Geräte für den Nachweis gelöster Substanzen

Verfahren

Kolorimetrische Verfahren

Um im Wasser gelöste Substanzen nachweisen zu können, bedient man sich heute vorwiegend kolorimetrischer Methoden. Dabei macht man sich die Eigenschaft vieler Substanzen zunutze, mit bestimmten Chemikalien spezifisch zu reagieren und dabei farbige Verbindungen zu bilden. Farbton und Farbstärke der entstehenden Lösungen hängen bei diesen Nachweismethoden von der Konzentration der nachzuweisenden Substanzen ab. Beispielsweise bilden bestimmte Reagenzien mit Nitrit einen Farbstoff, dessen Konzentration der vorliegenden Nitritmenge proportional ist.
Bei pH- Messungen bildet sich durch Verwendung von Indikatorfarbstoffgemischen für jeden pH-Wert ein charakteristischer Farbton. Mit Hilfe von Vergleichsskalen lässt sich also aus Farbton und Farbstärke die Konzentration einer Substanz bestimmen.

Trübstoffe und Eigenfärbung des Wassers können das Meßergebnis negativ beeinflussen. Deshalb muss abgewartet werden, bis sich die Trübstoffe abgesetzt haben. Da dies je nach Trübstoff viel Zeit in Anspruch nahmen kann, kann die Wasserprobe auch filtriert werden.
Eine stärkere Eigenfärbung muss kompensiert werden. An der Art der Behandlung der zu untersuchenden Wasserprobe ändert sich dabei nichts. Für den Farbvergleich füllt man eine Kompensationsküvette mit Wasser der Probe, dem keine Reagenzien zugesetzt werden. Bei dem Farbvergleich wird diese Kompensationsküvette über die Farbvergleichsstandards gehalten und auf diese Weise die Eigenfarbe der Lösung kompensiert.

Titrimetrische Verfahren

Prinzip und Methode

Bei solchen Wasserinhaltsstoffen, die sich nicht definiert in abgestuft farbige Verbindungen überführen lassen, wird die Bestimmung ihrer Konzentration titrimetrisch durchgeführt. Bei diesem Verfahren gibt man aus einer Pipette solange tropfenweise Titrationslösung zu dem genau abgemessenen Volumen Prüfflüssigkeit, bis ein vorher zugesetzter Indikator umschlägt, d.h. plötzlich seine Farbe wechselt.

Die Titrationslösung ist eine Maßlösung, die mit der Prüfflüssigkeit reagiert. Sie wird so lange zugegeben, bis das Titrationsgefäß äquivalente Mengen der reagierenden Stoffe enthält d.h. die darin enthaltenen Stoffmengen miteinander reagieren, ohne dass von dem einen oder anderen Stoff etwas übrigbleibt. Die Menge der bis zum Farbumschlag des Indikators verbrauchten Titrationslösung entspricht dementsprechend der Konzentration der gesuchten Substanz in der Wasserprobe

Geräte

Geräte des Schullabors

Prinzipiell lassen sich diese Verfahren für die meisten Substanzen auch in der Schule mit der Ausstattung des Chemielabors durchführen.

Dazu werden Lösungen unterschiedlicher Konzentrationen (sog. Standards) der nachzuweisenden Substanz hergestellt. Diese werden nun mit den Nachweisreagenzien genauso versetzt wie die Wasserprobe unbekannter Konzentration. Durch den Farbvergleich der Wasserprobe mit den Standards lässt sich die gesuchte Konzentration in etwa bestimmen. An einen Einsatz dieser Methode im Gelände ist jedoch nicht zu denken, da der apparative Aufwand zu groß ist. Hinzu kommt, dass chemische Kenntnisse Voraussetzung sind, die häufig nicht vorhanden und für die Verwendung des zu bestimmenden Wertes auch nicht dringend notwendig sind.

Diese Problematik ist nicht nur für die Schule typisch. Sie tritt im Grunde genommen in allen Bereichen auf, wo rasch und zuverlässig Wasser auch von ungelernten Kräften auf seine Inhaltsstoffe hin untersucht werden muss, wie z.B. in Kesselhäusern, Kläranlagen, Schwimmbädern, verschiedenen industriellen Bereichen. Sie wurde von verschiedenen Firmen bereits vor einiger Zeit erkannt, und sie entwickelten eine Reihe von Schnelltestbestecken, die es auch dem "chemischen Laien" ermöglichen, rasch und unkompliziert brauchbare Werte zu erhalten.

Schnelltests

Schnelltestbestecke

Der Analysenbereich dieser Testbestecke ist auf die gesetzlichen Vorgaben abgestimmt. Soweit die Anforderungen an einen Schnelltest es zulassen, basieren sie auf den Methoden der Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung der Gesellschaft Deutscher Chemiker.

Vorteile der Testbestecke: Der entscheidende Vorteil dieser Testbestecke ist die schnelle und unproblematische Handhabung. Chemikalien und Geräte zur Bestimmung eines Wasserinhaltsstoffes, z.B. des Sauerstoffgehaltes, sind aufeinander abgestimmt; die Bedienungsanleitungen (z.Z. in Pictogrammform) sind i.d.R. so abgefasst, dass sie auch von jüngeren Schülern verstanden und umgesetzt werden können.

Wasserkoffer und/oder Einzelbestecke

Angeboten werden diese Testbestecke in Form von Analysenkoffern, in denen Einzelbestecke für bestimmte Zwecke, z.B. für die Ermittlung der Wassergüte und der Verschmutzung bei Auftreten von vorwiegend kommunalen Abwässern oder für den Schulbereich entweder bereits zusammengestellt sind oder nach eigenem Bedarf zusammengestellt werden können.

Angeboten werden aber auch Einzeltestbestecke, bei denen alle für die Bestimmung eines Parameters notwendigen Reagenzien und Geräte in einer kleinen stabilen Kunststoffbox enthalten sind. Die Menge der Reagenzien reicht bei diesen Einzeltestbestecken - je nach Angebot - für eine größere Anzahl von Analysen wie bei denen des Koffers.

Alle im Koffer bzw. Testbesteck enthaltenen Reagenzien sollten gemäß GUV-Regel für den Umgang mit Gefahrstoffen im Unterricht (GUV-SR 2004) und somit für den Schulunterricht und Schülerversuche zugelassen sein.

Haltbarkeit

Die garantierte Haltbarkeit der Reagenzien ist unterschiedlich. Für Testbestecke, bei denen keine Einschränkung bezüglich der Haltbarkeit vermerkt ist, sollte sie für 18 Monate garantiert sein.
Sowohl für den Analysenkoffer, als auch für die Einzelbestecke sollten Reagenzien-Nachfüllpackungen angeboten werden, sodass unbrauchbar gewordene oder aufgebrauchte Chemikalien relativ preiswert ersetzt werden können.

Entscheidungshilfe für die Anschaffung

Vor der Entscheidung darüber, welche Analysesets im Koffer oder als Einzeltestbestecke angeschafft werden sollen, sollten folgende Fragen geklärt werden:

  • Welche Wasserqualität und -inhaltsstoffe sind in dem Gewässer, das untersucht werden soll, zu erwarten?
  • Welches Alter und welchen Wissensstand haben die Schüler?
  • Welche Anzahl von Analysen wird voraussichtlich im Jahr durchgeführt?

Es hat wenig Sinn, Testbestecke anzuschaffen für Parameter, die in dem zu untersuchenden Gewässer mit großer Wahrscheinlichkeit keine Rolle spielen. Hinweise darauf kann man u.U. von Angelsportlern oder Bachpaten erhalten.

Es hat außerdem wenig Sinn, Werte zu messen, deren Bedeutung und ökologische Beziehungen den Schülern aufgrund ihres Wissensstandes nicht plausibel gemacht werden können. Einige wenige Werte zu messen, diese aber sorgfältig aufzuarbeiten, ist der didaktisch sinnvollere Weg.
Ist zu erwarten, dass viele Analysen innerhalb des Verfallszeitraumes der Testchemikalien durchgeführt werden, dann ist die Anschaffung der Einzeltests i.d.R. kostengünstiger, als die Anschaffung des Koffers.
Hier lohnt sich der Vergleich zwischen einer Zusammenstellung von Einzeltestbestecken für dieselben Parameter und einem entsprechend ausgestatteten Koffer.
Der Koffer hat zweifellos den Vorteil der Handlichkeit.

Methodisch gesehen, haben die Einzeltestbestecke jedoch einen gewissen Vorteil: man kann sie problemlos im Gelände oder auch im Praktikumsraum unter die Arbeitsgruppen verteilen und die Schüler selbständig damit arbeiten lassen.