Fall ein Flieszliggewaumlsser haben
Organismen besitzen unterschiedliche Toleranz ndash und Optimalbereiche bezogen auf
verschiedene abiotische Faktoren eines Oumlkosystems Da die pH ndash Toleranz bei den
meisten mehrzelligen Lebewesen im engeren Bereich um pH = 7 liegen7 ist keine
Besonderheit des gemessenen pH ndash Wertes festzustellen sodass eine weiterfuumlhrende
Diskussion des Wertes nicht notwendig ist
6 Vgl Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 3 Auflage 2006S 284 ff7 Vgl dewikipediaorgwikiExtremophile
4
Der pH ndash Wert ist als negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration der
Oxoniumionen definiert
Fuumlr den in diesem Fall mit einem pH ndash Meter gemessenen pH ndash Wert von 71 ergibt sich
also folgende Rechnung
pH = -log[c(H3O+)]
pH = 71
10^(-71) = c(H3O+)
c(H3O+) = 7943 x10^(-8) molL
42 Sauerstoffgehalt und ndash Saumlttigung
421 Bedeutung des Sauerstoffs
Die Bedeutung des Sauerstoffs im Allgemeinen zu erlaumlutern kann einer
Erkenntnisgewinnung im wissenschaftlichen Rahmen kaum foumlrderlich sein Aus diesem
Grund soll im Folgenden lediglich kurz auf den Einfluss des Sauerstoffs in einem
Gewaumlsser als Lebensraum eingegangen werden
Als Reaktionspartner fuumlr unterschiedlichste Vorgaumlnge im Biotop kann der im Wasser
geloumlste Sauerstoff sowohl Indikator als auch Ursache fuumlr den Zustand des Gewaumlssers
sein Dies ist unter Anderem auch fuumlr die im spaumlteren Verlauf eroumlrterten Gehaumllter an
Phosphat Sulfat und Stickstoff Bei diesen Beispielen und auch bei anderen
untersuchbaren Groumlszligen sind aerobe bzw anaerobe Bakterien ausschlaggebend sodass
der Sauerstoffgehalt den Zustand des Gewaumlssers beeinflusst und von eben diesem
beeinflusst wird
sww
422 Titration nach WINKLER
Versuchsanordnung
Eine Winklerflasche wird ohne Lufteinschluumlsse mit der Probe gefuumlllt 1 mL
Manganchlorid ndash Loumlsung sowie 1 mL Kaliumiodid ndash Loumlsung werden hinzugegeben Die
Fluumlssigkeit erhaumllt eine gelbe Faumlrbung undes kommt zu einem festen Niederschlag Man
gibt 2 mL konzentrierte Phosphorsaumlure hinzu Hat sich der Niederschlag vollstaumlndig
aufgeloumlst titriert man die Loumlsung mit Natriumthiosulfat mit c = 001 molL bis die
Loumlsung vollstaumlndig entfaumlrbt ist
5
Die daran beteiligten Reaktionen laufen wie folgt ab Bei Zugabe von Manganchlorid und Kaliumiodid wird der Sauerstoff vollstaumlndig8 inForm von Manganit gebunden welches als brauner Niederschlag ausfaumlllt
Dieser Niederschlag wird durch Hinzufuumlgen einer Saumlure aufgeloumlst indem der Feststoff
zu Manganionen und Wasser reagieren Die im vorherigen Schritt zugefuumlgten Iodidionen
werden hierbei zu elementaren Iod oxidiert welches fuumlr die Gelbfaumlrbung verantwortlich
ist
Im letzten Schritt wird diese Loumlsung mit Natriumthiosulfat titriert Das elementare Iod
wird wieder zu Iodidionen reduziert sodass sich die Loumlsung entfaumlrbt
8 Mit Vorbehalt fuumlr naumlhere Diskussion s Kapitel 424
6
Abbildung 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
423 Ergebnis und weitere Berechnung
Bei Durchfuumlhrung dieser Methode mit der zu analysierenden Wasserprobe ist ein
Verbrauch an Thiosulfat von 181 mL festzustellen
Wie man an den Reaktionsgleichungen erkennen kann reagieren Sauerstoff und
Thiosulfat in folgendem Verhaumlltnis
n(O2) n(S2O3)
1 4
Vor diesem Hintergrund kann man mit den Angaben V(S2O3) = 181 mL = 00181 L
sowie c(S2O3) = 001 molL den Gehalt an geloumlstem Sauerstoff wie folgt ermitteln
c = nV
c x V = n
n(S2O3) = 001 molL x 00181 L = 181 x10^(-4) mol
n(O2) = n(S2O3) 4 = 4525 x10^(-5) mol
M = mn
M x n = m
M(O2) = 32 gmol
m(O2) = 32 gmol x 4525 x10^(-5) mol = 1448 x10^(-3) g = 1448 mg9
9 Bezogen auf 1 Liter
7
Abbildung 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Die Sauerstoffsaumlttigung ergibt sich aus der maximalen Loumlslichkeit von Sauerstoff bei der
entsprechenden Temperatur (s Abb 3) Fuumlr 7degC also die Entnahmetemperatur betraumlgt
die maximale Sauerstoffloumlslichkeit 1176 mgL Daraus folgt
1176 mg = 100
1 mg asymp 8503
1448 mg = 12313
Die Sauerstoffsaumlttigung des Untersuchten Flieszliggewaumlssers wuumlrde demnach also lediglich
gut 12 betragen
424 Diskussion moumlglicher Fehlerquellen
Eine Sauerstoffsaumlttigung von 12 in einem Gewaumlsser waumlre ein alarmierendes Anzeichen
fuumlr eine starke Verschmutzung des Gewaumlssers10 Da dies jedoch nicht mit den anderen
Untersuchungsergebnissen in Einklang gebracht werden kann ist bei der Untersuchung
des Sauerstoffgehalts mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler unterlaufen Auf die
Hinweise darauf wird an den entsprechenden Stellen im weiteren Verlauf der Arbeit
hingewiesen
Eine moumlgliche Fehlerquelle ist uumlblicherweise Ungenauigkeit bei der Messung Bei der
angewandten WINKLER ndash Methode ist eine solch enorme Abweichung aufgrund von
Ungenauigkeit jedoch unwahrscheinlich
Als weitere Fehlerquelle ist eine unzureichende Aufbewahrung in Betracht zu ziehen Es
ist durchaus moumlglich dass Sauerstoff aufgrund der Erwaumlrmung waumlhrend des Transports
aus der Probe ausgetreten ist Wahrscheinlich war das genutzte Behaumlltnis nicht
vollstaumlndig abgedichtet sodass geringe Mengen Sauerstoff verloren gehen Auch dies ist
wahrscheinlich nicht bzw nur zu geringen Anteilen Grund fuumlr die starke Abweichung da
die Erwaumlrmung nur geringfuumlgig gewesen sein kann11 und die Probe ansonsten kuumlhl und
nur uumlber einen geringen Zeitraum unbehandelt blieb So kann der Effekt auch auf diese
Weise ebenfalls nur gering ausfallen
Am wahrscheinlichsten ist die Annahme dass die verwendeten Chemikalien nicht in
Ordnung gewesen sind Dafuumlr spricht dass die Substanzen bereits lange aufbewahrt
wurden und man bei der Manganchlorid ndash Loumlsung groumlszligere Mengen an festem
10 Vgl httpdewikipediaorgwikiGC3BCteklasse11 Bei 11degC (Auszligentemperatur des Entahmetages) betraumlgt die maximale Saumlttigung 1067 mgL Der
gemessene Sauerstoffgehalt entspraumlche demnach etwa 1357
8
Niederschlag feststellen konnte In diesem Fall spricht viel dafuumlr dass der geloumlste
Sauerstoff nicht vollstaumlndig gebunden wurde Dementsprechend kann er auch nicht in
vollem Maszlig erfasst werde Dies kann unter Umstaumlnden auch zu houmlheren Abweichungen
fuumlhren wie es hier houmlchstwahrscheinlich der Fall war
43 Phosphatgehalt
431 Bedeutung des Phosphatgehaltes12
Bei Phosphat handelt es sich um einen Pflanzennaumlhrstoff von vielen Das Phosphat
wurde zur Untersuchung ausgewaumlhlt um beispielhaft die Bedeutung von Mineralien in
natuumlrlichen Gewaumlssern aufzuzeigen Das Diagramm (Abb 4) sowie die nachfolgende
Erlaumluterung gilt fuumlr alle uumlblichen Mineralien die in natuumlrlichen Gewaumlssern vorkommen
koumlnnen
Treten Mineralien in unnatuumlrlicher Menge in einem Gewaumlsser auf ist bedeutet dies
zunaumlchst verbesserte Umstaumlnde fuumlr die im betroffenen Biotop vorhanden Produzenten
12 Dieses Kapitel sowie das eingefuumlgte Diagramm (in modifizierter Form) entspringen groumlszligten Teils den Erkenntnissen aus dem Biologie ndash Unterricht der Jahrgangsstufe Q1
9
Abbildung 4 Ablaumlufe in einem Gewaumlsser bei unverhaumlltnismaumlszligiger Mineralienzufuhr
also Wasserpflanzen Dies bedeutet eine Vermehrte Produktion von Sauerstoff was
wiederum fuumlr bessere Lebensumstaumlnde der Konsumenten sorgt Bei starker
Sauerstoffzunahme kann jedoch auch der Tod einiger Konsumenten durch Embolie
eintreten Diese ggf durch Sauerstoffuumlberschuss verendeten Konsumenten sowie auch
die auf andere Weise abgestorbenen in groumlszligerer Anzahl vorhandenen Konsumenten und
Produzenten enden schlieszliglich als totes organisches Material im Gewaumlsser Dieses
organische Material wird von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt Da mehr
organisches Material als uumlblich vorhanden ist wird dementsprechend mehr Sauerstoff
beim Abbau verbraucht Bei einem hohen Grad der Verschmutzung durch Mineralien
kann es zu einer so hohen Sauerstoffzehrung kommen dass die Konsumenten an
Sauerstoffmangel sterben In Extremfaumlllen uumlber einen laumlgeren Zeitraum kann dies
letztlich zur oumlkologischen Zerstoumlrung des Gewaumlssers fuumlhren
Man bezeichnet den Grad der Verunreinigung durch Mineralien als Trophie Man
unterscheidet im Allgemeinen vier Trophiestufen naumlmlich oligotroph (naumlhrstoffarm)
mesotroph (mittleres Naumlhrstoffangebot) eutroph (naumlhrstoffreich) und hypertroph (sehr
naumlhrstoffreich)13 Es gilt Je weniger Naumlhstoffe enthalten sind desto gesuumlnder ist das
Gewaumlsser
Da es sich dabei jedoch um ein wichtiges Pflanzenmineral handelt sollte eine gewisse
Menge durchaus im Gewaumlsser vorhanden sein um die Sauerstoffproduktion zu
gewaumlhrleisten Auszligerdem ist die notwendige oder tolerierbare Menge bei verschiedenen
Mineralien variabel
432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes
Fuumlr eine Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes in dem zu untersuchenden
Gewaumlsser ist zunaumlchst Orthophosphat14 zu einem Farbstoff umzusetzen
Es handelt sich bei dem nachfolgenden Vorgehen um ein Beispiel Da es fuumlr das
Photometer bestimmte Reagenziensaumltze gibt welche nicht preisgeben um welche
Substanzen es sich handelt kann man die konkreten Ablaumlufe nicht genau bestimmen Da
aber die Beschreibungen der Methode mit den tatsaumlchlichen Beobachtungen
uumlbereinstimmen und es sich um bekannte Verfahren handelt ist es nicht
unwahrscheinlich dass es sich dabei um die tatsaumlchlich abgelaufene Reaktion handelt
13 Vgl httpdewikipediaorgwikiTrophiesystem14 Form des Phosphats als welche Phosphat in natuumlrlichen Gewaumlssern idR In houmlchster Konzentration
vorliegt
10
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
Inhaltsverzeichnis Seite
1 Vorwort 1 2 Einfuumlhrung in das Verfahren 2 3 Photometrie 2 4 Vorstellung der Ergebnisse 4
41 pH ndash Wert 4 42 Sauerstoffgehalt und ndash saumlttigung 5
421 Bedeutung des Sauerstoffs 5 422 Titration nach WINKLER 5 423 Ergebnis und weitere Berechnung 7 424 Diskussion moumlglicher Fehlerquelllen 8
43 Phosphatgehalt 9 431 Bedeutung des Phosphatgehaltes 9 432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes 10
44 Sulfatgehalt 11 441 Bedeutung des Sulfatgehaltes 11 442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes 12
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen 13 451 Bedeutung des Stickstoffes 13 452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes 14 453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes 15 454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes 15
5 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage 17 6 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage 17
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1 Vorwort Wodurch erkennt man die Verschmutzung eines Gewaumlssers Im Alltag wuumlrden die
meisten Menschen wahrscheinlich auf den Grad der Truumlbung den Geruch und andere
oberflaumlchliche Anzeichen eingehen Diese koumlnnen auch durchaus wichtige Indizien zur
Bewertung eines Gewaumlssers sein doch letztlich sind die Faktoren ausschlaggebend die
man nicht mit bloszligem Auge erkennen kann So kann auch ein augenscheinlich
schmutziges Gewaumlsser einen sehr guten Zustand aufweisen waumlhrend der klarste See
dagegen unserer Definition von bdquoverschmutztldquo entsprechen kann
In dieser Arbeit soll untersucht werden inwieweit man von der aumluszligeren Erscheinung
eines Gewaumlssers auf seinen tatsaumlchlichen Zustand schlieszligen kann
Zu diesem Zweck wurde eine Wasseranalyse des Muumlhlenbachswelcher unter
Naturschutz steht zu ausgewaumlhlten Parametern durchgefuumlhrt und die Ergebnisse im
Sachzusammenhang gedeutet
Die Ergebnisse dieser Arbeit sind jedoch differenziert zu betrachten Es wurde nur ein
kleiner Teil der relevanten Groumlszligen untersucht darunter keine Betrachtung von
Mikroorganismen da dies im schulischen Rahmen kaum zu verwirklichen ist
Das Projekt stellt damit mehr eine Miniaturversion einer Wasseranalyse dar Es gibt
einen Einblick in die Thematik ist aber nicht als universell anzusehen
1
2 Einfuumlhrung in das Verfahren
Die zu untersuchende Wasserprobe wurde am Dienstag den 13 Januar 2015 bei 11degC
Auszligentemperatur und 7degC Wassertemperatur entnommen Das Wasser wirkt truumlb und es
scheint viele Schwebstoffe zu enthalten Es ist dementsprechend bdquoschmutzigldquo1
Kurz vor der Probenentnahme wirkten ndash soweit man dies beurteilen kann ndash keine
ungewoumlhnlichen Einfluumlsse auf das Gewaumlsser ein etwa die Zugabe eines Duumlngemittels
oder aumlhnliche Verschmutzungen die die Ergebnisse beeinflussen koumlnnen Die Entnahme
und die Aufbewahrung erfolgten in einer handelsuumlblichen Glasflasche mit
Schraubverschluss Dabei wurde darauf geachtet dass moumlglichst keine Luft in der
Flasche eingeschlossen wird und dass nur wenig Schwebstoffe mit entnommen werden
da auch diese ggf die Ergebnisse in gewissem Maszlig verfaumllschen koumlnnen
Die Probe wurde bis zum Zeitpunkt der Bearbeitung gekuumlhlt gelagert Davon
auszunehmen sind die Transportzeiten Effektivere Moumlglichkeiten der Konservierung
waren nicht zu verwirklichen da die uumlblichen Konservierungsmittel nur schwer
zugaumlnglich oder umweltschaumldlich sind
Die Untersuchung erfolgte vollstaumlndig2 am Nachmittag des 14 Januar 2015 also
innerhalb von 24 Stunden
3 Photometrie
Als Photometrie bezeichnet man ein Messverfahren bei der die Absorption von Licht im
sichtbaren Spektrum3 gemessen wird
Das Verfahren wird heutzutage fuumlr industrielle Zwecke wie Ingenieurswissenschaft
angewandt So wird es wird beispielsweise fuumlr Photovoltaikanlagen gebraucht Ein
anderes Anwendungsgebiet ist die industrielle Technik zur Messung von
unterschiedlichen Parametern die zur Qualitaumltskontrolle benoumltigt werden Auszligerdem
wird die Photometrie in der chemischen und biochemischen sowie medizinischen
Analytik verwendet4 Sie dient dem qualitativen und quantitativen Nachweis von
lichtabsorbierenden chemischen Verbindungen So kann man sich dieses Verfahren auch
zur Wasseranalytik zunutze machen
1 bdquoschmutzigldquo im Sinne der Leitfrage (s Vorwort)2 Nach einigen Komplikationen in der vorigen Woche wurde die komplette Analyse unter
Beruumlcksichtigung eines effektiveren Zeitmanagements erneut durchgefuumlhrt3 ca 380nm bis 780nm4 Vgl httpdewikipediaorgwikiPhotometrie
2
Wie man an der Abbildung erkennen kann wird Licht dessen Wellenlaumlnge reguliert
werden kann durch eine Kuumlvette mit einer Farbstoffloumlsung gestrahlt Dieses Licht trifft
auf der Photozelle auf nachdem es die Loumlsung passiert hat An der Photozelle wird die
Differenz zwischen dem ausgesandten Licht und dem eintreffenden Licht gemessen
Daraus laumlsst sich die Absorption bzw Extinktion ableiten Sind neben der Extinktion
auch die Schichtdicke der Kuumlvette und der sogenannte Extinktionskoeffizient eine
stoffspezifische und von der Wellenlaumlnge abhaumlngige Eigenschaft bekannt kann man auf
die Konzentration des geloumlsten Stoffes schlieszligen Zu diesem Zweck zieht man das
LAMBERT ndash BEERSCHE ndash GESETZ5 hinzu
E = ε(λ) d c mit
E ndash Extinktion
ε(λ) ndash Extinktionskoeffizient in Abhaumlngigkeit von der Wellenlaumlnge
d ndash Schichtdicke in cm
c ndash Konzentration
Die drei Groumlszligen Extinktionskoeffizient Extinktion und Schichtdicke sind bei uumlblichen
photometrischen Verfahren bekannt Der Extinktionskoeffizient ε(λ) ist eine fuumlr jeden
Stoff konstante Groumlszlige die Extinktion E wird bei dem Verfahren bestimmt und die
Schichtdicke d ist fuumlr das jeweilige Photometer genormt Ein modernes Photometer kann
5 1852
3
Abbildung 1 Arbeitsweise eines Photometers
auf dieser Grundlage die Konzentration des Farbstoffs berechnen Auf diese Weise ist
auch die Konzentration eines zuvor angegebenen geloumlsten Stoffes zu ermitteln6
Dieses Prinzip wurde auch bei den meisten der bei diesem Projekt zu untersuchenden
Parametern angewandt Dafuumlr werden die geloumlsten Stoffe durch Zugabe von
verschiedenen Chemikalien zu absorbierenden Stoffen umgesetzt welche photometrisch
erfasst werden koumlnnen Es handelt sich dabei hauptsaumlchlich um Farbstoffe teilweise
jedoch auch um feste Niederschlaumlge
4 Vorstellung der Ergebnisse
Parameter Methode Ergebnisse
pH-Wert pH-Meter pH = 71
Sauerstoff Titration nach WINKLER 1448 mgL
Phosphat Photometrie 09 mgL
Sulfat Photometrie 57 mgL
Nitrit Photometrie 082 mgL
Nitrat Photometrie 2019 mgL
Ammonium Photometrie lt 005 mgL
Die hier im Uumlberblick dargestellten Ergebnisse geben in dieser Form noch keine
Auskunft uumlber die Bedeutung der Parameter und ihren Ausfall im Sachzusammenhang
Dies soll differenziert jeweils bei der Vorstellung der einzelnen Untersuchungen sowie
am Ende der Arbeit folgen
41 pH - Wert
Der pH ndash Wert ist ein abiotischer Faktor welcher unter Umstaumlnden groszlige Auswirkungen
auf ein Biotop wie einen See oder wie in diesem Fall ein Flieszliggewaumlsser haben
Organismen besitzen unterschiedliche Toleranz ndash und Optimalbereiche bezogen auf
verschiedene abiotische Faktoren eines Oumlkosystems Da die pH ndash Toleranz bei den
meisten mehrzelligen Lebewesen im engeren Bereich um pH = 7 liegen7 ist keine
Besonderheit des gemessenen pH ndash Wertes festzustellen sodass eine weiterfuumlhrende
Diskussion des Wertes nicht notwendig ist
6 Vgl Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 3 Auflage 2006S 284 ff7 Vgl dewikipediaorgwikiExtremophile
4
Der pH ndash Wert ist als negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration der
Oxoniumionen definiert
Fuumlr den in diesem Fall mit einem pH ndash Meter gemessenen pH ndash Wert von 71 ergibt sich
also folgende Rechnung
pH = -log[c(H3O+)]
pH = 71
10^(-71) = c(H3O+)
c(H3O+) = 7943 x10^(-8) molL
42 Sauerstoffgehalt und ndash Saumlttigung
421 Bedeutung des Sauerstoffs
Die Bedeutung des Sauerstoffs im Allgemeinen zu erlaumlutern kann einer
Erkenntnisgewinnung im wissenschaftlichen Rahmen kaum foumlrderlich sein Aus diesem
Grund soll im Folgenden lediglich kurz auf den Einfluss des Sauerstoffs in einem
Gewaumlsser als Lebensraum eingegangen werden
Als Reaktionspartner fuumlr unterschiedlichste Vorgaumlnge im Biotop kann der im Wasser
geloumlste Sauerstoff sowohl Indikator als auch Ursache fuumlr den Zustand des Gewaumlssers
sein Dies ist unter Anderem auch fuumlr die im spaumlteren Verlauf eroumlrterten Gehaumllter an
Phosphat Sulfat und Stickstoff Bei diesen Beispielen und auch bei anderen
untersuchbaren Groumlszligen sind aerobe bzw anaerobe Bakterien ausschlaggebend sodass
der Sauerstoffgehalt den Zustand des Gewaumlssers beeinflusst und von eben diesem
beeinflusst wird
sww
422 Titration nach WINKLER
Versuchsanordnung
Eine Winklerflasche wird ohne Lufteinschluumlsse mit der Probe gefuumlllt 1 mL
Manganchlorid ndash Loumlsung sowie 1 mL Kaliumiodid ndash Loumlsung werden hinzugegeben Die
Fluumlssigkeit erhaumllt eine gelbe Faumlrbung undes kommt zu einem festen Niederschlag Man
gibt 2 mL konzentrierte Phosphorsaumlure hinzu Hat sich der Niederschlag vollstaumlndig
aufgeloumlst titriert man die Loumlsung mit Natriumthiosulfat mit c = 001 molL bis die
Loumlsung vollstaumlndig entfaumlrbt ist
5
Die daran beteiligten Reaktionen laufen wie folgt ab Bei Zugabe von Manganchlorid und Kaliumiodid wird der Sauerstoff vollstaumlndig8 inForm von Manganit gebunden welches als brauner Niederschlag ausfaumlllt
Dieser Niederschlag wird durch Hinzufuumlgen einer Saumlure aufgeloumlst indem der Feststoff
zu Manganionen und Wasser reagieren Die im vorherigen Schritt zugefuumlgten Iodidionen
werden hierbei zu elementaren Iod oxidiert welches fuumlr die Gelbfaumlrbung verantwortlich
ist
Im letzten Schritt wird diese Loumlsung mit Natriumthiosulfat titriert Das elementare Iod
wird wieder zu Iodidionen reduziert sodass sich die Loumlsung entfaumlrbt
8 Mit Vorbehalt fuumlr naumlhere Diskussion s Kapitel 424
6
Abbildung 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
423 Ergebnis und weitere Berechnung
Bei Durchfuumlhrung dieser Methode mit der zu analysierenden Wasserprobe ist ein
Verbrauch an Thiosulfat von 181 mL festzustellen
Wie man an den Reaktionsgleichungen erkennen kann reagieren Sauerstoff und
Thiosulfat in folgendem Verhaumlltnis
n(O2) n(S2O3)
1 4
Vor diesem Hintergrund kann man mit den Angaben V(S2O3) = 181 mL = 00181 L
sowie c(S2O3) = 001 molL den Gehalt an geloumlstem Sauerstoff wie folgt ermitteln
c = nV
c x V = n
n(S2O3) = 001 molL x 00181 L = 181 x10^(-4) mol
n(O2) = n(S2O3) 4 = 4525 x10^(-5) mol
M = mn
M x n = m
M(O2) = 32 gmol
m(O2) = 32 gmol x 4525 x10^(-5) mol = 1448 x10^(-3) g = 1448 mg9
9 Bezogen auf 1 Liter
7
Abbildung 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Die Sauerstoffsaumlttigung ergibt sich aus der maximalen Loumlslichkeit von Sauerstoff bei der
entsprechenden Temperatur (s Abb 3) Fuumlr 7degC also die Entnahmetemperatur betraumlgt
die maximale Sauerstoffloumlslichkeit 1176 mgL Daraus folgt
1176 mg = 100
1 mg asymp 8503
1448 mg = 12313
Die Sauerstoffsaumlttigung des Untersuchten Flieszliggewaumlssers wuumlrde demnach also lediglich
gut 12 betragen
424 Diskussion moumlglicher Fehlerquellen
Eine Sauerstoffsaumlttigung von 12 in einem Gewaumlsser waumlre ein alarmierendes Anzeichen
fuumlr eine starke Verschmutzung des Gewaumlssers10 Da dies jedoch nicht mit den anderen
Untersuchungsergebnissen in Einklang gebracht werden kann ist bei der Untersuchung
des Sauerstoffgehalts mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler unterlaufen Auf die
Hinweise darauf wird an den entsprechenden Stellen im weiteren Verlauf der Arbeit
hingewiesen
Eine moumlgliche Fehlerquelle ist uumlblicherweise Ungenauigkeit bei der Messung Bei der
angewandten WINKLER ndash Methode ist eine solch enorme Abweichung aufgrund von
Ungenauigkeit jedoch unwahrscheinlich
Als weitere Fehlerquelle ist eine unzureichende Aufbewahrung in Betracht zu ziehen Es
ist durchaus moumlglich dass Sauerstoff aufgrund der Erwaumlrmung waumlhrend des Transports
aus der Probe ausgetreten ist Wahrscheinlich war das genutzte Behaumlltnis nicht
vollstaumlndig abgedichtet sodass geringe Mengen Sauerstoff verloren gehen Auch dies ist
wahrscheinlich nicht bzw nur zu geringen Anteilen Grund fuumlr die starke Abweichung da
die Erwaumlrmung nur geringfuumlgig gewesen sein kann11 und die Probe ansonsten kuumlhl und
nur uumlber einen geringen Zeitraum unbehandelt blieb So kann der Effekt auch auf diese
Weise ebenfalls nur gering ausfallen
Am wahrscheinlichsten ist die Annahme dass die verwendeten Chemikalien nicht in
Ordnung gewesen sind Dafuumlr spricht dass die Substanzen bereits lange aufbewahrt
wurden und man bei der Manganchlorid ndash Loumlsung groumlszligere Mengen an festem
10 Vgl httpdewikipediaorgwikiGC3BCteklasse11 Bei 11degC (Auszligentemperatur des Entahmetages) betraumlgt die maximale Saumlttigung 1067 mgL Der
gemessene Sauerstoffgehalt entspraumlche demnach etwa 1357
8
Niederschlag feststellen konnte In diesem Fall spricht viel dafuumlr dass der geloumlste
Sauerstoff nicht vollstaumlndig gebunden wurde Dementsprechend kann er auch nicht in
vollem Maszlig erfasst werde Dies kann unter Umstaumlnden auch zu houmlheren Abweichungen
fuumlhren wie es hier houmlchstwahrscheinlich der Fall war
43 Phosphatgehalt
431 Bedeutung des Phosphatgehaltes12
Bei Phosphat handelt es sich um einen Pflanzennaumlhrstoff von vielen Das Phosphat
wurde zur Untersuchung ausgewaumlhlt um beispielhaft die Bedeutung von Mineralien in
natuumlrlichen Gewaumlssern aufzuzeigen Das Diagramm (Abb 4) sowie die nachfolgende
Erlaumluterung gilt fuumlr alle uumlblichen Mineralien die in natuumlrlichen Gewaumlssern vorkommen
koumlnnen
Treten Mineralien in unnatuumlrlicher Menge in einem Gewaumlsser auf ist bedeutet dies
zunaumlchst verbesserte Umstaumlnde fuumlr die im betroffenen Biotop vorhanden Produzenten
12 Dieses Kapitel sowie das eingefuumlgte Diagramm (in modifizierter Form) entspringen groumlszligten Teils den Erkenntnissen aus dem Biologie ndash Unterricht der Jahrgangsstufe Q1
9
Abbildung 4 Ablaumlufe in einem Gewaumlsser bei unverhaumlltnismaumlszligiger Mineralienzufuhr
also Wasserpflanzen Dies bedeutet eine Vermehrte Produktion von Sauerstoff was
wiederum fuumlr bessere Lebensumstaumlnde der Konsumenten sorgt Bei starker
Sauerstoffzunahme kann jedoch auch der Tod einiger Konsumenten durch Embolie
eintreten Diese ggf durch Sauerstoffuumlberschuss verendeten Konsumenten sowie auch
die auf andere Weise abgestorbenen in groumlszligerer Anzahl vorhandenen Konsumenten und
Produzenten enden schlieszliglich als totes organisches Material im Gewaumlsser Dieses
organische Material wird von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt Da mehr
organisches Material als uumlblich vorhanden ist wird dementsprechend mehr Sauerstoff
beim Abbau verbraucht Bei einem hohen Grad der Verschmutzung durch Mineralien
kann es zu einer so hohen Sauerstoffzehrung kommen dass die Konsumenten an
Sauerstoffmangel sterben In Extremfaumlllen uumlber einen laumlgeren Zeitraum kann dies
letztlich zur oumlkologischen Zerstoumlrung des Gewaumlssers fuumlhren
Man bezeichnet den Grad der Verunreinigung durch Mineralien als Trophie Man
unterscheidet im Allgemeinen vier Trophiestufen naumlmlich oligotroph (naumlhrstoffarm)
mesotroph (mittleres Naumlhrstoffangebot) eutroph (naumlhrstoffreich) und hypertroph (sehr
naumlhrstoffreich)13 Es gilt Je weniger Naumlhstoffe enthalten sind desto gesuumlnder ist das
Gewaumlsser
Da es sich dabei jedoch um ein wichtiges Pflanzenmineral handelt sollte eine gewisse
Menge durchaus im Gewaumlsser vorhanden sein um die Sauerstoffproduktion zu
gewaumlhrleisten Auszligerdem ist die notwendige oder tolerierbare Menge bei verschiedenen
Mineralien variabel
432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes
Fuumlr eine Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes in dem zu untersuchenden
Gewaumlsser ist zunaumlchst Orthophosphat14 zu einem Farbstoff umzusetzen
Es handelt sich bei dem nachfolgenden Vorgehen um ein Beispiel Da es fuumlr das
Photometer bestimmte Reagenziensaumltze gibt welche nicht preisgeben um welche
Substanzen es sich handelt kann man die konkreten Ablaumlufe nicht genau bestimmen Da
aber die Beschreibungen der Methode mit den tatsaumlchlichen Beobachtungen
uumlbereinstimmen und es sich um bekannte Verfahren handelt ist es nicht
unwahrscheinlich dass es sich dabei um die tatsaumlchlich abgelaufene Reaktion handelt
13 Vgl httpdewikipediaorgwikiTrophiesystem14 Form des Phosphats als welche Phosphat in natuumlrlichen Gewaumlssern idR In houmlchster Konzentration
vorliegt
10
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
1 Vorwort Wodurch erkennt man die Verschmutzung eines Gewaumlssers Im Alltag wuumlrden die
meisten Menschen wahrscheinlich auf den Grad der Truumlbung den Geruch und andere
oberflaumlchliche Anzeichen eingehen Diese koumlnnen auch durchaus wichtige Indizien zur
Bewertung eines Gewaumlssers sein doch letztlich sind die Faktoren ausschlaggebend die
man nicht mit bloszligem Auge erkennen kann So kann auch ein augenscheinlich
schmutziges Gewaumlsser einen sehr guten Zustand aufweisen waumlhrend der klarste See
dagegen unserer Definition von bdquoverschmutztldquo entsprechen kann
In dieser Arbeit soll untersucht werden inwieweit man von der aumluszligeren Erscheinung
eines Gewaumlssers auf seinen tatsaumlchlichen Zustand schlieszligen kann
Zu diesem Zweck wurde eine Wasseranalyse des Muumlhlenbachswelcher unter
Naturschutz steht zu ausgewaumlhlten Parametern durchgefuumlhrt und die Ergebnisse im
Sachzusammenhang gedeutet
Die Ergebnisse dieser Arbeit sind jedoch differenziert zu betrachten Es wurde nur ein
kleiner Teil der relevanten Groumlszligen untersucht darunter keine Betrachtung von
Mikroorganismen da dies im schulischen Rahmen kaum zu verwirklichen ist
Das Projekt stellt damit mehr eine Miniaturversion einer Wasseranalyse dar Es gibt
einen Einblick in die Thematik ist aber nicht als universell anzusehen
1
2 Einfuumlhrung in das Verfahren
Die zu untersuchende Wasserprobe wurde am Dienstag den 13 Januar 2015 bei 11degC
Auszligentemperatur und 7degC Wassertemperatur entnommen Das Wasser wirkt truumlb und es
scheint viele Schwebstoffe zu enthalten Es ist dementsprechend bdquoschmutzigldquo1
Kurz vor der Probenentnahme wirkten ndash soweit man dies beurteilen kann ndash keine
ungewoumlhnlichen Einfluumlsse auf das Gewaumlsser ein etwa die Zugabe eines Duumlngemittels
oder aumlhnliche Verschmutzungen die die Ergebnisse beeinflussen koumlnnen Die Entnahme
und die Aufbewahrung erfolgten in einer handelsuumlblichen Glasflasche mit
Schraubverschluss Dabei wurde darauf geachtet dass moumlglichst keine Luft in der
Flasche eingeschlossen wird und dass nur wenig Schwebstoffe mit entnommen werden
da auch diese ggf die Ergebnisse in gewissem Maszlig verfaumllschen koumlnnen
Die Probe wurde bis zum Zeitpunkt der Bearbeitung gekuumlhlt gelagert Davon
auszunehmen sind die Transportzeiten Effektivere Moumlglichkeiten der Konservierung
waren nicht zu verwirklichen da die uumlblichen Konservierungsmittel nur schwer
zugaumlnglich oder umweltschaumldlich sind
Die Untersuchung erfolgte vollstaumlndig2 am Nachmittag des 14 Januar 2015 also
innerhalb von 24 Stunden
3 Photometrie
Als Photometrie bezeichnet man ein Messverfahren bei der die Absorption von Licht im
sichtbaren Spektrum3 gemessen wird
Das Verfahren wird heutzutage fuumlr industrielle Zwecke wie Ingenieurswissenschaft
angewandt So wird es wird beispielsweise fuumlr Photovoltaikanlagen gebraucht Ein
anderes Anwendungsgebiet ist die industrielle Technik zur Messung von
unterschiedlichen Parametern die zur Qualitaumltskontrolle benoumltigt werden Auszligerdem
wird die Photometrie in der chemischen und biochemischen sowie medizinischen
Analytik verwendet4 Sie dient dem qualitativen und quantitativen Nachweis von
lichtabsorbierenden chemischen Verbindungen So kann man sich dieses Verfahren auch
zur Wasseranalytik zunutze machen
1 bdquoschmutzigldquo im Sinne der Leitfrage (s Vorwort)2 Nach einigen Komplikationen in der vorigen Woche wurde die komplette Analyse unter
Beruumlcksichtigung eines effektiveren Zeitmanagements erneut durchgefuumlhrt3 ca 380nm bis 780nm4 Vgl httpdewikipediaorgwikiPhotometrie
2
Wie man an der Abbildung erkennen kann wird Licht dessen Wellenlaumlnge reguliert
werden kann durch eine Kuumlvette mit einer Farbstoffloumlsung gestrahlt Dieses Licht trifft
auf der Photozelle auf nachdem es die Loumlsung passiert hat An der Photozelle wird die
Differenz zwischen dem ausgesandten Licht und dem eintreffenden Licht gemessen
Daraus laumlsst sich die Absorption bzw Extinktion ableiten Sind neben der Extinktion
auch die Schichtdicke der Kuumlvette und der sogenannte Extinktionskoeffizient eine
stoffspezifische und von der Wellenlaumlnge abhaumlngige Eigenschaft bekannt kann man auf
die Konzentration des geloumlsten Stoffes schlieszligen Zu diesem Zweck zieht man das
LAMBERT ndash BEERSCHE ndash GESETZ5 hinzu
E = ε(λ) d c mit
E ndash Extinktion
ε(λ) ndash Extinktionskoeffizient in Abhaumlngigkeit von der Wellenlaumlnge
d ndash Schichtdicke in cm
c ndash Konzentration
Die drei Groumlszligen Extinktionskoeffizient Extinktion und Schichtdicke sind bei uumlblichen
photometrischen Verfahren bekannt Der Extinktionskoeffizient ε(λ) ist eine fuumlr jeden
Stoff konstante Groumlszlige die Extinktion E wird bei dem Verfahren bestimmt und die
Schichtdicke d ist fuumlr das jeweilige Photometer genormt Ein modernes Photometer kann
5 1852
3
Abbildung 1 Arbeitsweise eines Photometers
auf dieser Grundlage die Konzentration des Farbstoffs berechnen Auf diese Weise ist
auch die Konzentration eines zuvor angegebenen geloumlsten Stoffes zu ermitteln6
Dieses Prinzip wurde auch bei den meisten der bei diesem Projekt zu untersuchenden
Parametern angewandt Dafuumlr werden die geloumlsten Stoffe durch Zugabe von
verschiedenen Chemikalien zu absorbierenden Stoffen umgesetzt welche photometrisch
erfasst werden koumlnnen Es handelt sich dabei hauptsaumlchlich um Farbstoffe teilweise
jedoch auch um feste Niederschlaumlge
4 Vorstellung der Ergebnisse
Parameter Methode Ergebnisse
pH-Wert pH-Meter pH = 71
Sauerstoff Titration nach WINKLER 1448 mgL
Phosphat Photometrie 09 mgL
Sulfat Photometrie 57 mgL
Nitrit Photometrie 082 mgL
Nitrat Photometrie 2019 mgL
Ammonium Photometrie lt 005 mgL
Die hier im Uumlberblick dargestellten Ergebnisse geben in dieser Form noch keine
Auskunft uumlber die Bedeutung der Parameter und ihren Ausfall im Sachzusammenhang
Dies soll differenziert jeweils bei der Vorstellung der einzelnen Untersuchungen sowie
am Ende der Arbeit folgen
41 pH - Wert
Der pH ndash Wert ist ein abiotischer Faktor welcher unter Umstaumlnden groszlige Auswirkungen
auf ein Biotop wie einen See oder wie in diesem Fall ein Flieszliggewaumlsser haben
Organismen besitzen unterschiedliche Toleranz ndash und Optimalbereiche bezogen auf
verschiedene abiotische Faktoren eines Oumlkosystems Da die pH ndash Toleranz bei den
meisten mehrzelligen Lebewesen im engeren Bereich um pH = 7 liegen7 ist keine
Besonderheit des gemessenen pH ndash Wertes festzustellen sodass eine weiterfuumlhrende
Diskussion des Wertes nicht notwendig ist
6 Vgl Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 3 Auflage 2006S 284 ff7 Vgl dewikipediaorgwikiExtremophile
4
Der pH ndash Wert ist als negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration der
Oxoniumionen definiert
Fuumlr den in diesem Fall mit einem pH ndash Meter gemessenen pH ndash Wert von 71 ergibt sich
also folgende Rechnung
pH = -log[c(H3O+)]
pH = 71
10^(-71) = c(H3O+)
c(H3O+) = 7943 x10^(-8) molL
42 Sauerstoffgehalt und ndash Saumlttigung
421 Bedeutung des Sauerstoffs
Die Bedeutung des Sauerstoffs im Allgemeinen zu erlaumlutern kann einer
Erkenntnisgewinnung im wissenschaftlichen Rahmen kaum foumlrderlich sein Aus diesem
Grund soll im Folgenden lediglich kurz auf den Einfluss des Sauerstoffs in einem
Gewaumlsser als Lebensraum eingegangen werden
Als Reaktionspartner fuumlr unterschiedlichste Vorgaumlnge im Biotop kann der im Wasser
geloumlste Sauerstoff sowohl Indikator als auch Ursache fuumlr den Zustand des Gewaumlssers
sein Dies ist unter Anderem auch fuumlr die im spaumlteren Verlauf eroumlrterten Gehaumllter an
Phosphat Sulfat und Stickstoff Bei diesen Beispielen und auch bei anderen
untersuchbaren Groumlszligen sind aerobe bzw anaerobe Bakterien ausschlaggebend sodass
der Sauerstoffgehalt den Zustand des Gewaumlssers beeinflusst und von eben diesem
beeinflusst wird
sww
422 Titration nach WINKLER
Versuchsanordnung
Eine Winklerflasche wird ohne Lufteinschluumlsse mit der Probe gefuumlllt 1 mL
Manganchlorid ndash Loumlsung sowie 1 mL Kaliumiodid ndash Loumlsung werden hinzugegeben Die
Fluumlssigkeit erhaumllt eine gelbe Faumlrbung undes kommt zu einem festen Niederschlag Man
gibt 2 mL konzentrierte Phosphorsaumlure hinzu Hat sich der Niederschlag vollstaumlndig
aufgeloumlst titriert man die Loumlsung mit Natriumthiosulfat mit c = 001 molL bis die
Loumlsung vollstaumlndig entfaumlrbt ist
5
Die daran beteiligten Reaktionen laufen wie folgt ab Bei Zugabe von Manganchlorid und Kaliumiodid wird der Sauerstoff vollstaumlndig8 inForm von Manganit gebunden welches als brauner Niederschlag ausfaumlllt
Dieser Niederschlag wird durch Hinzufuumlgen einer Saumlure aufgeloumlst indem der Feststoff
zu Manganionen und Wasser reagieren Die im vorherigen Schritt zugefuumlgten Iodidionen
werden hierbei zu elementaren Iod oxidiert welches fuumlr die Gelbfaumlrbung verantwortlich
ist
Im letzten Schritt wird diese Loumlsung mit Natriumthiosulfat titriert Das elementare Iod
wird wieder zu Iodidionen reduziert sodass sich die Loumlsung entfaumlrbt
8 Mit Vorbehalt fuumlr naumlhere Diskussion s Kapitel 424
6
Abbildung 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
423 Ergebnis und weitere Berechnung
Bei Durchfuumlhrung dieser Methode mit der zu analysierenden Wasserprobe ist ein
Verbrauch an Thiosulfat von 181 mL festzustellen
Wie man an den Reaktionsgleichungen erkennen kann reagieren Sauerstoff und
Thiosulfat in folgendem Verhaumlltnis
n(O2) n(S2O3)
1 4
Vor diesem Hintergrund kann man mit den Angaben V(S2O3) = 181 mL = 00181 L
sowie c(S2O3) = 001 molL den Gehalt an geloumlstem Sauerstoff wie folgt ermitteln
c = nV
c x V = n
n(S2O3) = 001 molL x 00181 L = 181 x10^(-4) mol
n(O2) = n(S2O3) 4 = 4525 x10^(-5) mol
M = mn
M x n = m
M(O2) = 32 gmol
m(O2) = 32 gmol x 4525 x10^(-5) mol = 1448 x10^(-3) g = 1448 mg9
9 Bezogen auf 1 Liter
7
Abbildung 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Die Sauerstoffsaumlttigung ergibt sich aus der maximalen Loumlslichkeit von Sauerstoff bei der
entsprechenden Temperatur (s Abb 3) Fuumlr 7degC also die Entnahmetemperatur betraumlgt
die maximale Sauerstoffloumlslichkeit 1176 mgL Daraus folgt
1176 mg = 100
1 mg asymp 8503
1448 mg = 12313
Die Sauerstoffsaumlttigung des Untersuchten Flieszliggewaumlssers wuumlrde demnach also lediglich
gut 12 betragen
424 Diskussion moumlglicher Fehlerquellen
Eine Sauerstoffsaumlttigung von 12 in einem Gewaumlsser waumlre ein alarmierendes Anzeichen
fuumlr eine starke Verschmutzung des Gewaumlssers10 Da dies jedoch nicht mit den anderen
Untersuchungsergebnissen in Einklang gebracht werden kann ist bei der Untersuchung
des Sauerstoffgehalts mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler unterlaufen Auf die
Hinweise darauf wird an den entsprechenden Stellen im weiteren Verlauf der Arbeit
hingewiesen
Eine moumlgliche Fehlerquelle ist uumlblicherweise Ungenauigkeit bei der Messung Bei der
angewandten WINKLER ndash Methode ist eine solch enorme Abweichung aufgrund von
Ungenauigkeit jedoch unwahrscheinlich
Als weitere Fehlerquelle ist eine unzureichende Aufbewahrung in Betracht zu ziehen Es
ist durchaus moumlglich dass Sauerstoff aufgrund der Erwaumlrmung waumlhrend des Transports
aus der Probe ausgetreten ist Wahrscheinlich war das genutzte Behaumlltnis nicht
vollstaumlndig abgedichtet sodass geringe Mengen Sauerstoff verloren gehen Auch dies ist
wahrscheinlich nicht bzw nur zu geringen Anteilen Grund fuumlr die starke Abweichung da
die Erwaumlrmung nur geringfuumlgig gewesen sein kann11 und die Probe ansonsten kuumlhl und
nur uumlber einen geringen Zeitraum unbehandelt blieb So kann der Effekt auch auf diese
Weise ebenfalls nur gering ausfallen
Am wahrscheinlichsten ist die Annahme dass die verwendeten Chemikalien nicht in
Ordnung gewesen sind Dafuumlr spricht dass die Substanzen bereits lange aufbewahrt
wurden und man bei der Manganchlorid ndash Loumlsung groumlszligere Mengen an festem
10 Vgl httpdewikipediaorgwikiGC3BCteklasse11 Bei 11degC (Auszligentemperatur des Entahmetages) betraumlgt die maximale Saumlttigung 1067 mgL Der
gemessene Sauerstoffgehalt entspraumlche demnach etwa 1357
8
Niederschlag feststellen konnte In diesem Fall spricht viel dafuumlr dass der geloumlste
Sauerstoff nicht vollstaumlndig gebunden wurde Dementsprechend kann er auch nicht in
vollem Maszlig erfasst werde Dies kann unter Umstaumlnden auch zu houmlheren Abweichungen
fuumlhren wie es hier houmlchstwahrscheinlich der Fall war
43 Phosphatgehalt
431 Bedeutung des Phosphatgehaltes12
Bei Phosphat handelt es sich um einen Pflanzennaumlhrstoff von vielen Das Phosphat
wurde zur Untersuchung ausgewaumlhlt um beispielhaft die Bedeutung von Mineralien in
natuumlrlichen Gewaumlssern aufzuzeigen Das Diagramm (Abb 4) sowie die nachfolgende
Erlaumluterung gilt fuumlr alle uumlblichen Mineralien die in natuumlrlichen Gewaumlssern vorkommen
koumlnnen
Treten Mineralien in unnatuumlrlicher Menge in einem Gewaumlsser auf ist bedeutet dies
zunaumlchst verbesserte Umstaumlnde fuumlr die im betroffenen Biotop vorhanden Produzenten
12 Dieses Kapitel sowie das eingefuumlgte Diagramm (in modifizierter Form) entspringen groumlszligten Teils den Erkenntnissen aus dem Biologie ndash Unterricht der Jahrgangsstufe Q1
9
Abbildung 4 Ablaumlufe in einem Gewaumlsser bei unverhaumlltnismaumlszligiger Mineralienzufuhr
also Wasserpflanzen Dies bedeutet eine Vermehrte Produktion von Sauerstoff was
wiederum fuumlr bessere Lebensumstaumlnde der Konsumenten sorgt Bei starker
Sauerstoffzunahme kann jedoch auch der Tod einiger Konsumenten durch Embolie
eintreten Diese ggf durch Sauerstoffuumlberschuss verendeten Konsumenten sowie auch
die auf andere Weise abgestorbenen in groumlszligerer Anzahl vorhandenen Konsumenten und
Produzenten enden schlieszliglich als totes organisches Material im Gewaumlsser Dieses
organische Material wird von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt Da mehr
organisches Material als uumlblich vorhanden ist wird dementsprechend mehr Sauerstoff
beim Abbau verbraucht Bei einem hohen Grad der Verschmutzung durch Mineralien
kann es zu einer so hohen Sauerstoffzehrung kommen dass die Konsumenten an
Sauerstoffmangel sterben In Extremfaumlllen uumlber einen laumlgeren Zeitraum kann dies
letztlich zur oumlkologischen Zerstoumlrung des Gewaumlssers fuumlhren
Man bezeichnet den Grad der Verunreinigung durch Mineralien als Trophie Man
unterscheidet im Allgemeinen vier Trophiestufen naumlmlich oligotroph (naumlhrstoffarm)
mesotroph (mittleres Naumlhrstoffangebot) eutroph (naumlhrstoffreich) und hypertroph (sehr
naumlhrstoffreich)13 Es gilt Je weniger Naumlhstoffe enthalten sind desto gesuumlnder ist das
Gewaumlsser
Da es sich dabei jedoch um ein wichtiges Pflanzenmineral handelt sollte eine gewisse
Menge durchaus im Gewaumlsser vorhanden sein um die Sauerstoffproduktion zu
gewaumlhrleisten Auszligerdem ist die notwendige oder tolerierbare Menge bei verschiedenen
Mineralien variabel
432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes
Fuumlr eine Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes in dem zu untersuchenden
Gewaumlsser ist zunaumlchst Orthophosphat14 zu einem Farbstoff umzusetzen
Es handelt sich bei dem nachfolgenden Vorgehen um ein Beispiel Da es fuumlr das
Photometer bestimmte Reagenziensaumltze gibt welche nicht preisgeben um welche
Substanzen es sich handelt kann man die konkreten Ablaumlufe nicht genau bestimmen Da
aber die Beschreibungen der Methode mit den tatsaumlchlichen Beobachtungen
uumlbereinstimmen und es sich um bekannte Verfahren handelt ist es nicht
unwahrscheinlich dass es sich dabei um die tatsaumlchlich abgelaufene Reaktion handelt
13 Vgl httpdewikipediaorgwikiTrophiesystem14 Form des Phosphats als welche Phosphat in natuumlrlichen Gewaumlssern idR In houmlchster Konzentration
vorliegt
10
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
2 Einfuumlhrung in das Verfahren
Die zu untersuchende Wasserprobe wurde am Dienstag den 13 Januar 2015 bei 11degC
Auszligentemperatur und 7degC Wassertemperatur entnommen Das Wasser wirkt truumlb und es
scheint viele Schwebstoffe zu enthalten Es ist dementsprechend bdquoschmutzigldquo1
Kurz vor der Probenentnahme wirkten ndash soweit man dies beurteilen kann ndash keine
ungewoumlhnlichen Einfluumlsse auf das Gewaumlsser ein etwa die Zugabe eines Duumlngemittels
oder aumlhnliche Verschmutzungen die die Ergebnisse beeinflussen koumlnnen Die Entnahme
und die Aufbewahrung erfolgten in einer handelsuumlblichen Glasflasche mit
Schraubverschluss Dabei wurde darauf geachtet dass moumlglichst keine Luft in der
Flasche eingeschlossen wird und dass nur wenig Schwebstoffe mit entnommen werden
da auch diese ggf die Ergebnisse in gewissem Maszlig verfaumllschen koumlnnen
Die Probe wurde bis zum Zeitpunkt der Bearbeitung gekuumlhlt gelagert Davon
auszunehmen sind die Transportzeiten Effektivere Moumlglichkeiten der Konservierung
waren nicht zu verwirklichen da die uumlblichen Konservierungsmittel nur schwer
zugaumlnglich oder umweltschaumldlich sind
Die Untersuchung erfolgte vollstaumlndig2 am Nachmittag des 14 Januar 2015 also
innerhalb von 24 Stunden
3 Photometrie
Als Photometrie bezeichnet man ein Messverfahren bei der die Absorption von Licht im
sichtbaren Spektrum3 gemessen wird
Das Verfahren wird heutzutage fuumlr industrielle Zwecke wie Ingenieurswissenschaft
angewandt So wird es wird beispielsweise fuumlr Photovoltaikanlagen gebraucht Ein
anderes Anwendungsgebiet ist die industrielle Technik zur Messung von
unterschiedlichen Parametern die zur Qualitaumltskontrolle benoumltigt werden Auszligerdem
wird die Photometrie in der chemischen und biochemischen sowie medizinischen
Analytik verwendet4 Sie dient dem qualitativen und quantitativen Nachweis von
lichtabsorbierenden chemischen Verbindungen So kann man sich dieses Verfahren auch
zur Wasseranalytik zunutze machen
1 bdquoschmutzigldquo im Sinne der Leitfrage (s Vorwort)2 Nach einigen Komplikationen in der vorigen Woche wurde die komplette Analyse unter
Beruumlcksichtigung eines effektiveren Zeitmanagements erneut durchgefuumlhrt3 ca 380nm bis 780nm4 Vgl httpdewikipediaorgwikiPhotometrie
2
Wie man an der Abbildung erkennen kann wird Licht dessen Wellenlaumlnge reguliert
werden kann durch eine Kuumlvette mit einer Farbstoffloumlsung gestrahlt Dieses Licht trifft
auf der Photozelle auf nachdem es die Loumlsung passiert hat An der Photozelle wird die
Differenz zwischen dem ausgesandten Licht und dem eintreffenden Licht gemessen
Daraus laumlsst sich die Absorption bzw Extinktion ableiten Sind neben der Extinktion
auch die Schichtdicke der Kuumlvette und der sogenannte Extinktionskoeffizient eine
stoffspezifische und von der Wellenlaumlnge abhaumlngige Eigenschaft bekannt kann man auf
die Konzentration des geloumlsten Stoffes schlieszligen Zu diesem Zweck zieht man das
LAMBERT ndash BEERSCHE ndash GESETZ5 hinzu
E = ε(λ) d c mit
E ndash Extinktion
ε(λ) ndash Extinktionskoeffizient in Abhaumlngigkeit von der Wellenlaumlnge
d ndash Schichtdicke in cm
c ndash Konzentration
Die drei Groumlszligen Extinktionskoeffizient Extinktion und Schichtdicke sind bei uumlblichen
photometrischen Verfahren bekannt Der Extinktionskoeffizient ε(λ) ist eine fuumlr jeden
Stoff konstante Groumlszlige die Extinktion E wird bei dem Verfahren bestimmt und die
Schichtdicke d ist fuumlr das jeweilige Photometer genormt Ein modernes Photometer kann
5 1852
3
Abbildung 1 Arbeitsweise eines Photometers
auf dieser Grundlage die Konzentration des Farbstoffs berechnen Auf diese Weise ist
auch die Konzentration eines zuvor angegebenen geloumlsten Stoffes zu ermitteln6
Dieses Prinzip wurde auch bei den meisten der bei diesem Projekt zu untersuchenden
Parametern angewandt Dafuumlr werden die geloumlsten Stoffe durch Zugabe von
verschiedenen Chemikalien zu absorbierenden Stoffen umgesetzt welche photometrisch
erfasst werden koumlnnen Es handelt sich dabei hauptsaumlchlich um Farbstoffe teilweise
jedoch auch um feste Niederschlaumlge
4 Vorstellung der Ergebnisse
Parameter Methode Ergebnisse
pH-Wert pH-Meter pH = 71
Sauerstoff Titration nach WINKLER 1448 mgL
Phosphat Photometrie 09 mgL
Sulfat Photometrie 57 mgL
Nitrit Photometrie 082 mgL
Nitrat Photometrie 2019 mgL
Ammonium Photometrie lt 005 mgL
Die hier im Uumlberblick dargestellten Ergebnisse geben in dieser Form noch keine
Auskunft uumlber die Bedeutung der Parameter und ihren Ausfall im Sachzusammenhang
Dies soll differenziert jeweils bei der Vorstellung der einzelnen Untersuchungen sowie
am Ende der Arbeit folgen
41 pH - Wert
Der pH ndash Wert ist ein abiotischer Faktor welcher unter Umstaumlnden groszlige Auswirkungen
auf ein Biotop wie einen See oder wie in diesem Fall ein Flieszliggewaumlsser haben
Organismen besitzen unterschiedliche Toleranz ndash und Optimalbereiche bezogen auf
verschiedene abiotische Faktoren eines Oumlkosystems Da die pH ndash Toleranz bei den
meisten mehrzelligen Lebewesen im engeren Bereich um pH = 7 liegen7 ist keine
Besonderheit des gemessenen pH ndash Wertes festzustellen sodass eine weiterfuumlhrende
Diskussion des Wertes nicht notwendig ist
6 Vgl Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 3 Auflage 2006S 284 ff7 Vgl dewikipediaorgwikiExtremophile
4
Der pH ndash Wert ist als negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration der
Oxoniumionen definiert
Fuumlr den in diesem Fall mit einem pH ndash Meter gemessenen pH ndash Wert von 71 ergibt sich
also folgende Rechnung
pH = -log[c(H3O+)]
pH = 71
10^(-71) = c(H3O+)
c(H3O+) = 7943 x10^(-8) molL
42 Sauerstoffgehalt und ndash Saumlttigung
421 Bedeutung des Sauerstoffs
Die Bedeutung des Sauerstoffs im Allgemeinen zu erlaumlutern kann einer
Erkenntnisgewinnung im wissenschaftlichen Rahmen kaum foumlrderlich sein Aus diesem
Grund soll im Folgenden lediglich kurz auf den Einfluss des Sauerstoffs in einem
Gewaumlsser als Lebensraum eingegangen werden
Als Reaktionspartner fuumlr unterschiedlichste Vorgaumlnge im Biotop kann der im Wasser
geloumlste Sauerstoff sowohl Indikator als auch Ursache fuumlr den Zustand des Gewaumlssers
sein Dies ist unter Anderem auch fuumlr die im spaumlteren Verlauf eroumlrterten Gehaumllter an
Phosphat Sulfat und Stickstoff Bei diesen Beispielen und auch bei anderen
untersuchbaren Groumlszligen sind aerobe bzw anaerobe Bakterien ausschlaggebend sodass
der Sauerstoffgehalt den Zustand des Gewaumlssers beeinflusst und von eben diesem
beeinflusst wird
sww
422 Titration nach WINKLER
Versuchsanordnung
Eine Winklerflasche wird ohne Lufteinschluumlsse mit der Probe gefuumlllt 1 mL
Manganchlorid ndash Loumlsung sowie 1 mL Kaliumiodid ndash Loumlsung werden hinzugegeben Die
Fluumlssigkeit erhaumllt eine gelbe Faumlrbung undes kommt zu einem festen Niederschlag Man
gibt 2 mL konzentrierte Phosphorsaumlure hinzu Hat sich der Niederschlag vollstaumlndig
aufgeloumlst titriert man die Loumlsung mit Natriumthiosulfat mit c = 001 molL bis die
Loumlsung vollstaumlndig entfaumlrbt ist
5
Die daran beteiligten Reaktionen laufen wie folgt ab Bei Zugabe von Manganchlorid und Kaliumiodid wird der Sauerstoff vollstaumlndig8 inForm von Manganit gebunden welches als brauner Niederschlag ausfaumlllt
Dieser Niederschlag wird durch Hinzufuumlgen einer Saumlure aufgeloumlst indem der Feststoff
zu Manganionen und Wasser reagieren Die im vorherigen Schritt zugefuumlgten Iodidionen
werden hierbei zu elementaren Iod oxidiert welches fuumlr die Gelbfaumlrbung verantwortlich
ist
Im letzten Schritt wird diese Loumlsung mit Natriumthiosulfat titriert Das elementare Iod
wird wieder zu Iodidionen reduziert sodass sich die Loumlsung entfaumlrbt
8 Mit Vorbehalt fuumlr naumlhere Diskussion s Kapitel 424
6
Abbildung 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
423 Ergebnis und weitere Berechnung
Bei Durchfuumlhrung dieser Methode mit der zu analysierenden Wasserprobe ist ein
Verbrauch an Thiosulfat von 181 mL festzustellen
Wie man an den Reaktionsgleichungen erkennen kann reagieren Sauerstoff und
Thiosulfat in folgendem Verhaumlltnis
n(O2) n(S2O3)
1 4
Vor diesem Hintergrund kann man mit den Angaben V(S2O3) = 181 mL = 00181 L
sowie c(S2O3) = 001 molL den Gehalt an geloumlstem Sauerstoff wie folgt ermitteln
c = nV
c x V = n
n(S2O3) = 001 molL x 00181 L = 181 x10^(-4) mol
n(O2) = n(S2O3) 4 = 4525 x10^(-5) mol
M = mn
M x n = m
M(O2) = 32 gmol
m(O2) = 32 gmol x 4525 x10^(-5) mol = 1448 x10^(-3) g = 1448 mg9
9 Bezogen auf 1 Liter
7
Abbildung 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Die Sauerstoffsaumlttigung ergibt sich aus der maximalen Loumlslichkeit von Sauerstoff bei der
entsprechenden Temperatur (s Abb 3) Fuumlr 7degC also die Entnahmetemperatur betraumlgt
die maximale Sauerstoffloumlslichkeit 1176 mgL Daraus folgt
1176 mg = 100
1 mg asymp 8503
1448 mg = 12313
Die Sauerstoffsaumlttigung des Untersuchten Flieszliggewaumlssers wuumlrde demnach also lediglich
gut 12 betragen
424 Diskussion moumlglicher Fehlerquellen
Eine Sauerstoffsaumlttigung von 12 in einem Gewaumlsser waumlre ein alarmierendes Anzeichen
fuumlr eine starke Verschmutzung des Gewaumlssers10 Da dies jedoch nicht mit den anderen
Untersuchungsergebnissen in Einklang gebracht werden kann ist bei der Untersuchung
des Sauerstoffgehalts mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler unterlaufen Auf die
Hinweise darauf wird an den entsprechenden Stellen im weiteren Verlauf der Arbeit
hingewiesen
Eine moumlgliche Fehlerquelle ist uumlblicherweise Ungenauigkeit bei der Messung Bei der
angewandten WINKLER ndash Methode ist eine solch enorme Abweichung aufgrund von
Ungenauigkeit jedoch unwahrscheinlich
Als weitere Fehlerquelle ist eine unzureichende Aufbewahrung in Betracht zu ziehen Es
ist durchaus moumlglich dass Sauerstoff aufgrund der Erwaumlrmung waumlhrend des Transports
aus der Probe ausgetreten ist Wahrscheinlich war das genutzte Behaumlltnis nicht
vollstaumlndig abgedichtet sodass geringe Mengen Sauerstoff verloren gehen Auch dies ist
wahrscheinlich nicht bzw nur zu geringen Anteilen Grund fuumlr die starke Abweichung da
die Erwaumlrmung nur geringfuumlgig gewesen sein kann11 und die Probe ansonsten kuumlhl und
nur uumlber einen geringen Zeitraum unbehandelt blieb So kann der Effekt auch auf diese
Weise ebenfalls nur gering ausfallen
Am wahrscheinlichsten ist die Annahme dass die verwendeten Chemikalien nicht in
Ordnung gewesen sind Dafuumlr spricht dass die Substanzen bereits lange aufbewahrt
wurden und man bei der Manganchlorid ndash Loumlsung groumlszligere Mengen an festem
10 Vgl httpdewikipediaorgwikiGC3BCteklasse11 Bei 11degC (Auszligentemperatur des Entahmetages) betraumlgt die maximale Saumlttigung 1067 mgL Der
gemessene Sauerstoffgehalt entspraumlche demnach etwa 1357
8
Niederschlag feststellen konnte In diesem Fall spricht viel dafuumlr dass der geloumlste
Sauerstoff nicht vollstaumlndig gebunden wurde Dementsprechend kann er auch nicht in
vollem Maszlig erfasst werde Dies kann unter Umstaumlnden auch zu houmlheren Abweichungen
fuumlhren wie es hier houmlchstwahrscheinlich der Fall war
43 Phosphatgehalt
431 Bedeutung des Phosphatgehaltes12
Bei Phosphat handelt es sich um einen Pflanzennaumlhrstoff von vielen Das Phosphat
wurde zur Untersuchung ausgewaumlhlt um beispielhaft die Bedeutung von Mineralien in
natuumlrlichen Gewaumlssern aufzuzeigen Das Diagramm (Abb 4) sowie die nachfolgende
Erlaumluterung gilt fuumlr alle uumlblichen Mineralien die in natuumlrlichen Gewaumlssern vorkommen
koumlnnen
Treten Mineralien in unnatuumlrlicher Menge in einem Gewaumlsser auf ist bedeutet dies
zunaumlchst verbesserte Umstaumlnde fuumlr die im betroffenen Biotop vorhanden Produzenten
12 Dieses Kapitel sowie das eingefuumlgte Diagramm (in modifizierter Form) entspringen groumlszligten Teils den Erkenntnissen aus dem Biologie ndash Unterricht der Jahrgangsstufe Q1
9
Abbildung 4 Ablaumlufe in einem Gewaumlsser bei unverhaumlltnismaumlszligiger Mineralienzufuhr
also Wasserpflanzen Dies bedeutet eine Vermehrte Produktion von Sauerstoff was
wiederum fuumlr bessere Lebensumstaumlnde der Konsumenten sorgt Bei starker
Sauerstoffzunahme kann jedoch auch der Tod einiger Konsumenten durch Embolie
eintreten Diese ggf durch Sauerstoffuumlberschuss verendeten Konsumenten sowie auch
die auf andere Weise abgestorbenen in groumlszligerer Anzahl vorhandenen Konsumenten und
Produzenten enden schlieszliglich als totes organisches Material im Gewaumlsser Dieses
organische Material wird von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt Da mehr
organisches Material als uumlblich vorhanden ist wird dementsprechend mehr Sauerstoff
beim Abbau verbraucht Bei einem hohen Grad der Verschmutzung durch Mineralien
kann es zu einer so hohen Sauerstoffzehrung kommen dass die Konsumenten an
Sauerstoffmangel sterben In Extremfaumlllen uumlber einen laumlgeren Zeitraum kann dies
letztlich zur oumlkologischen Zerstoumlrung des Gewaumlssers fuumlhren
Man bezeichnet den Grad der Verunreinigung durch Mineralien als Trophie Man
unterscheidet im Allgemeinen vier Trophiestufen naumlmlich oligotroph (naumlhrstoffarm)
mesotroph (mittleres Naumlhrstoffangebot) eutroph (naumlhrstoffreich) und hypertroph (sehr
naumlhrstoffreich)13 Es gilt Je weniger Naumlhstoffe enthalten sind desto gesuumlnder ist das
Gewaumlsser
Da es sich dabei jedoch um ein wichtiges Pflanzenmineral handelt sollte eine gewisse
Menge durchaus im Gewaumlsser vorhanden sein um die Sauerstoffproduktion zu
gewaumlhrleisten Auszligerdem ist die notwendige oder tolerierbare Menge bei verschiedenen
Mineralien variabel
432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes
Fuumlr eine Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes in dem zu untersuchenden
Gewaumlsser ist zunaumlchst Orthophosphat14 zu einem Farbstoff umzusetzen
Es handelt sich bei dem nachfolgenden Vorgehen um ein Beispiel Da es fuumlr das
Photometer bestimmte Reagenziensaumltze gibt welche nicht preisgeben um welche
Substanzen es sich handelt kann man die konkreten Ablaumlufe nicht genau bestimmen Da
aber die Beschreibungen der Methode mit den tatsaumlchlichen Beobachtungen
uumlbereinstimmen und es sich um bekannte Verfahren handelt ist es nicht
unwahrscheinlich dass es sich dabei um die tatsaumlchlich abgelaufene Reaktion handelt
13 Vgl httpdewikipediaorgwikiTrophiesystem14 Form des Phosphats als welche Phosphat in natuumlrlichen Gewaumlssern idR In houmlchster Konzentration
vorliegt
10
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
Wie man an der Abbildung erkennen kann wird Licht dessen Wellenlaumlnge reguliert
werden kann durch eine Kuumlvette mit einer Farbstoffloumlsung gestrahlt Dieses Licht trifft
auf der Photozelle auf nachdem es die Loumlsung passiert hat An der Photozelle wird die
Differenz zwischen dem ausgesandten Licht und dem eintreffenden Licht gemessen
Daraus laumlsst sich die Absorption bzw Extinktion ableiten Sind neben der Extinktion
auch die Schichtdicke der Kuumlvette und der sogenannte Extinktionskoeffizient eine
stoffspezifische und von der Wellenlaumlnge abhaumlngige Eigenschaft bekannt kann man auf
die Konzentration des geloumlsten Stoffes schlieszligen Zu diesem Zweck zieht man das
LAMBERT ndash BEERSCHE ndash GESETZ5 hinzu
E = ε(λ) d c mit
E ndash Extinktion
ε(λ) ndash Extinktionskoeffizient in Abhaumlngigkeit von der Wellenlaumlnge
d ndash Schichtdicke in cm
c ndash Konzentration
Die drei Groumlszligen Extinktionskoeffizient Extinktion und Schichtdicke sind bei uumlblichen
photometrischen Verfahren bekannt Der Extinktionskoeffizient ε(λ) ist eine fuumlr jeden
Stoff konstante Groumlszlige die Extinktion E wird bei dem Verfahren bestimmt und die
Schichtdicke d ist fuumlr das jeweilige Photometer genormt Ein modernes Photometer kann
5 1852
3
Abbildung 1 Arbeitsweise eines Photometers
auf dieser Grundlage die Konzentration des Farbstoffs berechnen Auf diese Weise ist
auch die Konzentration eines zuvor angegebenen geloumlsten Stoffes zu ermitteln6
Dieses Prinzip wurde auch bei den meisten der bei diesem Projekt zu untersuchenden
Parametern angewandt Dafuumlr werden die geloumlsten Stoffe durch Zugabe von
verschiedenen Chemikalien zu absorbierenden Stoffen umgesetzt welche photometrisch
erfasst werden koumlnnen Es handelt sich dabei hauptsaumlchlich um Farbstoffe teilweise
jedoch auch um feste Niederschlaumlge
4 Vorstellung der Ergebnisse
Parameter Methode Ergebnisse
pH-Wert pH-Meter pH = 71
Sauerstoff Titration nach WINKLER 1448 mgL
Phosphat Photometrie 09 mgL
Sulfat Photometrie 57 mgL
Nitrit Photometrie 082 mgL
Nitrat Photometrie 2019 mgL
Ammonium Photometrie lt 005 mgL
Die hier im Uumlberblick dargestellten Ergebnisse geben in dieser Form noch keine
Auskunft uumlber die Bedeutung der Parameter und ihren Ausfall im Sachzusammenhang
Dies soll differenziert jeweils bei der Vorstellung der einzelnen Untersuchungen sowie
am Ende der Arbeit folgen
41 pH - Wert
Der pH ndash Wert ist ein abiotischer Faktor welcher unter Umstaumlnden groszlige Auswirkungen
auf ein Biotop wie einen See oder wie in diesem Fall ein Flieszliggewaumlsser haben
Organismen besitzen unterschiedliche Toleranz ndash und Optimalbereiche bezogen auf
verschiedene abiotische Faktoren eines Oumlkosystems Da die pH ndash Toleranz bei den
meisten mehrzelligen Lebewesen im engeren Bereich um pH = 7 liegen7 ist keine
Besonderheit des gemessenen pH ndash Wertes festzustellen sodass eine weiterfuumlhrende
Diskussion des Wertes nicht notwendig ist
6 Vgl Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 3 Auflage 2006S 284 ff7 Vgl dewikipediaorgwikiExtremophile
4
Der pH ndash Wert ist als negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration der
Oxoniumionen definiert
Fuumlr den in diesem Fall mit einem pH ndash Meter gemessenen pH ndash Wert von 71 ergibt sich
also folgende Rechnung
pH = -log[c(H3O+)]
pH = 71
10^(-71) = c(H3O+)
c(H3O+) = 7943 x10^(-8) molL
42 Sauerstoffgehalt und ndash Saumlttigung
421 Bedeutung des Sauerstoffs
Die Bedeutung des Sauerstoffs im Allgemeinen zu erlaumlutern kann einer
Erkenntnisgewinnung im wissenschaftlichen Rahmen kaum foumlrderlich sein Aus diesem
Grund soll im Folgenden lediglich kurz auf den Einfluss des Sauerstoffs in einem
Gewaumlsser als Lebensraum eingegangen werden
Als Reaktionspartner fuumlr unterschiedlichste Vorgaumlnge im Biotop kann der im Wasser
geloumlste Sauerstoff sowohl Indikator als auch Ursache fuumlr den Zustand des Gewaumlssers
sein Dies ist unter Anderem auch fuumlr die im spaumlteren Verlauf eroumlrterten Gehaumllter an
Phosphat Sulfat und Stickstoff Bei diesen Beispielen und auch bei anderen
untersuchbaren Groumlszligen sind aerobe bzw anaerobe Bakterien ausschlaggebend sodass
der Sauerstoffgehalt den Zustand des Gewaumlssers beeinflusst und von eben diesem
beeinflusst wird
sww
422 Titration nach WINKLER
Versuchsanordnung
Eine Winklerflasche wird ohne Lufteinschluumlsse mit der Probe gefuumlllt 1 mL
Manganchlorid ndash Loumlsung sowie 1 mL Kaliumiodid ndash Loumlsung werden hinzugegeben Die
Fluumlssigkeit erhaumllt eine gelbe Faumlrbung undes kommt zu einem festen Niederschlag Man
gibt 2 mL konzentrierte Phosphorsaumlure hinzu Hat sich der Niederschlag vollstaumlndig
aufgeloumlst titriert man die Loumlsung mit Natriumthiosulfat mit c = 001 molL bis die
Loumlsung vollstaumlndig entfaumlrbt ist
5
Die daran beteiligten Reaktionen laufen wie folgt ab Bei Zugabe von Manganchlorid und Kaliumiodid wird der Sauerstoff vollstaumlndig8 inForm von Manganit gebunden welches als brauner Niederschlag ausfaumlllt
Dieser Niederschlag wird durch Hinzufuumlgen einer Saumlure aufgeloumlst indem der Feststoff
zu Manganionen und Wasser reagieren Die im vorherigen Schritt zugefuumlgten Iodidionen
werden hierbei zu elementaren Iod oxidiert welches fuumlr die Gelbfaumlrbung verantwortlich
ist
Im letzten Schritt wird diese Loumlsung mit Natriumthiosulfat titriert Das elementare Iod
wird wieder zu Iodidionen reduziert sodass sich die Loumlsung entfaumlrbt
8 Mit Vorbehalt fuumlr naumlhere Diskussion s Kapitel 424
6
Abbildung 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
423 Ergebnis und weitere Berechnung
Bei Durchfuumlhrung dieser Methode mit der zu analysierenden Wasserprobe ist ein
Verbrauch an Thiosulfat von 181 mL festzustellen
Wie man an den Reaktionsgleichungen erkennen kann reagieren Sauerstoff und
Thiosulfat in folgendem Verhaumlltnis
n(O2) n(S2O3)
1 4
Vor diesem Hintergrund kann man mit den Angaben V(S2O3) = 181 mL = 00181 L
sowie c(S2O3) = 001 molL den Gehalt an geloumlstem Sauerstoff wie folgt ermitteln
c = nV
c x V = n
n(S2O3) = 001 molL x 00181 L = 181 x10^(-4) mol
n(O2) = n(S2O3) 4 = 4525 x10^(-5) mol
M = mn
M x n = m
M(O2) = 32 gmol
m(O2) = 32 gmol x 4525 x10^(-5) mol = 1448 x10^(-3) g = 1448 mg9
9 Bezogen auf 1 Liter
7
Abbildung 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Die Sauerstoffsaumlttigung ergibt sich aus der maximalen Loumlslichkeit von Sauerstoff bei der
entsprechenden Temperatur (s Abb 3) Fuumlr 7degC also die Entnahmetemperatur betraumlgt
die maximale Sauerstoffloumlslichkeit 1176 mgL Daraus folgt
1176 mg = 100
1 mg asymp 8503
1448 mg = 12313
Die Sauerstoffsaumlttigung des Untersuchten Flieszliggewaumlssers wuumlrde demnach also lediglich
gut 12 betragen
424 Diskussion moumlglicher Fehlerquellen
Eine Sauerstoffsaumlttigung von 12 in einem Gewaumlsser waumlre ein alarmierendes Anzeichen
fuumlr eine starke Verschmutzung des Gewaumlssers10 Da dies jedoch nicht mit den anderen
Untersuchungsergebnissen in Einklang gebracht werden kann ist bei der Untersuchung
des Sauerstoffgehalts mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler unterlaufen Auf die
Hinweise darauf wird an den entsprechenden Stellen im weiteren Verlauf der Arbeit
hingewiesen
Eine moumlgliche Fehlerquelle ist uumlblicherweise Ungenauigkeit bei der Messung Bei der
angewandten WINKLER ndash Methode ist eine solch enorme Abweichung aufgrund von
Ungenauigkeit jedoch unwahrscheinlich
Als weitere Fehlerquelle ist eine unzureichende Aufbewahrung in Betracht zu ziehen Es
ist durchaus moumlglich dass Sauerstoff aufgrund der Erwaumlrmung waumlhrend des Transports
aus der Probe ausgetreten ist Wahrscheinlich war das genutzte Behaumlltnis nicht
vollstaumlndig abgedichtet sodass geringe Mengen Sauerstoff verloren gehen Auch dies ist
wahrscheinlich nicht bzw nur zu geringen Anteilen Grund fuumlr die starke Abweichung da
die Erwaumlrmung nur geringfuumlgig gewesen sein kann11 und die Probe ansonsten kuumlhl und
nur uumlber einen geringen Zeitraum unbehandelt blieb So kann der Effekt auch auf diese
Weise ebenfalls nur gering ausfallen
Am wahrscheinlichsten ist die Annahme dass die verwendeten Chemikalien nicht in
Ordnung gewesen sind Dafuumlr spricht dass die Substanzen bereits lange aufbewahrt
wurden und man bei der Manganchlorid ndash Loumlsung groumlszligere Mengen an festem
10 Vgl httpdewikipediaorgwikiGC3BCteklasse11 Bei 11degC (Auszligentemperatur des Entahmetages) betraumlgt die maximale Saumlttigung 1067 mgL Der
gemessene Sauerstoffgehalt entspraumlche demnach etwa 1357
8
Niederschlag feststellen konnte In diesem Fall spricht viel dafuumlr dass der geloumlste
Sauerstoff nicht vollstaumlndig gebunden wurde Dementsprechend kann er auch nicht in
vollem Maszlig erfasst werde Dies kann unter Umstaumlnden auch zu houmlheren Abweichungen
fuumlhren wie es hier houmlchstwahrscheinlich der Fall war
43 Phosphatgehalt
431 Bedeutung des Phosphatgehaltes12
Bei Phosphat handelt es sich um einen Pflanzennaumlhrstoff von vielen Das Phosphat
wurde zur Untersuchung ausgewaumlhlt um beispielhaft die Bedeutung von Mineralien in
natuumlrlichen Gewaumlssern aufzuzeigen Das Diagramm (Abb 4) sowie die nachfolgende
Erlaumluterung gilt fuumlr alle uumlblichen Mineralien die in natuumlrlichen Gewaumlssern vorkommen
koumlnnen
Treten Mineralien in unnatuumlrlicher Menge in einem Gewaumlsser auf ist bedeutet dies
zunaumlchst verbesserte Umstaumlnde fuumlr die im betroffenen Biotop vorhanden Produzenten
12 Dieses Kapitel sowie das eingefuumlgte Diagramm (in modifizierter Form) entspringen groumlszligten Teils den Erkenntnissen aus dem Biologie ndash Unterricht der Jahrgangsstufe Q1
9
Abbildung 4 Ablaumlufe in einem Gewaumlsser bei unverhaumlltnismaumlszligiger Mineralienzufuhr
also Wasserpflanzen Dies bedeutet eine Vermehrte Produktion von Sauerstoff was
wiederum fuumlr bessere Lebensumstaumlnde der Konsumenten sorgt Bei starker
Sauerstoffzunahme kann jedoch auch der Tod einiger Konsumenten durch Embolie
eintreten Diese ggf durch Sauerstoffuumlberschuss verendeten Konsumenten sowie auch
die auf andere Weise abgestorbenen in groumlszligerer Anzahl vorhandenen Konsumenten und
Produzenten enden schlieszliglich als totes organisches Material im Gewaumlsser Dieses
organische Material wird von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt Da mehr
organisches Material als uumlblich vorhanden ist wird dementsprechend mehr Sauerstoff
beim Abbau verbraucht Bei einem hohen Grad der Verschmutzung durch Mineralien
kann es zu einer so hohen Sauerstoffzehrung kommen dass die Konsumenten an
Sauerstoffmangel sterben In Extremfaumlllen uumlber einen laumlgeren Zeitraum kann dies
letztlich zur oumlkologischen Zerstoumlrung des Gewaumlssers fuumlhren
Man bezeichnet den Grad der Verunreinigung durch Mineralien als Trophie Man
unterscheidet im Allgemeinen vier Trophiestufen naumlmlich oligotroph (naumlhrstoffarm)
mesotroph (mittleres Naumlhrstoffangebot) eutroph (naumlhrstoffreich) und hypertroph (sehr
naumlhrstoffreich)13 Es gilt Je weniger Naumlhstoffe enthalten sind desto gesuumlnder ist das
Gewaumlsser
Da es sich dabei jedoch um ein wichtiges Pflanzenmineral handelt sollte eine gewisse
Menge durchaus im Gewaumlsser vorhanden sein um die Sauerstoffproduktion zu
gewaumlhrleisten Auszligerdem ist die notwendige oder tolerierbare Menge bei verschiedenen
Mineralien variabel
432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes
Fuumlr eine Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes in dem zu untersuchenden
Gewaumlsser ist zunaumlchst Orthophosphat14 zu einem Farbstoff umzusetzen
Es handelt sich bei dem nachfolgenden Vorgehen um ein Beispiel Da es fuumlr das
Photometer bestimmte Reagenziensaumltze gibt welche nicht preisgeben um welche
Substanzen es sich handelt kann man die konkreten Ablaumlufe nicht genau bestimmen Da
aber die Beschreibungen der Methode mit den tatsaumlchlichen Beobachtungen
uumlbereinstimmen und es sich um bekannte Verfahren handelt ist es nicht
unwahrscheinlich dass es sich dabei um die tatsaumlchlich abgelaufene Reaktion handelt
13 Vgl httpdewikipediaorgwikiTrophiesystem14 Form des Phosphats als welche Phosphat in natuumlrlichen Gewaumlssern idR In houmlchster Konzentration
vorliegt
10
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
auf dieser Grundlage die Konzentration des Farbstoffs berechnen Auf diese Weise ist
auch die Konzentration eines zuvor angegebenen geloumlsten Stoffes zu ermitteln6
Dieses Prinzip wurde auch bei den meisten der bei diesem Projekt zu untersuchenden
Parametern angewandt Dafuumlr werden die geloumlsten Stoffe durch Zugabe von
verschiedenen Chemikalien zu absorbierenden Stoffen umgesetzt welche photometrisch
erfasst werden koumlnnen Es handelt sich dabei hauptsaumlchlich um Farbstoffe teilweise
jedoch auch um feste Niederschlaumlge
4 Vorstellung der Ergebnisse
Parameter Methode Ergebnisse
pH-Wert pH-Meter pH = 71
Sauerstoff Titration nach WINKLER 1448 mgL
Phosphat Photometrie 09 mgL
Sulfat Photometrie 57 mgL
Nitrit Photometrie 082 mgL
Nitrat Photometrie 2019 mgL
Ammonium Photometrie lt 005 mgL
Die hier im Uumlberblick dargestellten Ergebnisse geben in dieser Form noch keine
Auskunft uumlber die Bedeutung der Parameter und ihren Ausfall im Sachzusammenhang
Dies soll differenziert jeweils bei der Vorstellung der einzelnen Untersuchungen sowie
am Ende der Arbeit folgen
41 pH - Wert
Der pH ndash Wert ist ein abiotischer Faktor welcher unter Umstaumlnden groszlige Auswirkungen
auf ein Biotop wie einen See oder wie in diesem Fall ein Flieszliggewaumlsser haben
Organismen besitzen unterschiedliche Toleranz ndash und Optimalbereiche bezogen auf
verschiedene abiotische Faktoren eines Oumlkosystems Da die pH ndash Toleranz bei den
meisten mehrzelligen Lebewesen im engeren Bereich um pH = 7 liegen7 ist keine
Besonderheit des gemessenen pH ndash Wertes festzustellen sodass eine weiterfuumlhrende
Diskussion des Wertes nicht notwendig ist
6 Vgl Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA 3 Auflage 2006S 284 ff7 Vgl dewikipediaorgwikiExtremophile
4
Der pH ndash Wert ist als negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration der
Oxoniumionen definiert
Fuumlr den in diesem Fall mit einem pH ndash Meter gemessenen pH ndash Wert von 71 ergibt sich
also folgende Rechnung
pH = -log[c(H3O+)]
pH = 71
10^(-71) = c(H3O+)
c(H3O+) = 7943 x10^(-8) molL
42 Sauerstoffgehalt und ndash Saumlttigung
421 Bedeutung des Sauerstoffs
Die Bedeutung des Sauerstoffs im Allgemeinen zu erlaumlutern kann einer
Erkenntnisgewinnung im wissenschaftlichen Rahmen kaum foumlrderlich sein Aus diesem
Grund soll im Folgenden lediglich kurz auf den Einfluss des Sauerstoffs in einem
Gewaumlsser als Lebensraum eingegangen werden
Als Reaktionspartner fuumlr unterschiedlichste Vorgaumlnge im Biotop kann der im Wasser
geloumlste Sauerstoff sowohl Indikator als auch Ursache fuumlr den Zustand des Gewaumlssers
sein Dies ist unter Anderem auch fuumlr die im spaumlteren Verlauf eroumlrterten Gehaumllter an
Phosphat Sulfat und Stickstoff Bei diesen Beispielen und auch bei anderen
untersuchbaren Groumlszligen sind aerobe bzw anaerobe Bakterien ausschlaggebend sodass
der Sauerstoffgehalt den Zustand des Gewaumlssers beeinflusst und von eben diesem
beeinflusst wird
sww
422 Titration nach WINKLER
Versuchsanordnung
Eine Winklerflasche wird ohne Lufteinschluumlsse mit der Probe gefuumlllt 1 mL
Manganchlorid ndash Loumlsung sowie 1 mL Kaliumiodid ndash Loumlsung werden hinzugegeben Die
Fluumlssigkeit erhaumllt eine gelbe Faumlrbung undes kommt zu einem festen Niederschlag Man
gibt 2 mL konzentrierte Phosphorsaumlure hinzu Hat sich der Niederschlag vollstaumlndig
aufgeloumlst titriert man die Loumlsung mit Natriumthiosulfat mit c = 001 molL bis die
Loumlsung vollstaumlndig entfaumlrbt ist
5
Die daran beteiligten Reaktionen laufen wie folgt ab Bei Zugabe von Manganchlorid und Kaliumiodid wird der Sauerstoff vollstaumlndig8 inForm von Manganit gebunden welches als brauner Niederschlag ausfaumlllt
Dieser Niederschlag wird durch Hinzufuumlgen einer Saumlure aufgeloumlst indem der Feststoff
zu Manganionen und Wasser reagieren Die im vorherigen Schritt zugefuumlgten Iodidionen
werden hierbei zu elementaren Iod oxidiert welches fuumlr die Gelbfaumlrbung verantwortlich
ist
Im letzten Schritt wird diese Loumlsung mit Natriumthiosulfat titriert Das elementare Iod
wird wieder zu Iodidionen reduziert sodass sich die Loumlsung entfaumlrbt
8 Mit Vorbehalt fuumlr naumlhere Diskussion s Kapitel 424
6
Abbildung 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
423 Ergebnis und weitere Berechnung
Bei Durchfuumlhrung dieser Methode mit der zu analysierenden Wasserprobe ist ein
Verbrauch an Thiosulfat von 181 mL festzustellen
Wie man an den Reaktionsgleichungen erkennen kann reagieren Sauerstoff und
Thiosulfat in folgendem Verhaumlltnis
n(O2) n(S2O3)
1 4
Vor diesem Hintergrund kann man mit den Angaben V(S2O3) = 181 mL = 00181 L
sowie c(S2O3) = 001 molL den Gehalt an geloumlstem Sauerstoff wie folgt ermitteln
c = nV
c x V = n
n(S2O3) = 001 molL x 00181 L = 181 x10^(-4) mol
n(O2) = n(S2O3) 4 = 4525 x10^(-5) mol
M = mn
M x n = m
M(O2) = 32 gmol
m(O2) = 32 gmol x 4525 x10^(-5) mol = 1448 x10^(-3) g = 1448 mg9
9 Bezogen auf 1 Liter
7
Abbildung 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Die Sauerstoffsaumlttigung ergibt sich aus der maximalen Loumlslichkeit von Sauerstoff bei der
entsprechenden Temperatur (s Abb 3) Fuumlr 7degC also die Entnahmetemperatur betraumlgt
die maximale Sauerstoffloumlslichkeit 1176 mgL Daraus folgt
1176 mg = 100
1 mg asymp 8503
1448 mg = 12313
Die Sauerstoffsaumlttigung des Untersuchten Flieszliggewaumlssers wuumlrde demnach also lediglich
gut 12 betragen
424 Diskussion moumlglicher Fehlerquellen
Eine Sauerstoffsaumlttigung von 12 in einem Gewaumlsser waumlre ein alarmierendes Anzeichen
fuumlr eine starke Verschmutzung des Gewaumlssers10 Da dies jedoch nicht mit den anderen
Untersuchungsergebnissen in Einklang gebracht werden kann ist bei der Untersuchung
des Sauerstoffgehalts mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler unterlaufen Auf die
Hinweise darauf wird an den entsprechenden Stellen im weiteren Verlauf der Arbeit
hingewiesen
Eine moumlgliche Fehlerquelle ist uumlblicherweise Ungenauigkeit bei der Messung Bei der
angewandten WINKLER ndash Methode ist eine solch enorme Abweichung aufgrund von
Ungenauigkeit jedoch unwahrscheinlich
Als weitere Fehlerquelle ist eine unzureichende Aufbewahrung in Betracht zu ziehen Es
ist durchaus moumlglich dass Sauerstoff aufgrund der Erwaumlrmung waumlhrend des Transports
aus der Probe ausgetreten ist Wahrscheinlich war das genutzte Behaumlltnis nicht
vollstaumlndig abgedichtet sodass geringe Mengen Sauerstoff verloren gehen Auch dies ist
wahrscheinlich nicht bzw nur zu geringen Anteilen Grund fuumlr die starke Abweichung da
die Erwaumlrmung nur geringfuumlgig gewesen sein kann11 und die Probe ansonsten kuumlhl und
nur uumlber einen geringen Zeitraum unbehandelt blieb So kann der Effekt auch auf diese
Weise ebenfalls nur gering ausfallen
Am wahrscheinlichsten ist die Annahme dass die verwendeten Chemikalien nicht in
Ordnung gewesen sind Dafuumlr spricht dass die Substanzen bereits lange aufbewahrt
wurden und man bei der Manganchlorid ndash Loumlsung groumlszligere Mengen an festem
10 Vgl httpdewikipediaorgwikiGC3BCteklasse11 Bei 11degC (Auszligentemperatur des Entahmetages) betraumlgt die maximale Saumlttigung 1067 mgL Der
gemessene Sauerstoffgehalt entspraumlche demnach etwa 1357
8
Niederschlag feststellen konnte In diesem Fall spricht viel dafuumlr dass der geloumlste
Sauerstoff nicht vollstaumlndig gebunden wurde Dementsprechend kann er auch nicht in
vollem Maszlig erfasst werde Dies kann unter Umstaumlnden auch zu houmlheren Abweichungen
fuumlhren wie es hier houmlchstwahrscheinlich der Fall war
43 Phosphatgehalt
431 Bedeutung des Phosphatgehaltes12
Bei Phosphat handelt es sich um einen Pflanzennaumlhrstoff von vielen Das Phosphat
wurde zur Untersuchung ausgewaumlhlt um beispielhaft die Bedeutung von Mineralien in
natuumlrlichen Gewaumlssern aufzuzeigen Das Diagramm (Abb 4) sowie die nachfolgende
Erlaumluterung gilt fuumlr alle uumlblichen Mineralien die in natuumlrlichen Gewaumlssern vorkommen
koumlnnen
Treten Mineralien in unnatuumlrlicher Menge in einem Gewaumlsser auf ist bedeutet dies
zunaumlchst verbesserte Umstaumlnde fuumlr die im betroffenen Biotop vorhanden Produzenten
12 Dieses Kapitel sowie das eingefuumlgte Diagramm (in modifizierter Form) entspringen groumlszligten Teils den Erkenntnissen aus dem Biologie ndash Unterricht der Jahrgangsstufe Q1
9
Abbildung 4 Ablaumlufe in einem Gewaumlsser bei unverhaumlltnismaumlszligiger Mineralienzufuhr
also Wasserpflanzen Dies bedeutet eine Vermehrte Produktion von Sauerstoff was
wiederum fuumlr bessere Lebensumstaumlnde der Konsumenten sorgt Bei starker
Sauerstoffzunahme kann jedoch auch der Tod einiger Konsumenten durch Embolie
eintreten Diese ggf durch Sauerstoffuumlberschuss verendeten Konsumenten sowie auch
die auf andere Weise abgestorbenen in groumlszligerer Anzahl vorhandenen Konsumenten und
Produzenten enden schlieszliglich als totes organisches Material im Gewaumlsser Dieses
organische Material wird von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt Da mehr
organisches Material als uumlblich vorhanden ist wird dementsprechend mehr Sauerstoff
beim Abbau verbraucht Bei einem hohen Grad der Verschmutzung durch Mineralien
kann es zu einer so hohen Sauerstoffzehrung kommen dass die Konsumenten an
Sauerstoffmangel sterben In Extremfaumlllen uumlber einen laumlgeren Zeitraum kann dies
letztlich zur oumlkologischen Zerstoumlrung des Gewaumlssers fuumlhren
Man bezeichnet den Grad der Verunreinigung durch Mineralien als Trophie Man
unterscheidet im Allgemeinen vier Trophiestufen naumlmlich oligotroph (naumlhrstoffarm)
mesotroph (mittleres Naumlhrstoffangebot) eutroph (naumlhrstoffreich) und hypertroph (sehr
naumlhrstoffreich)13 Es gilt Je weniger Naumlhstoffe enthalten sind desto gesuumlnder ist das
Gewaumlsser
Da es sich dabei jedoch um ein wichtiges Pflanzenmineral handelt sollte eine gewisse
Menge durchaus im Gewaumlsser vorhanden sein um die Sauerstoffproduktion zu
gewaumlhrleisten Auszligerdem ist die notwendige oder tolerierbare Menge bei verschiedenen
Mineralien variabel
432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes
Fuumlr eine Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes in dem zu untersuchenden
Gewaumlsser ist zunaumlchst Orthophosphat14 zu einem Farbstoff umzusetzen
Es handelt sich bei dem nachfolgenden Vorgehen um ein Beispiel Da es fuumlr das
Photometer bestimmte Reagenziensaumltze gibt welche nicht preisgeben um welche
Substanzen es sich handelt kann man die konkreten Ablaumlufe nicht genau bestimmen Da
aber die Beschreibungen der Methode mit den tatsaumlchlichen Beobachtungen
uumlbereinstimmen und es sich um bekannte Verfahren handelt ist es nicht
unwahrscheinlich dass es sich dabei um die tatsaumlchlich abgelaufene Reaktion handelt
13 Vgl httpdewikipediaorgwikiTrophiesystem14 Form des Phosphats als welche Phosphat in natuumlrlichen Gewaumlssern idR In houmlchster Konzentration
vorliegt
10
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
Der pH ndash Wert ist als negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration der
Oxoniumionen definiert
Fuumlr den in diesem Fall mit einem pH ndash Meter gemessenen pH ndash Wert von 71 ergibt sich
also folgende Rechnung
pH = -log[c(H3O+)]
pH = 71
10^(-71) = c(H3O+)
c(H3O+) = 7943 x10^(-8) molL
42 Sauerstoffgehalt und ndash Saumlttigung
421 Bedeutung des Sauerstoffs
Die Bedeutung des Sauerstoffs im Allgemeinen zu erlaumlutern kann einer
Erkenntnisgewinnung im wissenschaftlichen Rahmen kaum foumlrderlich sein Aus diesem
Grund soll im Folgenden lediglich kurz auf den Einfluss des Sauerstoffs in einem
Gewaumlsser als Lebensraum eingegangen werden
Als Reaktionspartner fuumlr unterschiedlichste Vorgaumlnge im Biotop kann der im Wasser
geloumlste Sauerstoff sowohl Indikator als auch Ursache fuumlr den Zustand des Gewaumlssers
sein Dies ist unter Anderem auch fuumlr die im spaumlteren Verlauf eroumlrterten Gehaumllter an
Phosphat Sulfat und Stickstoff Bei diesen Beispielen und auch bei anderen
untersuchbaren Groumlszligen sind aerobe bzw anaerobe Bakterien ausschlaggebend sodass
der Sauerstoffgehalt den Zustand des Gewaumlssers beeinflusst und von eben diesem
beeinflusst wird
sww
422 Titration nach WINKLER
Versuchsanordnung
Eine Winklerflasche wird ohne Lufteinschluumlsse mit der Probe gefuumlllt 1 mL
Manganchlorid ndash Loumlsung sowie 1 mL Kaliumiodid ndash Loumlsung werden hinzugegeben Die
Fluumlssigkeit erhaumllt eine gelbe Faumlrbung undes kommt zu einem festen Niederschlag Man
gibt 2 mL konzentrierte Phosphorsaumlure hinzu Hat sich der Niederschlag vollstaumlndig
aufgeloumlst titriert man die Loumlsung mit Natriumthiosulfat mit c = 001 molL bis die
Loumlsung vollstaumlndig entfaumlrbt ist
5
Die daran beteiligten Reaktionen laufen wie folgt ab Bei Zugabe von Manganchlorid und Kaliumiodid wird der Sauerstoff vollstaumlndig8 inForm von Manganit gebunden welches als brauner Niederschlag ausfaumlllt
Dieser Niederschlag wird durch Hinzufuumlgen einer Saumlure aufgeloumlst indem der Feststoff
zu Manganionen und Wasser reagieren Die im vorherigen Schritt zugefuumlgten Iodidionen
werden hierbei zu elementaren Iod oxidiert welches fuumlr die Gelbfaumlrbung verantwortlich
ist
Im letzten Schritt wird diese Loumlsung mit Natriumthiosulfat titriert Das elementare Iod
wird wieder zu Iodidionen reduziert sodass sich die Loumlsung entfaumlrbt
8 Mit Vorbehalt fuumlr naumlhere Diskussion s Kapitel 424
6
Abbildung 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
423 Ergebnis und weitere Berechnung
Bei Durchfuumlhrung dieser Methode mit der zu analysierenden Wasserprobe ist ein
Verbrauch an Thiosulfat von 181 mL festzustellen
Wie man an den Reaktionsgleichungen erkennen kann reagieren Sauerstoff und
Thiosulfat in folgendem Verhaumlltnis
n(O2) n(S2O3)
1 4
Vor diesem Hintergrund kann man mit den Angaben V(S2O3) = 181 mL = 00181 L
sowie c(S2O3) = 001 molL den Gehalt an geloumlstem Sauerstoff wie folgt ermitteln
c = nV
c x V = n
n(S2O3) = 001 molL x 00181 L = 181 x10^(-4) mol
n(O2) = n(S2O3) 4 = 4525 x10^(-5) mol
M = mn
M x n = m
M(O2) = 32 gmol
m(O2) = 32 gmol x 4525 x10^(-5) mol = 1448 x10^(-3) g = 1448 mg9
9 Bezogen auf 1 Liter
7
Abbildung 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Die Sauerstoffsaumlttigung ergibt sich aus der maximalen Loumlslichkeit von Sauerstoff bei der
entsprechenden Temperatur (s Abb 3) Fuumlr 7degC also die Entnahmetemperatur betraumlgt
die maximale Sauerstoffloumlslichkeit 1176 mgL Daraus folgt
1176 mg = 100
1 mg asymp 8503
1448 mg = 12313
Die Sauerstoffsaumlttigung des Untersuchten Flieszliggewaumlssers wuumlrde demnach also lediglich
gut 12 betragen
424 Diskussion moumlglicher Fehlerquellen
Eine Sauerstoffsaumlttigung von 12 in einem Gewaumlsser waumlre ein alarmierendes Anzeichen
fuumlr eine starke Verschmutzung des Gewaumlssers10 Da dies jedoch nicht mit den anderen
Untersuchungsergebnissen in Einklang gebracht werden kann ist bei der Untersuchung
des Sauerstoffgehalts mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler unterlaufen Auf die
Hinweise darauf wird an den entsprechenden Stellen im weiteren Verlauf der Arbeit
hingewiesen
Eine moumlgliche Fehlerquelle ist uumlblicherweise Ungenauigkeit bei der Messung Bei der
angewandten WINKLER ndash Methode ist eine solch enorme Abweichung aufgrund von
Ungenauigkeit jedoch unwahrscheinlich
Als weitere Fehlerquelle ist eine unzureichende Aufbewahrung in Betracht zu ziehen Es
ist durchaus moumlglich dass Sauerstoff aufgrund der Erwaumlrmung waumlhrend des Transports
aus der Probe ausgetreten ist Wahrscheinlich war das genutzte Behaumlltnis nicht
vollstaumlndig abgedichtet sodass geringe Mengen Sauerstoff verloren gehen Auch dies ist
wahrscheinlich nicht bzw nur zu geringen Anteilen Grund fuumlr die starke Abweichung da
die Erwaumlrmung nur geringfuumlgig gewesen sein kann11 und die Probe ansonsten kuumlhl und
nur uumlber einen geringen Zeitraum unbehandelt blieb So kann der Effekt auch auf diese
Weise ebenfalls nur gering ausfallen
Am wahrscheinlichsten ist die Annahme dass die verwendeten Chemikalien nicht in
Ordnung gewesen sind Dafuumlr spricht dass die Substanzen bereits lange aufbewahrt
wurden und man bei der Manganchlorid ndash Loumlsung groumlszligere Mengen an festem
10 Vgl httpdewikipediaorgwikiGC3BCteklasse11 Bei 11degC (Auszligentemperatur des Entahmetages) betraumlgt die maximale Saumlttigung 1067 mgL Der
gemessene Sauerstoffgehalt entspraumlche demnach etwa 1357
8
Niederschlag feststellen konnte In diesem Fall spricht viel dafuumlr dass der geloumlste
Sauerstoff nicht vollstaumlndig gebunden wurde Dementsprechend kann er auch nicht in
vollem Maszlig erfasst werde Dies kann unter Umstaumlnden auch zu houmlheren Abweichungen
fuumlhren wie es hier houmlchstwahrscheinlich der Fall war
43 Phosphatgehalt
431 Bedeutung des Phosphatgehaltes12
Bei Phosphat handelt es sich um einen Pflanzennaumlhrstoff von vielen Das Phosphat
wurde zur Untersuchung ausgewaumlhlt um beispielhaft die Bedeutung von Mineralien in
natuumlrlichen Gewaumlssern aufzuzeigen Das Diagramm (Abb 4) sowie die nachfolgende
Erlaumluterung gilt fuumlr alle uumlblichen Mineralien die in natuumlrlichen Gewaumlssern vorkommen
koumlnnen
Treten Mineralien in unnatuumlrlicher Menge in einem Gewaumlsser auf ist bedeutet dies
zunaumlchst verbesserte Umstaumlnde fuumlr die im betroffenen Biotop vorhanden Produzenten
12 Dieses Kapitel sowie das eingefuumlgte Diagramm (in modifizierter Form) entspringen groumlszligten Teils den Erkenntnissen aus dem Biologie ndash Unterricht der Jahrgangsstufe Q1
9
Abbildung 4 Ablaumlufe in einem Gewaumlsser bei unverhaumlltnismaumlszligiger Mineralienzufuhr
also Wasserpflanzen Dies bedeutet eine Vermehrte Produktion von Sauerstoff was
wiederum fuumlr bessere Lebensumstaumlnde der Konsumenten sorgt Bei starker
Sauerstoffzunahme kann jedoch auch der Tod einiger Konsumenten durch Embolie
eintreten Diese ggf durch Sauerstoffuumlberschuss verendeten Konsumenten sowie auch
die auf andere Weise abgestorbenen in groumlszligerer Anzahl vorhandenen Konsumenten und
Produzenten enden schlieszliglich als totes organisches Material im Gewaumlsser Dieses
organische Material wird von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt Da mehr
organisches Material als uumlblich vorhanden ist wird dementsprechend mehr Sauerstoff
beim Abbau verbraucht Bei einem hohen Grad der Verschmutzung durch Mineralien
kann es zu einer so hohen Sauerstoffzehrung kommen dass die Konsumenten an
Sauerstoffmangel sterben In Extremfaumlllen uumlber einen laumlgeren Zeitraum kann dies
letztlich zur oumlkologischen Zerstoumlrung des Gewaumlssers fuumlhren
Man bezeichnet den Grad der Verunreinigung durch Mineralien als Trophie Man
unterscheidet im Allgemeinen vier Trophiestufen naumlmlich oligotroph (naumlhrstoffarm)
mesotroph (mittleres Naumlhrstoffangebot) eutroph (naumlhrstoffreich) und hypertroph (sehr
naumlhrstoffreich)13 Es gilt Je weniger Naumlhstoffe enthalten sind desto gesuumlnder ist das
Gewaumlsser
Da es sich dabei jedoch um ein wichtiges Pflanzenmineral handelt sollte eine gewisse
Menge durchaus im Gewaumlsser vorhanden sein um die Sauerstoffproduktion zu
gewaumlhrleisten Auszligerdem ist die notwendige oder tolerierbare Menge bei verschiedenen
Mineralien variabel
432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes
Fuumlr eine Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes in dem zu untersuchenden
Gewaumlsser ist zunaumlchst Orthophosphat14 zu einem Farbstoff umzusetzen
Es handelt sich bei dem nachfolgenden Vorgehen um ein Beispiel Da es fuumlr das
Photometer bestimmte Reagenziensaumltze gibt welche nicht preisgeben um welche
Substanzen es sich handelt kann man die konkreten Ablaumlufe nicht genau bestimmen Da
aber die Beschreibungen der Methode mit den tatsaumlchlichen Beobachtungen
uumlbereinstimmen und es sich um bekannte Verfahren handelt ist es nicht
unwahrscheinlich dass es sich dabei um die tatsaumlchlich abgelaufene Reaktion handelt
13 Vgl httpdewikipediaorgwikiTrophiesystem14 Form des Phosphats als welche Phosphat in natuumlrlichen Gewaumlssern idR In houmlchster Konzentration
vorliegt
10
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
Die daran beteiligten Reaktionen laufen wie folgt ab Bei Zugabe von Manganchlorid und Kaliumiodid wird der Sauerstoff vollstaumlndig8 inForm von Manganit gebunden welches als brauner Niederschlag ausfaumlllt
Dieser Niederschlag wird durch Hinzufuumlgen einer Saumlure aufgeloumlst indem der Feststoff
zu Manganionen und Wasser reagieren Die im vorherigen Schritt zugefuumlgten Iodidionen
werden hierbei zu elementaren Iod oxidiert welches fuumlr die Gelbfaumlrbung verantwortlich
ist
Im letzten Schritt wird diese Loumlsung mit Natriumthiosulfat titriert Das elementare Iod
wird wieder zu Iodidionen reduziert sodass sich die Loumlsung entfaumlrbt
8 Mit Vorbehalt fuumlr naumlhere Diskussion s Kapitel 424
6
Abbildung 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
423 Ergebnis und weitere Berechnung
Bei Durchfuumlhrung dieser Methode mit der zu analysierenden Wasserprobe ist ein
Verbrauch an Thiosulfat von 181 mL festzustellen
Wie man an den Reaktionsgleichungen erkennen kann reagieren Sauerstoff und
Thiosulfat in folgendem Verhaumlltnis
n(O2) n(S2O3)
1 4
Vor diesem Hintergrund kann man mit den Angaben V(S2O3) = 181 mL = 00181 L
sowie c(S2O3) = 001 molL den Gehalt an geloumlstem Sauerstoff wie folgt ermitteln
c = nV
c x V = n
n(S2O3) = 001 molL x 00181 L = 181 x10^(-4) mol
n(O2) = n(S2O3) 4 = 4525 x10^(-5) mol
M = mn
M x n = m
M(O2) = 32 gmol
m(O2) = 32 gmol x 4525 x10^(-5) mol = 1448 x10^(-3) g = 1448 mg9
9 Bezogen auf 1 Liter
7
Abbildung 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Die Sauerstoffsaumlttigung ergibt sich aus der maximalen Loumlslichkeit von Sauerstoff bei der
entsprechenden Temperatur (s Abb 3) Fuumlr 7degC also die Entnahmetemperatur betraumlgt
die maximale Sauerstoffloumlslichkeit 1176 mgL Daraus folgt
1176 mg = 100
1 mg asymp 8503
1448 mg = 12313
Die Sauerstoffsaumlttigung des Untersuchten Flieszliggewaumlssers wuumlrde demnach also lediglich
gut 12 betragen
424 Diskussion moumlglicher Fehlerquellen
Eine Sauerstoffsaumlttigung von 12 in einem Gewaumlsser waumlre ein alarmierendes Anzeichen
fuumlr eine starke Verschmutzung des Gewaumlssers10 Da dies jedoch nicht mit den anderen
Untersuchungsergebnissen in Einklang gebracht werden kann ist bei der Untersuchung
des Sauerstoffgehalts mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler unterlaufen Auf die
Hinweise darauf wird an den entsprechenden Stellen im weiteren Verlauf der Arbeit
hingewiesen
Eine moumlgliche Fehlerquelle ist uumlblicherweise Ungenauigkeit bei der Messung Bei der
angewandten WINKLER ndash Methode ist eine solch enorme Abweichung aufgrund von
Ungenauigkeit jedoch unwahrscheinlich
Als weitere Fehlerquelle ist eine unzureichende Aufbewahrung in Betracht zu ziehen Es
ist durchaus moumlglich dass Sauerstoff aufgrund der Erwaumlrmung waumlhrend des Transports
aus der Probe ausgetreten ist Wahrscheinlich war das genutzte Behaumlltnis nicht
vollstaumlndig abgedichtet sodass geringe Mengen Sauerstoff verloren gehen Auch dies ist
wahrscheinlich nicht bzw nur zu geringen Anteilen Grund fuumlr die starke Abweichung da
die Erwaumlrmung nur geringfuumlgig gewesen sein kann11 und die Probe ansonsten kuumlhl und
nur uumlber einen geringen Zeitraum unbehandelt blieb So kann der Effekt auch auf diese
Weise ebenfalls nur gering ausfallen
Am wahrscheinlichsten ist die Annahme dass die verwendeten Chemikalien nicht in
Ordnung gewesen sind Dafuumlr spricht dass die Substanzen bereits lange aufbewahrt
wurden und man bei der Manganchlorid ndash Loumlsung groumlszligere Mengen an festem
10 Vgl httpdewikipediaorgwikiGC3BCteklasse11 Bei 11degC (Auszligentemperatur des Entahmetages) betraumlgt die maximale Saumlttigung 1067 mgL Der
gemessene Sauerstoffgehalt entspraumlche demnach etwa 1357
8
Niederschlag feststellen konnte In diesem Fall spricht viel dafuumlr dass der geloumlste
Sauerstoff nicht vollstaumlndig gebunden wurde Dementsprechend kann er auch nicht in
vollem Maszlig erfasst werde Dies kann unter Umstaumlnden auch zu houmlheren Abweichungen
fuumlhren wie es hier houmlchstwahrscheinlich der Fall war
43 Phosphatgehalt
431 Bedeutung des Phosphatgehaltes12
Bei Phosphat handelt es sich um einen Pflanzennaumlhrstoff von vielen Das Phosphat
wurde zur Untersuchung ausgewaumlhlt um beispielhaft die Bedeutung von Mineralien in
natuumlrlichen Gewaumlssern aufzuzeigen Das Diagramm (Abb 4) sowie die nachfolgende
Erlaumluterung gilt fuumlr alle uumlblichen Mineralien die in natuumlrlichen Gewaumlssern vorkommen
koumlnnen
Treten Mineralien in unnatuumlrlicher Menge in einem Gewaumlsser auf ist bedeutet dies
zunaumlchst verbesserte Umstaumlnde fuumlr die im betroffenen Biotop vorhanden Produzenten
12 Dieses Kapitel sowie das eingefuumlgte Diagramm (in modifizierter Form) entspringen groumlszligten Teils den Erkenntnissen aus dem Biologie ndash Unterricht der Jahrgangsstufe Q1
9
Abbildung 4 Ablaumlufe in einem Gewaumlsser bei unverhaumlltnismaumlszligiger Mineralienzufuhr
also Wasserpflanzen Dies bedeutet eine Vermehrte Produktion von Sauerstoff was
wiederum fuumlr bessere Lebensumstaumlnde der Konsumenten sorgt Bei starker
Sauerstoffzunahme kann jedoch auch der Tod einiger Konsumenten durch Embolie
eintreten Diese ggf durch Sauerstoffuumlberschuss verendeten Konsumenten sowie auch
die auf andere Weise abgestorbenen in groumlszligerer Anzahl vorhandenen Konsumenten und
Produzenten enden schlieszliglich als totes organisches Material im Gewaumlsser Dieses
organische Material wird von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt Da mehr
organisches Material als uumlblich vorhanden ist wird dementsprechend mehr Sauerstoff
beim Abbau verbraucht Bei einem hohen Grad der Verschmutzung durch Mineralien
kann es zu einer so hohen Sauerstoffzehrung kommen dass die Konsumenten an
Sauerstoffmangel sterben In Extremfaumlllen uumlber einen laumlgeren Zeitraum kann dies
letztlich zur oumlkologischen Zerstoumlrung des Gewaumlssers fuumlhren
Man bezeichnet den Grad der Verunreinigung durch Mineralien als Trophie Man
unterscheidet im Allgemeinen vier Trophiestufen naumlmlich oligotroph (naumlhrstoffarm)
mesotroph (mittleres Naumlhrstoffangebot) eutroph (naumlhrstoffreich) und hypertroph (sehr
naumlhrstoffreich)13 Es gilt Je weniger Naumlhstoffe enthalten sind desto gesuumlnder ist das
Gewaumlsser
Da es sich dabei jedoch um ein wichtiges Pflanzenmineral handelt sollte eine gewisse
Menge durchaus im Gewaumlsser vorhanden sein um die Sauerstoffproduktion zu
gewaumlhrleisten Auszligerdem ist die notwendige oder tolerierbare Menge bei verschiedenen
Mineralien variabel
432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes
Fuumlr eine Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes in dem zu untersuchenden
Gewaumlsser ist zunaumlchst Orthophosphat14 zu einem Farbstoff umzusetzen
Es handelt sich bei dem nachfolgenden Vorgehen um ein Beispiel Da es fuumlr das
Photometer bestimmte Reagenziensaumltze gibt welche nicht preisgeben um welche
Substanzen es sich handelt kann man die konkreten Ablaumlufe nicht genau bestimmen Da
aber die Beschreibungen der Methode mit den tatsaumlchlichen Beobachtungen
uumlbereinstimmen und es sich um bekannte Verfahren handelt ist es nicht
unwahrscheinlich dass es sich dabei um die tatsaumlchlich abgelaufene Reaktion handelt
13 Vgl httpdewikipediaorgwikiTrophiesystem14 Form des Phosphats als welche Phosphat in natuumlrlichen Gewaumlssern idR In houmlchster Konzentration
vorliegt
10
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
423 Ergebnis und weitere Berechnung
Bei Durchfuumlhrung dieser Methode mit der zu analysierenden Wasserprobe ist ein
Verbrauch an Thiosulfat von 181 mL festzustellen
Wie man an den Reaktionsgleichungen erkennen kann reagieren Sauerstoff und
Thiosulfat in folgendem Verhaumlltnis
n(O2) n(S2O3)
1 4
Vor diesem Hintergrund kann man mit den Angaben V(S2O3) = 181 mL = 00181 L
sowie c(S2O3) = 001 molL den Gehalt an geloumlstem Sauerstoff wie folgt ermitteln
c = nV
c x V = n
n(S2O3) = 001 molL x 00181 L = 181 x10^(-4) mol
n(O2) = n(S2O3) 4 = 4525 x10^(-5) mol
M = mn
M x n = m
M(O2) = 32 gmol
m(O2) = 32 gmol x 4525 x10^(-5) mol = 1448 x10^(-3) g = 1448 mg9
9 Bezogen auf 1 Liter
7
Abbildung 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Die Sauerstoffsaumlttigung ergibt sich aus der maximalen Loumlslichkeit von Sauerstoff bei der
entsprechenden Temperatur (s Abb 3) Fuumlr 7degC also die Entnahmetemperatur betraumlgt
die maximale Sauerstoffloumlslichkeit 1176 mgL Daraus folgt
1176 mg = 100
1 mg asymp 8503
1448 mg = 12313
Die Sauerstoffsaumlttigung des Untersuchten Flieszliggewaumlssers wuumlrde demnach also lediglich
gut 12 betragen
424 Diskussion moumlglicher Fehlerquellen
Eine Sauerstoffsaumlttigung von 12 in einem Gewaumlsser waumlre ein alarmierendes Anzeichen
fuumlr eine starke Verschmutzung des Gewaumlssers10 Da dies jedoch nicht mit den anderen
Untersuchungsergebnissen in Einklang gebracht werden kann ist bei der Untersuchung
des Sauerstoffgehalts mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler unterlaufen Auf die
Hinweise darauf wird an den entsprechenden Stellen im weiteren Verlauf der Arbeit
hingewiesen
Eine moumlgliche Fehlerquelle ist uumlblicherweise Ungenauigkeit bei der Messung Bei der
angewandten WINKLER ndash Methode ist eine solch enorme Abweichung aufgrund von
Ungenauigkeit jedoch unwahrscheinlich
Als weitere Fehlerquelle ist eine unzureichende Aufbewahrung in Betracht zu ziehen Es
ist durchaus moumlglich dass Sauerstoff aufgrund der Erwaumlrmung waumlhrend des Transports
aus der Probe ausgetreten ist Wahrscheinlich war das genutzte Behaumlltnis nicht
vollstaumlndig abgedichtet sodass geringe Mengen Sauerstoff verloren gehen Auch dies ist
wahrscheinlich nicht bzw nur zu geringen Anteilen Grund fuumlr die starke Abweichung da
die Erwaumlrmung nur geringfuumlgig gewesen sein kann11 und die Probe ansonsten kuumlhl und
nur uumlber einen geringen Zeitraum unbehandelt blieb So kann der Effekt auch auf diese
Weise ebenfalls nur gering ausfallen
Am wahrscheinlichsten ist die Annahme dass die verwendeten Chemikalien nicht in
Ordnung gewesen sind Dafuumlr spricht dass die Substanzen bereits lange aufbewahrt
wurden und man bei der Manganchlorid ndash Loumlsung groumlszligere Mengen an festem
10 Vgl httpdewikipediaorgwikiGC3BCteklasse11 Bei 11degC (Auszligentemperatur des Entahmetages) betraumlgt die maximale Saumlttigung 1067 mgL Der
gemessene Sauerstoffgehalt entspraumlche demnach etwa 1357
8
Niederschlag feststellen konnte In diesem Fall spricht viel dafuumlr dass der geloumlste
Sauerstoff nicht vollstaumlndig gebunden wurde Dementsprechend kann er auch nicht in
vollem Maszlig erfasst werde Dies kann unter Umstaumlnden auch zu houmlheren Abweichungen
fuumlhren wie es hier houmlchstwahrscheinlich der Fall war
43 Phosphatgehalt
431 Bedeutung des Phosphatgehaltes12
Bei Phosphat handelt es sich um einen Pflanzennaumlhrstoff von vielen Das Phosphat
wurde zur Untersuchung ausgewaumlhlt um beispielhaft die Bedeutung von Mineralien in
natuumlrlichen Gewaumlssern aufzuzeigen Das Diagramm (Abb 4) sowie die nachfolgende
Erlaumluterung gilt fuumlr alle uumlblichen Mineralien die in natuumlrlichen Gewaumlssern vorkommen
koumlnnen
Treten Mineralien in unnatuumlrlicher Menge in einem Gewaumlsser auf ist bedeutet dies
zunaumlchst verbesserte Umstaumlnde fuumlr die im betroffenen Biotop vorhanden Produzenten
12 Dieses Kapitel sowie das eingefuumlgte Diagramm (in modifizierter Form) entspringen groumlszligten Teils den Erkenntnissen aus dem Biologie ndash Unterricht der Jahrgangsstufe Q1
9
Abbildung 4 Ablaumlufe in einem Gewaumlsser bei unverhaumlltnismaumlszligiger Mineralienzufuhr
also Wasserpflanzen Dies bedeutet eine Vermehrte Produktion von Sauerstoff was
wiederum fuumlr bessere Lebensumstaumlnde der Konsumenten sorgt Bei starker
Sauerstoffzunahme kann jedoch auch der Tod einiger Konsumenten durch Embolie
eintreten Diese ggf durch Sauerstoffuumlberschuss verendeten Konsumenten sowie auch
die auf andere Weise abgestorbenen in groumlszligerer Anzahl vorhandenen Konsumenten und
Produzenten enden schlieszliglich als totes organisches Material im Gewaumlsser Dieses
organische Material wird von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt Da mehr
organisches Material als uumlblich vorhanden ist wird dementsprechend mehr Sauerstoff
beim Abbau verbraucht Bei einem hohen Grad der Verschmutzung durch Mineralien
kann es zu einer so hohen Sauerstoffzehrung kommen dass die Konsumenten an
Sauerstoffmangel sterben In Extremfaumlllen uumlber einen laumlgeren Zeitraum kann dies
letztlich zur oumlkologischen Zerstoumlrung des Gewaumlssers fuumlhren
Man bezeichnet den Grad der Verunreinigung durch Mineralien als Trophie Man
unterscheidet im Allgemeinen vier Trophiestufen naumlmlich oligotroph (naumlhrstoffarm)
mesotroph (mittleres Naumlhrstoffangebot) eutroph (naumlhrstoffreich) und hypertroph (sehr
naumlhrstoffreich)13 Es gilt Je weniger Naumlhstoffe enthalten sind desto gesuumlnder ist das
Gewaumlsser
Da es sich dabei jedoch um ein wichtiges Pflanzenmineral handelt sollte eine gewisse
Menge durchaus im Gewaumlsser vorhanden sein um die Sauerstoffproduktion zu
gewaumlhrleisten Auszligerdem ist die notwendige oder tolerierbare Menge bei verschiedenen
Mineralien variabel
432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes
Fuumlr eine Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes in dem zu untersuchenden
Gewaumlsser ist zunaumlchst Orthophosphat14 zu einem Farbstoff umzusetzen
Es handelt sich bei dem nachfolgenden Vorgehen um ein Beispiel Da es fuumlr das
Photometer bestimmte Reagenziensaumltze gibt welche nicht preisgeben um welche
Substanzen es sich handelt kann man die konkreten Ablaumlufe nicht genau bestimmen Da
aber die Beschreibungen der Methode mit den tatsaumlchlichen Beobachtungen
uumlbereinstimmen und es sich um bekannte Verfahren handelt ist es nicht
unwahrscheinlich dass es sich dabei um die tatsaumlchlich abgelaufene Reaktion handelt
13 Vgl httpdewikipediaorgwikiTrophiesystem14 Form des Phosphats als welche Phosphat in natuumlrlichen Gewaumlssern idR In houmlchster Konzentration
vorliegt
10
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
Die Sauerstoffsaumlttigung ergibt sich aus der maximalen Loumlslichkeit von Sauerstoff bei der
entsprechenden Temperatur (s Abb 3) Fuumlr 7degC also die Entnahmetemperatur betraumlgt
die maximale Sauerstoffloumlslichkeit 1176 mgL Daraus folgt
1176 mg = 100
1 mg asymp 8503
1448 mg = 12313
Die Sauerstoffsaumlttigung des Untersuchten Flieszliggewaumlssers wuumlrde demnach also lediglich
gut 12 betragen
424 Diskussion moumlglicher Fehlerquellen
Eine Sauerstoffsaumlttigung von 12 in einem Gewaumlsser waumlre ein alarmierendes Anzeichen
fuumlr eine starke Verschmutzung des Gewaumlssers10 Da dies jedoch nicht mit den anderen
Untersuchungsergebnissen in Einklang gebracht werden kann ist bei der Untersuchung
des Sauerstoffgehalts mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler unterlaufen Auf die
Hinweise darauf wird an den entsprechenden Stellen im weiteren Verlauf der Arbeit
hingewiesen
Eine moumlgliche Fehlerquelle ist uumlblicherweise Ungenauigkeit bei der Messung Bei der
angewandten WINKLER ndash Methode ist eine solch enorme Abweichung aufgrund von
Ungenauigkeit jedoch unwahrscheinlich
Als weitere Fehlerquelle ist eine unzureichende Aufbewahrung in Betracht zu ziehen Es
ist durchaus moumlglich dass Sauerstoff aufgrund der Erwaumlrmung waumlhrend des Transports
aus der Probe ausgetreten ist Wahrscheinlich war das genutzte Behaumlltnis nicht
vollstaumlndig abgedichtet sodass geringe Mengen Sauerstoff verloren gehen Auch dies ist
wahrscheinlich nicht bzw nur zu geringen Anteilen Grund fuumlr die starke Abweichung da
die Erwaumlrmung nur geringfuumlgig gewesen sein kann11 und die Probe ansonsten kuumlhl und
nur uumlber einen geringen Zeitraum unbehandelt blieb So kann der Effekt auch auf diese
Weise ebenfalls nur gering ausfallen
Am wahrscheinlichsten ist die Annahme dass die verwendeten Chemikalien nicht in
Ordnung gewesen sind Dafuumlr spricht dass die Substanzen bereits lange aufbewahrt
wurden und man bei der Manganchlorid ndash Loumlsung groumlszligere Mengen an festem
10 Vgl httpdewikipediaorgwikiGC3BCteklasse11 Bei 11degC (Auszligentemperatur des Entahmetages) betraumlgt die maximale Saumlttigung 1067 mgL Der
gemessene Sauerstoffgehalt entspraumlche demnach etwa 1357
8
Niederschlag feststellen konnte In diesem Fall spricht viel dafuumlr dass der geloumlste
Sauerstoff nicht vollstaumlndig gebunden wurde Dementsprechend kann er auch nicht in
vollem Maszlig erfasst werde Dies kann unter Umstaumlnden auch zu houmlheren Abweichungen
fuumlhren wie es hier houmlchstwahrscheinlich der Fall war
43 Phosphatgehalt
431 Bedeutung des Phosphatgehaltes12
Bei Phosphat handelt es sich um einen Pflanzennaumlhrstoff von vielen Das Phosphat
wurde zur Untersuchung ausgewaumlhlt um beispielhaft die Bedeutung von Mineralien in
natuumlrlichen Gewaumlssern aufzuzeigen Das Diagramm (Abb 4) sowie die nachfolgende
Erlaumluterung gilt fuumlr alle uumlblichen Mineralien die in natuumlrlichen Gewaumlssern vorkommen
koumlnnen
Treten Mineralien in unnatuumlrlicher Menge in einem Gewaumlsser auf ist bedeutet dies
zunaumlchst verbesserte Umstaumlnde fuumlr die im betroffenen Biotop vorhanden Produzenten
12 Dieses Kapitel sowie das eingefuumlgte Diagramm (in modifizierter Form) entspringen groumlszligten Teils den Erkenntnissen aus dem Biologie ndash Unterricht der Jahrgangsstufe Q1
9
Abbildung 4 Ablaumlufe in einem Gewaumlsser bei unverhaumlltnismaumlszligiger Mineralienzufuhr
also Wasserpflanzen Dies bedeutet eine Vermehrte Produktion von Sauerstoff was
wiederum fuumlr bessere Lebensumstaumlnde der Konsumenten sorgt Bei starker
Sauerstoffzunahme kann jedoch auch der Tod einiger Konsumenten durch Embolie
eintreten Diese ggf durch Sauerstoffuumlberschuss verendeten Konsumenten sowie auch
die auf andere Weise abgestorbenen in groumlszligerer Anzahl vorhandenen Konsumenten und
Produzenten enden schlieszliglich als totes organisches Material im Gewaumlsser Dieses
organische Material wird von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt Da mehr
organisches Material als uumlblich vorhanden ist wird dementsprechend mehr Sauerstoff
beim Abbau verbraucht Bei einem hohen Grad der Verschmutzung durch Mineralien
kann es zu einer so hohen Sauerstoffzehrung kommen dass die Konsumenten an
Sauerstoffmangel sterben In Extremfaumlllen uumlber einen laumlgeren Zeitraum kann dies
letztlich zur oumlkologischen Zerstoumlrung des Gewaumlssers fuumlhren
Man bezeichnet den Grad der Verunreinigung durch Mineralien als Trophie Man
unterscheidet im Allgemeinen vier Trophiestufen naumlmlich oligotroph (naumlhrstoffarm)
mesotroph (mittleres Naumlhrstoffangebot) eutroph (naumlhrstoffreich) und hypertroph (sehr
naumlhrstoffreich)13 Es gilt Je weniger Naumlhstoffe enthalten sind desto gesuumlnder ist das
Gewaumlsser
Da es sich dabei jedoch um ein wichtiges Pflanzenmineral handelt sollte eine gewisse
Menge durchaus im Gewaumlsser vorhanden sein um die Sauerstoffproduktion zu
gewaumlhrleisten Auszligerdem ist die notwendige oder tolerierbare Menge bei verschiedenen
Mineralien variabel
432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes
Fuumlr eine Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes in dem zu untersuchenden
Gewaumlsser ist zunaumlchst Orthophosphat14 zu einem Farbstoff umzusetzen
Es handelt sich bei dem nachfolgenden Vorgehen um ein Beispiel Da es fuumlr das
Photometer bestimmte Reagenziensaumltze gibt welche nicht preisgeben um welche
Substanzen es sich handelt kann man die konkreten Ablaumlufe nicht genau bestimmen Da
aber die Beschreibungen der Methode mit den tatsaumlchlichen Beobachtungen
uumlbereinstimmen und es sich um bekannte Verfahren handelt ist es nicht
unwahrscheinlich dass es sich dabei um die tatsaumlchlich abgelaufene Reaktion handelt
13 Vgl httpdewikipediaorgwikiTrophiesystem14 Form des Phosphats als welche Phosphat in natuumlrlichen Gewaumlssern idR In houmlchster Konzentration
vorliegt
10
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
Niederschlag feststellen konnte In diesem Fall spricht viel dafuumlr dass der geloumlste
Sauerstoff nicht vollstaumlndig gebunden wurde Dementsprechend kann er auch nicht in
vollem Maszlig erfasst werde Dies kann unter Umstaumlnden auch zu houmlheren Abweichungen
fuumlhren wie es hier houmlchstwahrscheinlich der Fall war
43 Phosphatgehalt
431 Bedeutung des Phosphatgehaltes12
Bei Phosphat handelt es sich um einen Pflanzennaumlhrstoff von vielen Das Phosphat
wurde zur Untersuchung ausgewaumlhlt um beispielhaft die Bedeutung von Mineralien in
natuumlrlichen Gewaumlssern aufzuzeigen Das Diagramm (Abb 4) sowie die nachfolgende
Erlaumluterung gilt fuumlr alle uumlblichen Mineralien die in natuumlrlichen Gewaumlssern vorkommen
koumlnnen
Treten Mineralien in unnatuumlrlicher Menge in einem Gewaumlsser auf ist bedeutet dies
zunaumlchst verbesserte Umstaumlnde fuumlr die im betroffenen Biotop vorhanden Produzenten
12 Dieses Kapitel sowie das eingefuumlgte Diagramm (in modifizierter Form) entspringen groumlszligten Teils den Erkenntnissen aus dem Biologie ndash Unterricht der Jahrgangsstufe Q1
9
Abbildung 4 Ablaumlufe in einem Gewaumlsser bei unverhaumlltnismaumlszligiger Mineralienzufuhr
also Wasserpflanzen Dies bedeutet eine Vermehrte Produktion von Sauerstoff was
wiederum fuumlr bessere Lebensumstaumlnde der Konsumenten sorgt Bei starker
Sauerstoffzunahme kann jedoch auch der Tod einiger Konsumenten durch Embolie
eintreten Diese ggf durch Sauerstoffuumlberschuss verendeten Konsumenten sowie auch
die auf andere Weise abgestorbenen in groumlszligerer Anzahl vorhandenen Konsumenten und
Produzenten enden schlieszliglich als totes organisches Material im Gewaumlsser Dieses
organische Material wird von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt Da mehr
organisches Material als uumlblich vorhanden ist wird dementsprechend mehr Sauerstoff
beim Abbau verbraucht Bei einem hohen Grad der Verschmutzung durch Mineralien
kann es zu einer so hohen Sauerstoffzehrung kommen dass die Konsumenten an
Sauerstoffmangel sterben In Extremfaumlllen uumlber einen laumlgeren Zeitraum kann dies
letztlich zur oumlkologischen Zerstoumlrung des Gewaumlssers fuumlhren
Man bezeichnet den Grad der Verunreinigung durch Mineralien als Trophie Man
unterscheidet im Allgemeinen vier Trophiestufen naumlmlich oligotroph (naumlhrstoffarm)
mesotroph (mittleres Naumlhrstoffangebot) eutroph (naumlhrstoffreich) und hypertroph (sehr
naumlhrstoffreich)13 Es gilt Je weniger Naumlhstoffe enthalten sind desto gesuumlnder ist das
Gewaumlsser
Da es sich dabei jedoch um ein wichtiges Pflanzenmineral handelt sollte eine gewisse
Menge durchaus im Gewaumlsser vorhanden sein um die Sauerstoffproduktion zu
gewaumlhrleisten Auszligerdem ist die notwendige oder tolerierbare Menge bei verschiedenen
Mineralien variabel
432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes
Fuumlr eine Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes in dem zu untersuchenden
Gewaumlsser ist zunaumlchst Orthophosphat14 zu einem Farbstoff umzusetzen
Es handelt sich bei dem nachfolgenden Vorgehen um ein Beispiel Da es fuumlr das
Photometer bestimmte Reagenziensaumltze gibt welche nicht preisgeben um welche
Substanzen es sich handelt kann man die konkreten Ablaumlufe nicht genau bestimmen Da
aber die Beschreibungen der Methode mit den tatsaumlchlichen Beobachtungen
uumlbereinstimmen und es sich um bekannte Verfahren handelt ist es nicht
unwahrscheinlich dass es sich dabei um die tatsaumlchlich abgelaufene Reaktion handelt
13 Vgl httpdewikipediaorgwikiTrophiesystem14 Form des Phosphats als welche Phosphat in natuumlrlichen Gewaumlssern idR In houmlchster Konzentration
vorliegt
10
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
also Wasserpflanzen Dies bedeutet eine Vermehrte Produktion von Sauerstoff was
wiederum fuumlr bessere Lebensumstaumlnde der Konsumenten sorgt Bei starker
Sauerstoffzunahme kann jedoch auch der Tod einiger Konsumenten durch Embolie
eintreten Diese ggf durch Sauerstoffuumlberschuss verendeten Konsumenten sowie auch
die auf andere Weise abgestorbenen in groumlszligerer Anzahl vorhandenen Konsumenten und
Produzenten enden schlieszliglich als totes organisches Material im Gewaumlsser Dieses
organische Material wird von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt Da mehr
organisches Material als uumlblich vorhanden ist wird dementsprechend mehr Sauerstoff
beim Abbau verbraucht Bei einem hohen Grad der Verschmutzung durch Mineralien
kann es zu einer so hohen Sauerstoffzehrung kommen dass die Konsumenten an
Sauerstoffmangel sterben In Extremfaumlllen uumlber einen laumlgeren Zeitraum kann dies
letztlich zur oumlkologischen Zerstoumlrung des Gewaumlssers fuumlhren
Man bezeichnet den Grad der Verunreinigung durch Mineralien als Trophie Man
unterscheidet im Allgemeinen vier Trophiestufen naumlmlich oligotroph (naumlhrstoffarm)
mesotroph (mittleres Naumlhrstoffangebot) eutroph (naumlhrstoffreich) und hypertroph (sehr
naumlhrstoffreich)13 Es gilt Je weniger Naumlhstoffe enthalten sind desto gesuumlnder ist das
Gewaumlsser
Da es sich dabei jedoch um ein wichtiges Pflanzenmineral handelt sollte eine gewisse
Menge durchaus im Gewaumlsser vorhanden sein um die Sauerstoffproduktion zu
gewaumlhrleisten Auszligerdem ist die notwendige oder tolerierbare Menge bei verschiedenen
Mineralien variabel
432 Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes
Fuumlr eine Photometrische Bestimmung des Phosphatgehaltes in dem zu untersuchenden
Gewaumlsser ist zunaumlchst Orthophosphat14 zu einem Farbstoff umzusetzen
Es handelt sich bei dem nachfolgenden Vorgehen um ein Beispiel Da es fuumlr das
Photometer bestimmte Reagenziensaumltze gibt welche nicht preisgeben um welche
Substanzen es sich handelt kann man die konkreten Ablaumlufe nicht genau bestimmen Da
aber die Beschreibungen der Methode mit den tatsaumlchlichen Beobachtungen
uumlbereinstimmen und es sich um bekannte Verfahren handelt ist es nicht
unwahrscheinlich dass es sich dabei um die tatsaumlchlich abgelaufene Reaktion handelt
13 Vgl httpdewikipediaorgwikiTrophiesystem14 Form des Phosphats als welche Phosphat in natuumlrlichen Gewaumlssern idR In houmlchster Konzentration
vorliegt
10
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
Zunaumlchst reagiert Ammoniumheptamolybdat in saurem Milieu mit Wasser zu farbloser
Isomolybdnsaumlure
Die Isomolybdaumlnsaumlure reagiert im zweiten Schritt mit dem Orthophosphat unter
Wasserabspaltung zu Phosphormolybdaumlnsaumlure
Phosphormolybdaumlnsaumlure reagiert abschlieszligend mit einem geeigneten Reduktionsmittel
zu dem blauen Farbstoff Phosphormolybdaumlnblau welcher photometrisch erfasst werden
kann
Man misst einen Phosphatgehalt von 09 mgL15
44 Sulfatgehalt
441 Bedeutung des Sulfatgehaltes
15 Da dies ein eher geringer Anteil ist kann man im Hinblick auf die vorher eroumlrterten Bedeutung des Phosphats vermuten dass der Sauerstoffgehalt in Ordnung sein muss
11
Abbildung 5 Form von Schwefel bei Ab- bzw Anwesenheit von Sauerstoff
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
Im Folgenden soll auf die Bedeutung von Schwefelverbindungen in natuumlrlichen
Gewaumlssern eingegangen werden Dabei werden lediglich Sulfate und
Schwefelwasserstoff betrachtet da diese die Verbindungen sind die in Gewaumlssern
hauptsaumlchlich vorhanden sind Andere Schwefelverbindungen koumlnnen daher
vernachlaumlssigt bleiben
Bei der Abbildung (Abb 5 S11) handelt es sich um einen kleinen Ausschnitt aus dem
Schwefelkreislauf Sie zeigt dass Schwefelwasserstoff bei Sauerstoffanwesenheit von
aeroben Bakterien zu Sulfationen umgesetzt wird und Sulfationen wiederum bei
Sauerstoffabwesenheit zu Schwefelwasserstoff Schwefelwasserstoff und Sauerstoff
schlieszligen sich also gegenseitig so gut wie aus16
Schwefelwasserstoff ist ein hochgiftiger Stoff welcher an seinem unangenehmen
Geruch zu erkennen ist So ist schon vor einer genauen Analyse festzustellen ob eine
Schwefelwasserstoffbelastung vorliegt
Sulfat hingegen ist in angemessenen Mengen nicht schaumldlich und dient als
Pflanzennaumlhrstoff Es ist fuumlr ein natuumlrliches Gewaumlsser also erstrebenswert einen
gewissen Sulfatgehalt aufweisen zu koumlnnen Ein natuumlrliches Gewaumlsser enthaumllt in der
Regel bis zu 50 mg Sulfat pro Liter
442 Photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes17
Die photometrische Bestimmung des Sulfatgehaltes erfolgt uumlber die Faumlllung von
Bariumsulfat
Zur gefilterten Probe wird Bariumchlorid gegeben Wasserunloumlsliches Bariumsulfat faumlllt
daraufhin als Feststoff aus welcher Licht absorbiert sodass auf diese Weise der
Sulfatgehalt Photometrisch ermittelt werden kann
16 Obwohl der Gehalt an Schwefelwasserstoff nicht untersucht wurde ist davon auszugehen dass dieser verschwindend klein ist da es zum einen keine aumluszligeren Anzeichen (zB Geruch) dafuumlr gab und zum anderen da der Sulfatgehalt etwa dem eines gesunden Gewaumlssers entspricht (Sogar etwas erhoumlht ist) Auch dies ist ein Anzeichen fuumlr eine gute Sauerstoffsaumlttigung
17 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlusulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml
12
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
Man erhaumllt ein Ergebnis von 57 mgL
45 Gehalt an geloumlsten Stickstoffverbindungen
451 Bedeutung des Stickstoffes
Die Abbildung beschraumlnkt sich auf die drei Stickstoffverbindungen die fuumlr die
durchgefuumlhrte Wasseranalyse relevant sind namentlich Ammonium Nitrit und Nitrat
Organisches Material (zB abgestorbene Produzenten) werden von Destruenten zersetzt
wobei die im zersetzten Material vorhandenen anorganischen Stoffe zu Mineralien
umgesetzt werden in diesem Fall zu Ammoniumionen oder Ammoniak Dies ist vom
pH ndash Wert abhaumlngig in alkalischem Milieu liegt uumlberwiegend Ammoniak vor in saurem
Milieu Ammonium
Die jeweilige Form wird bei Anwesenheit von Sauerstoff von aeroben Bakterien zu
Nitrit umgewandelt welches schlieszliglich von aeroben Bakterien zu Nitrat umgesetzt
wird
Sowohl Ammonium (bzw Ammoniak) als auch im Besonderen Nitrit sind fuumlr die
meisten im Biotop lebenden Organismen teilweise schon in geringen Mengen toxisch
Nitrat ist hingegen aumlhnlich wie Sulfat ein wichtiger Pflanzennaumlhrstoff (s Abb 6) und
13
Abbildung 6 Stickstoffkreislauf (Ausschnitt)
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
nicht fuumlr andere Organismen schaumldlich
Ist der Sauerstoffgehalt im Wasser gering findet diese Kette ruumlcklaumlufig statt Man
erkennt deutliche Parallelen zu dem betrachteten Teil des Schwefelkreislaufs Auch hier
ist ein hoher Sauerstoffgehalt positiv damit die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes
die unschaumldliche und zugleich nuumltzliche Form in houmlchster Konzentration vorliegt
452 Photometrische Bestimmung des Nitritgehaltes
Bei der photometrischen Bestimmung des Nitritgehaltes wird mit dem enthaltenen Nitrit
ein Azofarbstoff synthetisiert Die nachfolgende Farbtoffsynthese ist beispeilhaft
aufgefuumlhrt man kann zu diesem Zweck theoretisch jeden Azofarbstoff herstellen
Als erstes wird das Diazoniumion hergestellt Sulfanilamid dient in diesem Fall als
Diazoniumkomponente
Es folgt die Kupplung mit einem aromatischen System als Kupplungskomponente Man
erhaumllt schlieszliglich einen intensiv rot gefaumlrbten Azofarbstoff der fuumlr die photometrische
Bestimmung geeignet ist
So wurde ein Nitritgehalt von 082 mgL gemessen werden
14
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
453 Photometrische Bestimmung des Nitratgehaltes
Der Nitratgehalt kann bestimmt werden indem man das geloumlste Nitrat mit Hilfe eines
geeigneten Reduktionsmittels zu Nitrit reduziert
Es folgt das selbe Verfahren welches bei der Nitritgehaltbestimmung angewandt wurde
Fuumlr das untersuchte Flieszliggewaumlsser ergibt sich daraus ein Nitratgehalt von 2019 mgL18
454 Photometrische Bestimmung des Ammoniumgehaltes19
Diese Form des Stickstoffes liegt in saurem Milieu als Ammonium vor und in
alkalischem Milieu als Ammoniak Bei dem gemessenen pH ndash Wert von 71 liegen die
beiden Formen demnach ungefaumlhr in gleicher Menge vor Da der im Folgenden
beschriebene Reaktionsmechanismus in alkalischer Loumlsung stattfindet ist ausschlieszliglich
Ammoniak vorhanden
Zunaumlchst reagiert Natriumdichlorcyanurat in alkalischer Loumlsung zu Natriumhypochlorit
Das Natriumhypochlorit reagiert daraufhin mit dem Ammoniak zu Chloramin und
18 Die houmlchstoxidierte Form des Stickstoffes liegt in der houmlchsten Konzentration vor was ein weiterer Hinweis darauf ist dass eine normale Sauerstoffsaumlttigung vorliegt
19 Vgl httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
15
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
Natronlauge
Mit Natriumsalicylat reagiert das Chloramin zu N-Chlorchinonimin
Das N-Chlorchinonimin reagiert zum Schluss mit weiterem Natriumsalicylat unter
Abspaltung von Salzsaumlure zu einem blaugruumlnen Indophenolaumlhnlichen Farbstoff
Nach photometrischer Messung erhaumllt man einen Wert der geringer als 005 mgL liegt
sodass dieser nicht mehr genau bestimmt werden kann
16
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
20
6 Reacutesumeacute in besonderem Hinblick auf die Sauerstofffrage Nach Eroumlrterung der Ergebnisse wird klar dass der gemessene Sauerstoffgehalt von
1448 mgL nicht der Wirklichkeit entsprechen kann
Bei allen untersuchten Stoffen spielt der Sauerstoff bzw aerobe und anaerobe Bakterien
eine uumlberaus relevante Rolle Man erkennt beispiellos wie die einzelnen Systeme und
Stoffkreislaumlufe innerhalb des Oumlkosystems des Flieszliggewaumlssers20 ineinander greifen und
nicht vollstaumlndig separat voneinander betrachtet werden koumlnnen
Vor diesem Hintergrund ist es moumlglich eine Voraussage uumlber den Sauerstoffgehalt und
die Sauerstoffsaumlttigung zu treffen obwohl die Untersuchung in diesem Fall eindeutig in
eine falsche Richtung lenkt Da es viele Anzeichen fuumlr eine hohe Gewaumlsserguumlte gibt und
es insbesondere auch diverse Hinweise auf eine gute Sauerstoffversorgung gibt kann
man eine Sauerstoffsaumlttigung von etwa 90 und houmlher schaumltzen
Dies ist natuumlrlich sehr ungenau und kann ebenso in die Irre leiten Auszligerdem wurde nur
ein kleiner Teil der moumlglichen Analyseparamter betrachtet Trotz alledem ist diese
Einschaumltzung sehr viel realistischer als die Ermittelten Werte
7 Beurteilung des Gewaumlssers und Beantwortung der Leitfrage
Parameter Richtwert Ergebnisse
pH ndash Wert 65 ndash 9521 71
Sauerstoffsaumlttigung 100 = 1176mgL22
1448 mgL = 123
Phosphatgehalt Max 695 mgL23 09 mgL
Sulfatgehalt Max 250 mgL 57 mgL
Nitritgehalt Max 05 mgL 082 mgL
Nitratgehalt Max 50 mgL 2019 mgL
Ammoniumgehalt Max 05 mgL lt 05 mgL
20 Und auch Stehgewaumlssers21 Vgl Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr denmenschlichen Gebrauch (Kuumlnftig zitiert TrinkwV 2001)22 Vgl Abb 323 Vgl TrinkwV 2001 (ebenfalls geltend fuumlr alle weiteren in der Tabelle aufgefuumlhrten Richtwerte
17
Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
18
Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
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Die Richtwerte stammen alle mit Ausnahme des Wertes fuumlr Sauerstoff aus der
Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz von 2001 Obwohl es sich bei
dem Muumlhlenbach nicht um ein Gewaumlsser zur Trinkwasserversorgung handelt sind die
Richtwerte der Verordnung dennoch fuumlr die Beurteilung geeignet da die Werte mit den
Werten aus anderen Richtlinien ohne groumlszligere Abweichungen uumlbereinstimmen Ansonsten
ist eine rein oumlkologische Beurteilung schwierig wenn man wie hier vorgenommen nur
einen kleinen Teilausschnitt der Analyse betrachtet
Wie man in der Tabelle noch einmal im Uumlberblick erkennt sind beinahe alle Ergebnisse
weit unter der Maximalgrenze Ausgenommen ist davon lediglich der Nitritgehalt bei
dem man eine leichte Erhoumlhung feststellen kann Auf den Sauerstoffgehalt muss in
diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen werden
Der Muumlhlenbach steht unter Naturschutz und bei der Analyse wird dies auch klar In dem
zu beurteilenden Rahmen findet man ein nahezu vorbildliches Gewaumlsser vor Mit Blick
auf die Trinkwasserverordnung boumlte es sich auch nach Reinigung sogar zum
menschlichen Verzehr an zumindest soweit man dies auf der vorhandenen Grundlage
beurteilen kann
Doch das Wasser ist nicht klar Es weist eine gewisse Truumlbung auf die viele Menschen
wahrscheinlich davon abschrecken wuumlrden dem Bach zu nahe zu kommen Insofern
kann man eines deutlich festhalten
Das untersuchte Flieszliggewaumlsser ist in der Tat schmutzig doch mit Sicherheit nicht
verschmutzt
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Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
19
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Literaturverzeichnis
1 httpdewikipediaorg (Fuszlignoten 4 7 10 13)
2 httpwwwchemgapediadevsenginevluvscdech6acversucheanionen_vlu
sulfatvluPagevscdech6acversucheanionensulfatnachweisvscmlhtml (Fuszlignote
17)
3 Otto Matthias Analytische Chemie WILEY-VCH Verlag GmbH amp Co KGaA
3 Auflage 2006 (Fuszlignote 6)
4 httpamorcmshu-berlinde~genslermfilesanIII_praktikumFIA_Am2005pdf
(Fuszlignote 19)
5 Verordnung uumlber die Qualitaumlt von Wasser fuumlr den menschlichen Gebrauch des
Bundesministeriums der Justiz und fuumlr Verbraucherschutz 2001 (Fuszlignoten 21 23)
Link httpwwwgesetze-im-internetdebundesrechttrinkwv_2001gesamtpdf
Grafikverzeichnis
Abb 1 Arbeitsweise eines Photometers
Quelle
httpswwwuni-hohenheimdelehre370weinbaubild_htmmessenphoto2htm
Abb 2 allgemeine Versuchsanordnung bei Titration
Quellehttpwwwchemienetinfo7-titrhtml
Abb 3 Sauerstoffloumlslichkeit in Wasser in Abhaumlngigkeit von der Temperatur
Quellehttpwwwchemie-masterdeFrameHandlerphploc=httpwwwchemie-masterdepsepsephpmodul=tab13
Alle weiteren Abbildungen wurden von der Verfasserin dieser Arbeit unter Einbeziehungvon Erkenntnissen aus dem Schulunterricht selbst erstellt
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