Chemische Reaktionen in der Wasseranalyse€¦ · Orientierung wird zunächst immer das Prinzip der Analysenmethode beschrieben. Viele Methoden arbeiten zur Bestimmung des jeweiligen

Chemische Reaktionen in der Wasseranalyse

Rolf Pohling

Chemische Reaktionen in der Wasseranalyse

ISBN 978-3-642-36353-5 ISBN 978-3-642-36354-2 (eBook)DOI 10.1007/978-3-642-36354-2

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Planung und Lektorat: Dr. Rainer Münz, Dr. Christoph Iven, Carola Lerch Abbildungen: Dr. Wolfgang Zettlmeier

Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier

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Rolf PohlingFortalezaBrasilien

V

Vorwort

Wasser ist das Lebensmittel Nr. 1 und die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Etwa eine Milliarde Menschen, vor allem in weiten Regionen Afrikas, hat keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Der permanente Wassermangel ist durch klima-tische Faktoren und den fortschreitenden Klimawandel bedingt. Aber auch an sich unproblematische Regionen wie Frankreich und Deutschland haben in den letz-ten Jahren unter Trockenheit gelitten. Neben den natürlichen klimabedingten Vor-kommnissen hat auch die fortschreitende Verschmutzung der vorhandenen Was-serressourcen Einfluss auf den Wasserhaushalt der Erde. Um die Wasserqualität beurteilen, die Qualität der aufbereiteten eingeleiteten Abwässer kontrollieren und den Verschmutzungsgrad einschätzen zu können, kommt der Wasseranalyse des-halb eine immer größere Bedeutung zu. Dadurch kann man die Gewässer sauber halten und eine weitere Verschmutzung vermeiden. Aber auch in Trinkwasserauf-bereitungsanlagen spielt die Wasseranalyse eine qualitätsbestimmende Rolle, denn jede Stufe der Anlage muss täglich oder sogar stündlich überwacht werden, um ihre den Anforderungen entsprechende Funktionsweise zu garantieren. Dadurch ergibt sich ein Zusammenhang zwischen Volksgesundheit und Wasseranalyse. In diesem Kontext ist die große Verantwortung des Wasseranalytikers hervorzuheben.

Das vorliegende Buch richtet sich an den Wasseranalytiker. Es ist als eine Infor-mationsquelle zu chemischen Reaktionen, Vorkommen, Bedeutung und Herkunft der Verschmutzungsparameter gedacht, ohne dabei jedoch Anspruch auf Vollstän-digkeit zu erheben. Vielmehr ermöglicht die Beschreibung der wichtigsten Fakten und chemischen Reaktionen sowie ihre Darstellung in Form chemischer Reaktions-gleichungen einen schnellen Informationszugriff. Dieses Buch versteht sich nicht als „Kochbuch“ für die analytischen Methoden des Wassers, sondern will zum bes-seren Verständnis der ihnen zugrunde liegenden chemischen Reaktionen und der Beseitigung von Störungen beitragen. Von Aluminium bis Zink werden 40 relevan-te Parameter in alphabetischer Reihenfolge vorgestellt. Im Sinne einer schnellen Orientierung wird zunächst immer das Prinzip der Analysenmethode beschrieben. Viele Methoden arbeiten zur Bestimmung des jeweiligen Parameters mit organi-schen Reagenzien. Ziel ist es, die den Methoden zugrunde liegenden Reaktionen für den Analytiker darzustellen. Auch wenn Metalle heute vorwiegend durch Atomab-sorptionsspektrometrie bestimmt werden, stehen für Laboratorien, die solche Me-thoden nicht einsetzen können, nasschemische Verfahren zur Verfügung. Auch viele Fertigtests für die mobile Wasseranalyse beruhen auf nasschemischen Analysenver-

VI Vorwort

fahren. Diese werden kurz erwähnt; soweit sie nicht auf den vorher beschriebenen Verfahren beruhen, wird kurz auf die zugrunde liegenden Reaktionen eingegangen. Auch die Fließinjektionsanalyse beruht größtenteils auf nasschemischen Reaktio-nen. Der Vollständigkeit halber wird kurz auch auf die instrumentellen Analysen-verfahren hingewiesen. Im Anhang findet sich ein Glossar mit den wichtigsten im Text erwähnten Fachausdrücken.

Das Buch eignet sich auch für Studierende, die im Rahmen ihres Studiums ein wasseranalytisches Praktikum durchführen müssen, für die Ausbildung von Che-mielaboranten, Chemietechnikern und Chemie-Ingenieuren sowie für alle, die sich für die Wasseranalyse interessieren.

Ich würde mich freuen, wenn dieses Buch einen Beitrag zum besseren prakti-schen Verständnis der Wasseranalyse leisten kann. Verbesserungsvorschläge und eventuelle Korrekturen nehme ich gern entgegen.

Fortaleza (Brasilien) 2014 Rolf Pohling

VII

Inhaltsverzeichnis

1 Aluminium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.1 Kaolinisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2 Auflösung von aluminiumhaltigen Mineralien in saurem

und in alkalischem Medium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3.1 Photometrische Bestimmung mit Eriochromcyanin R . . . . . 31.3.2 Photometrische Bestimmung mit Aluminon . . . . . . . . . . . . . 31.3.3 Photometrische Bestimmung mit Alizarin oder Alizarin S . . . 41.3.4 Instrumentelle Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3.5 Fertigtests (Mobile Analytik) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 Ammonium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.3.1 Photometrisch als Indophenolblau nach der Berthelot-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.3.2 Photometrisch mit Neßlers Reagenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3.3 Acidimetrische Bestimmung nach Destillation . . . . . . . . . . . 132.3.4 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.3.5 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3 Arsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.3.1 Photometrisch mit Silberdiethyldithiocarbamat . . . . . . . . . . 183.3.2 Photometrische Bestimmung des anorganischen

Gesamtarsens mit Silberdiethyldithiocarbamat, gelöst in Pyridin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.3.3 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.3.4 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

VIII Inhaltsverzeichnis

4 Barium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.3.1 Turbidimetrisch als Bariumsulfat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264.3.2 Photometrisch mit Sulfonazo III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264.3.3 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.3.4 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5 Blei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295.2 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5.3.1 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315.3.2 Photometrisch mit Dithizon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315.3.3 Photometrisch mit Natriumdiethyldithiocarbamat . . . . . . . . . 335.3.4 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

6 Bor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

6.3.1 Photometrisch mit Curcumin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366.3.2 Photometrisch mit Carmin oder Carminsäure . . . . . . . . . . . . 376.3.3 Photometrisch mit Azomethin H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386.3.4 Maßanalytisch mit Mannit (Mannitol) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396.3.5 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416.3.6 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

7 Bromid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

7.3.1 Qualitativer Nachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447.3.2 Photometrische Bestimmung mit Phenolrot . . . . . . . . . . . . . 447.3.3 Iodometrische Bestimmung von Bromid

und Iodid nebeneinander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457.3.4 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

8 Cadmium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

8.3.1 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508.3.2 Photometrisch mit Dithizon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518.3.3 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

IXInhaltsverzeichnis

9 Calcium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

9.3.1 Volumetrisch mit EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure-Natriumsalz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

9.3.2 Photometrisch mit Glyoxalbis(2-hydroxyanil) (GBHA) . . . . 569.3.3 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579.3.4 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

10 Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5910.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5910.2 Vorkommen von organischen Verbindungen im Wasser . . . . . . . . . . 60

10.2.1 Natürliche Gewässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6010.2.2 Häusliche Abwässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6010.2.3 Industrieabwässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

10.3 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6210.3.1 Beispiele für die Oxidation einiger organischer

Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6210.4 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

10.4.1 Nasschemischer Aufschluss am offenen Rückfluss (Makromethode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

10.4.2 Nasschemischer Aufschluss am geschlossenen Rückfluss (Mikromethode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

11 Chlor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7311.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7311.2 Chlorung und Reaktionen im Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

11.2.1 Chemische Reaktionen bei der Chlorung von Wasser mit Chlor und seinen Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

11.2.2 Reaktionen mit Ammoniak (NH3) oder Ammonium-Ionen (NH4

+ ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7711.2.3 Chemische Reaktionen mit anorganischen

Verunreinigungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7811.2.4 Bildung von Trihalogenmethanen (THM) . . . . . . . . . . . . . . . 7911.2.5 Bildung von Chlorphenolen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8211.2.6 Zerstörung von Harnstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8211.2.7 Chlordioxid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

11.3 Analytische Methoden zur Bestimmung von freiem und wirksamem Chlor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8311.3.1 Iodometrische Methode I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8311.3.2 Iodometrische Methode II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8411.3.3 Kolorimetrische Methode mit DPD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8611.3.4 Volumetrische Methode mit DPD als Indikator

und Titration mit Fe(II)-Lösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

X

11.3.5 Syringaldazin-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8911.3.6 o-Tolidin-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9011.3.7 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9111.3.8 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

12 Chlorid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9312.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9312.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9412.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

12.3.1 Maßanalytische (argentometrische) Chloridbestimmung nach Mohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

12.3.2 Maßanalytische (mercurimetrische) Chloridbestimmung mit Quecksilbernitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

12.3.3 Maßanalytisch nach Volhard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9612.3.4 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9712.3.5 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

13 Chrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9913.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9913.2 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

13.2.1 Bildung von saurem Wasser durch H+ -Ionen . . . . . . . . . . 10013.2.2 Auflösung von Chromit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10013.2.3 Müllhalden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10113.2.4 Bildung von Chrom-Ionen in alkalischen Wässern . . . . . . 101

13.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10113.3.1 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10113.3.2 Photometrische Bestimmung mit 1,5-Diphenylcarbazid . . . 10113.3.3 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

14 Cyanid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10514.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10514.2 Chemische Reaktionen in der Umwelt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10714.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

14.3.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10914.3.2 Probennahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10914.3.3 Vorbehandlung der Wasserprobe für analytische

Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11014.3.4 Destillation von Cyaniden (Absorption in einer Vorlage

mit NaOH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11214.3.5 Maßanalytische Bestimmung mit Silbernitrat . . . . . . . . . . 11314.3.6 Volumetrische Bestimmung mit AgNO3

und Endpunktanzeige mit KI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11414.3.7 Photometrische Bestimmung mit Barbitursäure . . . . . . . . 11414.3.8 Photometrische Bestimmung mit Pyridin-Pyrazolon . . . . . 11514.3.9 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11714.3.10 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

Inhaltsverzeichnis

XI

15 Eisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11915.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11915.2 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12015.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

15.3.1 Photometrische Bestimmung mit o-Phenanthrolin . . . . . . . 12215.3.2 Photometrische Bestimmung mit TPTZ . . . . . . . . . . . . . . . 12215.3.3 Photometrische Bestimmung mit 2,2’-Bipyridin

(α,α’-Dipyridil) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12315.3.4 Photometrische Bestimmung mit Thiocyanat . . . . . . . . . . . 12415.3.5 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12515.3.6 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

16 Fluorid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12716.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12716.2 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12816.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

16.3.1 Photometrische Bestimmung mit SPADNS . . . . . . . . . . . . . 12816.3.2 Photometrische Bestimmung mit Lanthan-

Alizarinkomplexan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13016.3.3 Bestimmung in Meerwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13116.3.4 Vorbehandlung der Wasserprobe durch

Wasserdampfdestillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13116.3.5 Ionenaustauschmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13316.3.6 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13416.3.7 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

17 Gesamt- und organischer Stickstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13717.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13717.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

17.2.1 Der Stickstoffkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13817.2.2 Andere Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

17.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13917.3.1 Stickstoffbestimmung nach Kjeldahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13917.3.2 Oxidation des Stickstoffs mit Kaliumperoxodisulfat . . . . . . 14117.3.3 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14417.3.4 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

18 Härte (Gesamthärte) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14718.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14718.2 Härtearten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14818.3 Chemische Reaktionen bei Eintrag der Härte in natürliches

Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14918.4 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

18.4.1 Volumetrische Bestimmung mit EDTA und den Indikatoren Eriochromschwarz T oder Calmagit . . . . . . . . . 150

18.4.2 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15418.4.3 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

Inhaltsverzeichnis

XII

19 Iodid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15519.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15519.2 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15519.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

19.3.1 Qualitativer Nachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15619.3.2 Bestimmung nach der Leukokristallviolett - Methode . . . . 15619.3.3 Bestimmung nach der katalytischen Reduktionmethode . . . 15719.3.4 Maβanalytische Bestimmung nach der iodometrischen

Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15819.3.5 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

20 Kieselsäure (Silicate, Silicium) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16120.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16120.2 Chemische Reaktionen in der Natur (Eintragung

in natürliches Wasser) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16220.2.1 Verwitterung eines Feldspats (Natronfeldspat = Albit) . . . . . 16220.2.2 Lösungsgleichgewicht zwischen Kieselsäure,

Monokieselsäure und Siliciumkolloiden . . . . . . . . . . . . . . . 16220.2.3 Dissoziation der Monokieselsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

20.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16520.3.1 Ammoniumheptamolybdat (ohne Reduktion) . . . . . . . . . . . 16520.3.2 Silicomolybdänblau-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16620.3.3 Gravimetrisch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16620.3.4 Ammoniumheptamolybdat und visueller Farbvergleich . . . 16820.3.5 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16820.3.6 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

21 Kohlendioxid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16921.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16921.2 Verhalten von Kohlendioxid in Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

21.2.1 Reaktionen bei der Bildung von Kohlensäure . . . . . . . . . . . 17221.2.2 Kohlendioxid und der Kohlenstoffkreislauf . . . . . . . . . . . . . 172

21.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17321.3.1 Volumetrische Bestimmung des freien Kohlendioxids . . . . 17321.3.2 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17421.3.3 Feldmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17421.3.4 Nomographische Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

22 Kupfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17522.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17522.2 Reaktionen in der Natur: Eintritt in Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17622.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

22.3.1 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17622.3.2 Photometrische Bestimmung mit Neocuproin . . . . . . . . . . . 17622.3.3 Photometrische Bestimmung mit Bathocuproin . . . . . . . . . 178

Inhaltsverzeichnis

XIII

22.3.4 Photometrische Bestimmung mit Natriumdiethyldithiocarbaminat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

22.3.5 Photometrische Bestimmung mit Dithizon (Diphenylthiocarbazon) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

22.3.6 Photometrische Bestimmung mit Cuproin . . . . . . . . . . . . . . 18122.3.7 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

23 Magnesium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18523.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18523.2 Ausgewählte Silicate des Magnesiums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18623.3 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18623.4 Für den Magnesiumeintritt in Grundwässer verantwortliche

Minerale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18723.4.1 Beispiel für eine mögliche Verwitterung von Enstatit als

Magnesiumquelle im Grundwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18723.5 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

23.5.1 Rechnerische Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18723.5.2 Photometrisch mit 8-Hydroxychinolin und n-Butylamin . . . 18823.5.3 Photometrisch mit Xylidylblau (Bestimmung

nach Mann und Yoe) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18823.5.4 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18923.5.5 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

24 Mangan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19124.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19124.2 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19224.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

24.3.1 Oxidation mit Peroxodisulfaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19324.3.2 Photometrisch mit Formaldoxim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19324.3.3 Photometrisch durch Oxidation mit Kaliumperiodat . . . . . . 19424.3.4 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19424.3.5 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19424.3.6 Ergänzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

25 Nickel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19725.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19725.2 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19825.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

25.3.1 Photometrische Methode mit Dimethylglyoxim (Diacetyldioxim) in Abwesenheit von Oxidationsmitteln . . . 198

25.3.2 Photometrische Methode mit Dimethylglyoxim in Anwesenheit von Oxidationsmitteln . . . . . . . . . . . . . . . . 200

25.3.3 Photometrische Methode mit Natriumdiethyldithiocarbamat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201


Inhaltsverzeichnis

XIV

26 Nitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20526.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20526.2 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20626.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

26.3.1 Diazotierung (Griess-Ilosvay-Reaktion) . . . . . . . . . . . . . . 20726.3.2 Diazotierung mit Sulfanilsäure und α-Naphthylamin . . . . 20826.3.3 Photometrisch mit Natriumsalicylat . . . . . . . . . . . . . . . . . 20926.3.4 Photometrisch mit Chromotropsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . 20926.3.5 Photometrisch mit Diphenylamin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21026.3.6 Photometrisch mit Fluorphenol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21026.3.7 Photometrisch mit 2,6-Dimethylphenol . . . . . . . . . . . . . . . 21126.3.8 Photometrisch mit Brucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21226.3.9 Reduktion mit Zinkstaub . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21226.3.10 Reduktion mit Devarda-Legierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21326.3.11 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21426.3.12 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

27 Nitrit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21727.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21727.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21827.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

27.3.1 Photometrische Bestimmung nach Griess-Ilosvay . . . . . . 21827.3.2 Sulfanilsäure-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21927.3.3 Indol-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22027.3.4 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22027.3.5 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

28 Ozon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22328.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22328.2 Reaktionen des Ozons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

28.2.1 Reaktionen in neutralen Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22428.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

28.3.1 Photometrisch mit Indigo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22528.3.2 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

29 Permanganat-Index: Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs mit Kaliumpermanganat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22729.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22729.2 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

29.2.1 Im sauren Medium mit einer Chloridkonzentration von < 300 mg/l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

29.2.2 Im alkalischen Medium mit einer Chloridkonzentration von > 300 mg/l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

30 Phenol-Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23130.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23130.2 Beispiele einiger wichtiger Phenole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

Inhaltsverzeichnis

XV

30.3 Vorbehandlung: Destillation der Phenole durch Wasserdampfdestillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

30.4 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23530.4.1 Photometrisch mit 4-Aminoantipyrin . . . . . . . . . . . . . . . . . 23530.4.2 Volumetrische Bestimmung des Gesamtgehalts

an Phenol durch Bromieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23630.4.3 Photometrisch mit p-Nitroanilin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23730.4.4 Photometrisch mit Gibbs-Reagenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23830.4.5 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

31 Phosphor/Phosphat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24131.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

31.1.1 Phosphatquellen in natürlichen Gewässern . . . . . . . . . . . . . 24331.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

31.2.1 Der Phosphorzyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24531.2.2 Reaktionen der Orthophosphate im Boden . . . . . . . . . . . . . 24631.2.3 Hydrolyse des in Waschmitteln vorkommenden

Natriumtriphosphats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24631.2.4 Hydrolyse von Natriumdiphosphat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24731.2.5 Umwandlung durch Oxidation von organischem Phosphat . . . 24731.2.6 Ionenkonzentration der Orthophosphate in Abhängigkeit

vom pH-Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24731.2.7 Phosphatchemie der Waschmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

31.3 Vorbehandlung der Proben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24931.3.1 Umsetzung kondensierter Phosphate zu Orthophosphaten . . . 24931.3.2 Aufschluss organischer Phosphate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

31.4 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25131.4.1 Photometrische Bestimmung nach Reduktion mit

Zinn(II)-chlorid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25131.4.2 Reduktion mit Ascorbinsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25231.4.3 Andere Reduktionsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25331.4.4 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25531.4.5 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

32 pH-Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25732.1 Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

32.1.1 Regenwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25932.2 Definition des pH-Werts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

32.2.1 Beispiele für die Berechnung des pH-Werts . . . . . . . . . . . . 26132.2.2 Das Ionenprodukt des Wassers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

32.3 Analytische Bestimmung des pH-Werts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26232.3.1 Elektrometrische (potentiometrische) Methode . . . . . . . . . . 26232.3.2 Visuelle Methoden: Indikatorpapiere

und Indikatorteststreifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26432.3.3 Visuelle Methoden: Kolorimetrische Methoden . . . . . . . . . 26432.3.4 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27532.3.5 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

Inhaltsverzeichnis

XVI

33 Quecksilber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27733.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27733.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27933.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

33.3.1 Photometrisch mit Dithizon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28033.3.2 Vereinfachte Dithizonmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28233.3.3 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28233.3.4 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

34 Säurekapazität (Alkalinität)/Basenkapazität (Acidität) . . . . . . . . . . . 28334.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

34.1.1 Säurekapazität (Säureverbrauch) gegen Phenolphthalein . . . 28434.1.2 Säurekapazität gegen Methylorange (m-Wert) . . . . . . . . . . 284

34.2 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28534.2.1 Reaktionen des Kohlendioxids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28534.2.2 Ursache für die Carbonat-Säurekapazität . . . . . . . . . . . . . . 28634.2.3 Auftreten von Säurekapazität durch Dissoziation von

Salzen aus schwachen Säuren und starken Basen . . . . . . . . 28634.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

34.3.1 Maßanalytisch mit Salz- oder Schwefelsäure-Normallösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

34.3.2 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28934.3.3 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28934.3.4 Berechnung der Säurekapazität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28934.3.5 Basenkapazität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

35 Sauerstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29135.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29135.2 Einflüsse bei der Auflösung von Sauerstoff im Wasser . . . . . . . . . . 29135.3 Austritt und Sauerstoffverbrauch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29235.4 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

35.4.1 Maßanalytisch nach Winkler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29335.4.2 Mit Kaliumpermanganat modifizierte Winkler-Methode . . . 29635.4.3 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29735.4.4 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29735.4.5 Die relative Sauerstoffsättigung

(Sauerstoffsättigungsindex) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29735.4.6 Einstellung des Titers der Natriumthiosulfat-Lösung . . . . . 301

36 Schwefelwasserstoff / Sulfide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30336.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30336.2 Sulfidarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30436.3 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30536.4 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

36.4.1 Qualitativer Nachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30736.4.2 Vorbehandlung zur Trennung von gelösten

und ungelösten Sulfiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

Inhaltsverzeichnis

XVII

36.4.3 Vorbehandlung zur Abtrennung von Störungen und Konzentrierung des Sulfids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

36.4.4 Spektrophotometrische Methode mit Methylenblau . . . . . . 30936.4.5 Iodometrische Bestimmung: Titration mit Iod-Lösung . . . . 31136.4.6 Iodometrische Bestimmung: Titration mit

Kaliumiodat-Lösung (orientierende Feldbestimmung am Ort der Probennahme) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

36.4.7 Vorbehandlung durch Destillation zur Entfernung von Störungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312


37 Selen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31537.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31537.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31637.3 Vorbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318

37.3.1 Nasschemische Aufschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31837.3.2 Chemische Reaktionen während der Aufschlüsse . . . . . . . . 319

37.4 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32037.4.1 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32037.4.2 Spektrophotometrische Methode mit

2,3-Diaminonaphthalin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32037.4.3 Spektrophotometrische Methode mit

3,3′-Diaminobenzidin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32137.4.4 Gesamtselen mit o-Phenylendiamin . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32237.4.5 Bestimmung flüchtiger Selenverbindungen . . . . . . . . . . . . . 32337.4.6 Bestimmung nichtflüchtiger Selenverbindungen . . . . . . . . . 32337.4.7 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

38 Sulfat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32538.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32538.2 Chemische Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32638.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

38.3.1 Gravimetrisch als Bariumsulfat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32738.3.2 Trübungsmessung als Bariumsulfat-Suspension

in Essigsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32738.3.3 Trübungsmessung in einer Suspensionslösung . . . . . . . . . . 32838.3.4 Photometrisch mit Bariumchloranilat . . . . . . . . . . . . . . . . . 32838.3.5 Maßanalytisch mit Bariumchlorid-Lösung gegen

Rhodizonsäure oder Tetrahydroxy-p-benzochinon als Indikator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329


39 Tenside . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33139.1 Arten von Tensiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33139.2 Funktionsweise der Tenside . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

Inhaltsverzeichnis

XVIII

39.3 Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33239.4 Wirkungen auf die Umwelt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33339.5 Schädliche Einflüsse auf Gewässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33339.6 Biologische Abbaubarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33339.7 Beispiele für einige Tensidstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334

39.7.1 Anionische Tenside . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33439.7.2 Nichtionische Tenside (Niotenside) . . . . . . . . . . . . . . . . . 33639.7.3 Kationische Tenside . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33739.7.4 Amphotere Tenside (Amphotenside) . . . . . . . . . . . . . . . . 338

39.8 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33939.9 Vorbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339

39.9.1 Abtrennung der Tenside von der Wasserprobe nach dem Abschäumverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339

39.10 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34139.10.1 Bestimmung anionischer Tenside mit Methylenblau

nach Longwell und Maniece . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34139.10.2 Bestimmung anionischer Tenside mit Methylgrün . . . . . 34339.10.3 Bestimmung nichtionischer Tenside (Niotenside):

Methode mit Cobaltthiocyanat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34439.10.4 Bestimmung nichtionischer Tenside mit modifiziertem

Dragendorff-Reagenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34539.10.5 Dünnschichtchromatische Trennung nichtionischer

Tenside nach Reed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34739.10.6 Bestimmung kationischer Tenside . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34739.10.7 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34839.10.8 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349

40 Zink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35140.1 Vorkommen und Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35140.2 Reaktionen in der Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35240.3 Analytische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352

40.3.1 Instrumentelle Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35240.3.2 Photometrisch mit Zincon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35340.3.3 Photometrisch mit Dithizon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35540.3.4 Fertigtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369

Inhaltsverzeichnis

1

Aluminium

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2015R. Pohling, Chemische Reaktionen in der Wasseranalyse, DOI 10.1007/978-3-642-36354-2_1

1

1.1 Vorkommen und Bedeutung

Aluminium ist das dritthäufigste Element mit einem Anteil von 8,1 Gew.-% in der Erdkruste. Es kommt immer in Verbindung mit Sauerstoff und/oder Silizium, in Form von Feldspäten, Glimmern und anderen Tonmineralien vor.

Das wichtigste Aluminiumerz ist Bauxit. Wichtige Verbindungen sind Tonerde (Aluminiumoxid, Al2O3) und Korund (α -Al2O3).

Ausgehend vom Bauxit wird metallisches Aluminium, ein Leichtmetall für die Fabrikation von Flugzeugen, Automobilkarosserien, Küchenutensilien, Alumini-umfolien usw., hergestellt.

Aluminiumsulfat (Al2(SO4)3) wird bei der Wasserbehandlung zur Ausflockung von suspendierten Feststoffen eingesetzt.

Nach dem Klärprozess können im Wasser 20–50 μg Al pro Liter verbleiben, wenn der Prozess gut kontrolliert wird.

In natürlichen Gewässern wird die Konzentration von Aluminium durch den pH-Wert kontrolliert. Das Kation Al3 + überwiegt bei pH-Werten < 3. Bei pH-Werten > 7 überwiegt der Anionenkomplex [Al(OH)4‾]. Für Pflanzen und Tiere stellt Aluminium kein essenzielles Element dar.

In Oberflächengewässern sollte die Konzentration von 0,1 mg Al pro Liter Was-ser nicht überschritten werden. Konzentrationen > 0,1 mg Al pro Liter sind giftig für Fische und können auch das Absterben von Plankton bewirken. Erhöhte Konzen-trationen von Al können in Abwässern von Aluminiumhütten und Papierfabriken vorkommen.

Getränke in Aluminiumdosen können Spuren von Al-Ionen aufweisen.Der Verzehr von Lebensmitteln, die in Kontakt mit Aluminium standen, bedeutet

vom toxikologischen Standpunkt kein großes Risiko für die menschliche Gesund-

2 1 Aluminium

heit, obgleich erhöhte Konzentrationen zu Arteriosklerose führen können. Auch der Phosphorhaushalt im Körper und die Hirnfunktionen können beeinflusst werden.

Es besteht der Verdacht, dass erhöhte Al-Konzentrationen zu Alzheimer-Demenz führen können.

Saurer Regen mit einem pH-Wert < 3 kann die Auslaugung von Al aus Böden verursachen. Al3 + -Ionen führen zu Schädigungen an Pflanzen, wobei besonders Bäume gefährdet sind. Dieser Vorgang wird als einer der Gründe für das Waldster-ben angesehen, wie es aus Deutschland, Schweden, Kanada, den USA und anderen Ländern berichtet wird.

1.2 Chemische Reaktionen in der Natur

1.2.1 Kaolinisierung

Darunter versteht man die Entstehung von Kaolinit, Hauptbestandteil des Kaolins, durch chemische Verwitterung aus Feldspäten und anderen Mineralien. Diese Prozesse verlaufen sehr langsam.

Kaolin kann man auch als Al2[Si2O5](OH)4 und Orthoklas als K2O · Al2O3 · 6 SiO2 schreiben.

1.2.2 Auflösung von aluminiumhaltigen Mineralien in saurem und in alkalischem Medium

Durch sauren Regen wird Al2O3 langsam zu Al3+-Ionen gelöst. Durch Erhöhung des

pH-Werts auf 5–6 bildet sich dann unlösliches Aluminiumhydroxid, das bei weite-rer Erhöhung des pH-Werts als Tetrahydroxialuminat-Ion wieder in Lösung geht und dadurch ins Grundwasser gelangen kann.

2 7 23 8 2K AlSi O H O Al O SiOOrthoklas

Kalifeldspat

2 3Kaolinit

[ ]+ → ⋅( )

22 2 2 3Metakieselsaure

H O H SiO KOH⋅ + +2 4 2��

2KAlSi O 3H O 2CO Al O 2 SiO 2 H O 4 SiO 2KHCO3 8 2 2 2 3Kaolinit

2 2 2 3+ + → + +⋅ ⋅

Al O 6H 2Al 3H O saurer Regen losliche Al -Ion2 3pH 4 3

23+ → ++ < + +( , �� een)

Al 3OH Al(OH unlosliches Aluminiumhydroxid3 pH 5-6 3+ −+ → ) ( )��

Al (OH OH Al(OH losliches Tetrahydroxyalum3pH 7

4) ) (+ → [ ]− > − �� iinat-Anion)

31.3 Analytische Methoden


1.3.1 Photometrische Bestimmung mit Eriochromcyanin R

Prinzip Aluminium-Ionen bilden mit Eriochromcyanin R bei einem pH-Wert von etwa 6 einen rosa- bis rotfarbigen Komplex. Die Farbintensität des Komplexes wird durch die Al-Konzentration, die Temperatur, den pH-Wert, der Säurekapzität (Alkalinität) und andere, in der Wasserprobe gelöste Ionen bestimmt.

Störungen durch Fe und Mn werden durch Zugabe von Ascorbinsäure beseitigt. Der pH-Wert wird durch die Pufferlösung eingestellt.

Der Farbkomplex wird bei 535 nm gemessen. Der Massenkonzentrationsbe-reich, den man mit dieser Methode erfassen kann, liegt zwischen 0,02 und 0,03 mg Al pro Liter.

Chemische Reaktion Al3 + -Ionen mit Eriochromcyanin R

C

O

CO O

CH3C

ONa

O

HO

CH3

3 3SS OO NN aa

Al2+

C

O

CO ONa

CH3C

ONa

O

HO

CH3

Eriochromcyanin RC H Na O S23 15 3 9

pH 6+ Al3+ + Na+

1.3.2 Photometrische Bestimmung mit Aluminon

Prinzip Aluminium-Ionen bilden mit Aluminon (Ammoniumsalz der Aurintricarbonsäure) in einer auf pH 4 eingestellten Wasserprobe einen intensiv rot gefärbten Farblack.

Zunächst wird durch Halbierung der Wasserprobe eine Blindprobe hergestellt.Zu einer Hälfte wird KF-Lösung zugesetzt, um das Al3 + -Ion zu komplexieren

und das Photometer auf Null-Extinktion einzustellen. Die andere Hälfte wird zur Bestimmung des Aluminiums verwendet. Die Farbintensität des Lacks ist der Al-Konzentration proportional und wird bei 530 nm gegen einen Blindwert im Photo-meter gemessen.

Der messbare Massenkonzentrationsbereich liegt zwischen 0,02 und 0,2 mg Al pro Liter.

4 1 Aluminium

Chemische Reaktionen Herstellung des Blindwerts

Aluminium bildet mit Fluorid-Ionen einen Anionenkomplex [AlF4]-, der nicht mit

Aluminon reagiert.Reaktion mit Aluminon (pH 4)

C

OHO

COONH4COONH4

OH

COONH4

C

C

OHO

COOH

OH

COOH

OOAl2+

pH 4+ Al3+ + 3 NH4

+

Aluminon roter Farblack

1.3.3 Photometrische Bestimmung mit Alizarin oder Alizarin S

Prinzip Alizarin und Alizarin S (Alizarinsulfonsäure-Natriumsalz) bilden mit Aluminium-Ionen in ammoniakalischer Lösung einen in Essigsäure unlöslichen Farblack. Die Reaktion läuft bei gleichzeitiger Zugabe des Farbstoffs, mit 1 N Essigsäure so lange ab, bis die violette Färbung verschwindet. Die Farbintensität des Farblacks wird bei 495 nm im Photometer gemessen.

Chemische Reaktionen

Alizarin roter Farblack

O OH

OH

O

O O

OH

O

Al2+

+ Al3+ + H+

Al 4KF K AlF 3K Kaliumtetrafluoroaluminat3 4+ ++ → [ ]+ ( )


Um den roten Farblack mit Alizarin oder Alizarin S zu bilden, sind drei Moleküle des Alizarins notwendig, die sich um das Al-Ion anlagern.

O OH

OH

O

SO3Na

O O

OH

O

Al2+

SO3H

Alizarin S roter Farblack

+ Al3+ + Na+

1.3.4 Instrumentelle Verfahren

• Atomabsorptionsspektrophotometrie (AAS) mit Acetylen-Lachgas-Flamme• Elektrothermische AAS in der Graphitrohrküvette• Emissionsspektrometrie mit Plasmaanregung (ICP)

1.3.5 Fertigtests (Mobile Analytik)

Chemische Fertigtestverfahren werden von verschiedenen Firmen angeboten:Die Fa. HACH (Methode 8326) bietet für den Messbereich von 0–0,025 mg Al

pro Liter ein Testverfahren mit Eriochromcyanin R an. Für Wasser- und Abwasser-proben wird Aluminon als Farbreagenz (Methode 8012) angewandt. Die Testkits sind mit tragbaren Photometern ausgerüstet.

Das Testsystem Microquant von Merck benutzt für die visuelle Bestimmung das Reagenz Chromazurol S, das mit Aluminium in einer auf pH 5,5–5,8 eingestellten Wasserprobe eine rote Färbung bildet. Für Microquant beträgt der Messbereich 0,1–0,6 mg Al pro Liter, für das Testsystem Aquaquant (Merck) 0,07–0,8 mg Al pro Liter.

Chemische Reaktion

C

OHO

CH3

Cl Cl

CH3

C

C

O

O

O

O

NN

H

aa

SO3Na

C

OHO

CH3

Cl Cl

CH3

SO3H

C

C

O

O

O

O

Al2+

Chromazurol S

roter Farbkomplex ausAl -Ionen und Chromazurol S3+

+ Al3+

+ 3 Na+

1 Aluminium6

7

Ammonium

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2015R. Pohling, Chemische Reaktionen in der Wasseranalyse, DOI 10.1007/978-3-642-36354-2_2

2

2.1 Vorkommen und Bedeutung

Im Wasser vorkommendes Ammoniak (NH3) und Ammonium-Ionen (NH4+ ) sind

auf das Vorhandensein von organischen Stickstoffverbindungen und bakterielle Ak-tivitäten zurückzuführen.

Ammoniak ist Teil des Stickstoffkreislaufs (s. Kap. 17) und wird von nitrifi-zierenden Bakterien mit Sauerstoff leicht zu Nitrit und Nitrat oxidiert. NH3 ist im Wasser unter Bildung von Ammoniumhydroxid (NH4OH) gut löslich.

Reines Wasser sollte unter normalen Bedingungen keine bedeutenden und be-stimmbaren Mengen von Ammonium enthalten, obgleich Konzentrationen bis zu 0,1 mg NH4

+ pro Liter vorkommen können. Die Verschmutzung des Wassers durch NH3 und/oder NH4

+ kann durch bakterielle Reduktion von Nitraten, Zersetzung von organischen Stickstoffverbindungen und Harnstoff, aus häuslichen und Indus-trieabwässern, aus der Landwirtschaft (Düngemitteln) sowie aus Sickerwasser von Müllhalden stammen.

In verschmutzten Wässern kann die Konzentration von NH3/NH4+ bis zu 10 mg/l

erreichen; normalerweise liegt sie zwischen 1 und 3 mg/l. Die Gegenwart von NH3/NH4

+ in diesem Massenbereich ist ein wichtiger Hinweis für das Fehlen aus-reichend guter sanitärer Bedingungen und einer möglichen Verschmutzung durch häusliche Abwässer. Die Wasserqualität kann durch den Gehalt an NH4

+ -Ionen be-urteilt werden (Tab. 2.1).

Im Grundwasser können sich Ammoniak und Ammonium-Ionen durch Reduk-tion von Nitrat bilden. In Gegenwart von Schwefelwasserstoff H2S wird Nitrat auch reduziert. Die Reduktion und die Gegenwart von NH3 und NH4

+ hängen vom pH-Wert und von der Temperatur des Wassers ab (Tab. 2.2). Bei pH 8 liegen nur 4 % des ammoniakalischen Stickstoffs als NH3 und 96 % als NH4

+ vor. Bei pH 11 kehren sich diese Werte um, und die Gehalte betragen 96 % NH3 und 4 % NH4

+ .

8 2 Ammonium

In wässrigen Lösungen hängt das Gleichgewicht zwischen NH3 und NH4+ vom

pH-Wert und von der Temperatur ab.

Toxische Effekte auf die menschliche Gesundheit durch NH4+ -Ionen wurden bisher

nicht festgestellt. Das Vorkommen von NH3 im Oberflächenwasser ist für Fische giftig, während die Anwesenheit von NH4

+ keine Folgen hat. Die Konzentration von 1 mg NH3 pro Liter kann bei längerer Exposition tödlich sein. Gehalte von bis zu 0,2 mg pro Liter können toleriert werden. Die Giftigkeit für Fische hängt auch von den einzelnen Fischarten ab.

2.2 Reaktionen in der Natur

• Zersetzung von Proteinen (Eiweißstoffen)

Die bakterielle Zersetzung findet in mehreren Stufen statt (Abb. 2.1). In Gewässern werden die Proteine leicht mithilfe von Proteinasen hydrolysiert. Nur einige Bruch-stücke dieser Moleküle werden durch Bakterien zu Ammoniak (Ammonium), Nitrit und Nitrat umgewandelt.

NH H O NH H O im sauren Medium3 3 4 2+ ++ +� ( )

NH OH NH H O im alkalischen Medium4 3 2+ −+ +� ( )

Tab. 2.1 Beurteilung der Wasserqualität durch die NH4+ -Konzentration

Konzentration mg NH4+ pro Liter Wasserqualität 5 sehr stark verschmutzt

pH NH3-Gehalt [%]6 07 18 49 2510 7811 9612 100

Tab. 2.2 Abhängigkeit des NH3-Gehalts vom pH-Wert

92.2 Reaktionen in der Natur

Zersetzung von Proteinen

Eiweiß AminosäurenHydrolyse bakterielle Oxidation

NH + CO +

(NH HCO )3 2 2

4 3

Beispiel einer einfachen Aminosäure

bakterielle OxidationNH + CO +

(NH HCO )3 2 2

4 3

R CH COOH

NH2

• Zersetzung von Harnstoff durch Hydrolyse

N

N

N

H

H

H

2

2

2

C

C

C

N

N

N

H

H

H

2

2

2

O

O

O

+ H O2Urease

Urease

Urease

+ 2 H O + H2+

+ H O + 2 H2+

CO + 2 NH

2 NH + HCO4+

3–

2 NH + CO4+

2

Eiweiß

Pepton

Polypeptid

Aminosäure

Aminosäure

Fettsäure

Wasser Kohlendioxid

Hydrolyse mit Proteinasen

Zellwand

Ammoniak

Nitrit

Nitrat

O2

O

Abb. 2.1 Abbau des Eiweißmoleküls (© Schwoerbel 1979)

10 2 Ammonium

• Reduktion von Nitrat durch Schwefelwasserstoff

• Bakterielle Nitratreduktion

NO3– NH /NH3 4

+ N2↑Nitrococcus denitrificans


2.3.1 Photometrisch als Indophenolblau nach der Berthelot-Methode

PrinzipDurch Reaktion von Ammoniak oder Ammonium-Ionen mit Hypochlorit und nach Zusatz von Phenol, Thymol oder Salicylat-Ionen bildet sich im alkalischen Medium ein durch Nitroprussidnatrium katalysierter intensiver blauer Farbstoff (Indophe-nolblau). Um Störungen durch Ca- und Mg-Ionen zu beseitigen, wird Tri-Natrium-citrat zugegeben, welches das Ausfällen ihrer Hydroxide (Trübung) bei höheren pH-Werten verhindert. Die Farbintensität wird bei 640 nm im Photometer gemes-sen. Der so erfassbare Massenkonzentrationsbereich liegt zwischen 0,01 und 2 mg NH4

+ pro Liter.

Chemische ReaktionenDas Hypochlorit kann als fertige Lösung zugesetzt oder durch Hydrolyse von Chloramin T oder Dichlorisocyanursäure-Natriumsalz (Reaktionen Kap. 11) gebil-det werden.

Reaktion von NH3/NH4+ mit Natriumhypochlorit

Die Reaktion wird im alkalischen Milieu (pH > 12) durchgeführt, deswegen liegt nur NH3 vor.

Die Reaktion des Monochloramins mit Phenol führt durch Zusatz von Nitroprus-sidnatrium (Dinatriumpentacyanonitrosylferrat (III), Na2[Fe(CN)5NO]) als Kataly-sator zur Bildung von Indophenolblau (Reaktion nach Berthelot).

NO H S H O NH SO3 2 2 4 42− + −+ + → +

NH OCl NH Cl OH3 2+ → +− −


NHO O + HCl

N OO O N O Na+

OH

HO

ClN O

ClN O

NH Cl +2

+

+ 2 H O + 2 Cl2–

Phenol N-Chlorchinonimin

Na [Fe(CN) NO]2 5

N-(4-Hydroxyphenyl)-1,4-benzochinonimin

+ 2 ClO–

Katalysator

Die Reaktion läuft in zwei Schritten ab:

1. Phenol reagiert mit Monochloramin zu einem Chlorchinonimin.2. Das Chlorchinonimin reagiert weiter mit Phenol zu einem blauen Farbstoff, dem

Indophenolblau, katalysiert durch Nitroprussidnatrium.

Das Indophenol liegt in Form zweier mesomerer Grenzstrukturen vor und verleiht der Lösung eine intensive Blaufärbung. In der DIN-Vorschrift Nr. 38406/5 wird das Chlor aus Natriumdichlorisocyanurat (s. Kap. 11) hergestellt, und anstelle von Phenol wird Natriumsalicylat eingesetzt. In einer anderen Vorschrift wird Thymol (2-Ispropyl-5-methylphenol) angewandt. Die Reaktionsschemata entsprechen sich aber.

COONa

OH

C

OH

H3

C

H

H

3

3

NatriumsalicylatNaC H O7 5 3

ThymolC H O10 13

Beseitigung von StörungenMagnesium und Calcium bilden bei höheren pH-Werten Hydroxide, die eine Trü-bung der Probe hervorrufen und somit eine genaue Messung im Photometer verhin-dern. Obgleich die Löslichkeit von Calciumhydroxid höher ist als die des Magne-siumhydroxids, ist es notwendig, ein Komplexierungsmittel zuzusetzen, auch wenn nur Calcium vorhanden ist.

ReaktionenReaktionen Gegenwart von Ca- und Mg-Ionen im alkalischen Bereich

Ca 2 OH Ca OH Tr bungu2 2+ −+ → ↓( ) ( )��

Mg 2 OH Mg OH Trubung)2 2+ −+ → ↓( ) ( ��

12 2 Ammonium

Reaktionen von Ca- und Mg-Ionen mit Tri-Natriumcitrat

C

C

C

H

H

H

H2 O

H COONa

COONa + 3 Ca /Mg2+ 2+

COONaH2C

C

H2C

HO

COO

COO

COO

Ca/Mg + 6 Na+

Ca/Mg

COO

COO

COO

HO

H2C

C

H2C

Ca/MgTrinatriumcitratC H O Na6 5 7 3

Magnesium/Calciumcitrat(löslich)

2.3.2 Photometrisch mit Neßlers Reagenz

PrinzipUm Ammonium-Ionen oder Ammoniak zu bestimmen, wird ein aliquoter Teil einer Wasserprobe mit Neßlers Reagenz versetzt. Die dadurch hervorgerufene intensive Gelbfärbung [Salz der Millonschen Base, (Hg2N)OH. · 2H2O] kann im Photometer bei 420 nm in einer 1-cm-Küvette gemessen werden. Bei hohen Ammonium- oder Ammoniakkonzentrationen fällt ein orange- bis tiefbrauner Niederschlag aus.

Durch Härtebildner und Eisen hervorgerufene Störungen können durch Zusatz von Kaliumnatriumtartrat-Lösung (Seignettesalz) beseitigt werden.

Bei Mg-Konzentrationen ab 30 mg Mg pro Liter wird die Destillation von NH3 empfohlen. Der Messbereich liegt zwischen 0,02 und 5 mg NH4

+ pro Liter.

Chemische ReaktionenReaktion von Ammonium-Ionen mit Neßlers Reagenz

O

Hg

NH2

Hg

2 K [HgI ] + 4 KOH + NH2 4 4+

Neßlers Reagenz

Oxidquecksilberamidoiodid(gelb)

I + 3 H O + 7 KI + K– 2+

Die Reaktion läuft im stark alkalischen Milieu ab.

NH 4 OH 2 HgI OHg NH I 7 I 3 H O4 42

2 2 2+ − − −+ + → [ ] + +

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Chemische Reaktionen in der Wasseranalyse€¦ · Orientierung wird zunächst immer das Prinzip der Analysenmethode beschrieben. Viele Methoden arbeiten zur Bestimmung des jeweiligen