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

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

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

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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

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

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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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