Messung von gelöstem Sauerstoff - einfacher denn je

14.04.2020

Artikel

Wissen Sie, warum Ihr Trinkwasser schal wird, wenn Sie es ein paar Stunden lang nicht anrühren? Oder warum Ihr Orangensaft seine Farbe verändert und etwas dunkler wird, wenn Sie die Flasche länger offen stehen lassen?

Einer der wichtigsten Faktoren für diese Veränderungen ist die Menge an Sauerstoff in Ihrem Getränk.

Ich möchte Ihnen einige Informationen darüber geben, welche Auswirkungen (sowohl positive als auch negative) Sauerstoff in Flüssigkeiten hat, welche Parameter den Gehalt an gelöstem Sauerstoff (DO, dissolved oxygen) beeinflussen und wie Sie die DO-Konzentration genau bestimmen können.

Warum ist die Sauerstoffkonzentration wichtig?

Neben dem pH-Wert und der Leitfähigkeit ist der gelöste Sauerstoff einer der wichtigsten Indikatoren für die Wasserqualität. Sauerstoff löst sich in Oberflächengewässern entsprechend seinem Partialdruck (Henry'sches Gesetz), aber auch aufgrund von Belüftungsprozessen (z. B. Wind, Stromschnellen). Außerdem wird Sauerstoff als Nebenprodukt der Photosynthese von Pflanzen und Phytoplankton in das Wasser eingetragen. Gelöster Sauerstoff ist für das Überleben von Fischen und allen anderen Wasserorganismen, die Sauerstoff atmen, unerlässlich.

Der Sauerstoffgehalt kann sich verringern, wenn zu viele Bakterien oder Algen das Wasser verunreinigen. Bakterien ernähren sich von abgestorbenen Algen und anderem organischen Material, verbrauchen Sauerstoff und produzieren Kohlendioxid. Wenn der gesamte Sauerstoff durch Bakterien verbraucht wird, spricht man von Eutrophierung. Wenn der Sauerstoffgehalt im Wasser unter 5 mg/L fällt, werden die Organismen im Wasser gestresst, und wenn die Konzentration noch niedriger ist, kann eine große Anzahl von Lebewesen im Wasser sterben. Gelöster Sauerstoff kann direkt vor Ort in Oberflächengewässern mit der Direktmesstechnik bestimmt werden.

Erfahren Sie mehr über die Messung von gelöstem Sauerstoff in Oberflächengewässern, indem Sie unseren kostenlosen Applikationshinweis herunterladen:

Anwendungshinweis: DO in Oberflächenwasser basierend auf ISO 17289

Zurück zum Beispiel Ihres Trinkwassers oder Orangensafts:

Wasser schmeckt uns nur, wenn eine bestimmte Menge Sauerstoff darin gelöst ist. Wenn Ihr Glas oder Ihre Wasserflasche herumsteht, wird Sauerstoff freigesetzt, während es sich mit der Atmosphäre ausgleicht, und zusätzlich erwärmt es sich auf die Umgebungstemperatur, wodurch noch mehr Sauerstoff freigesetzt wird. Das ist der Grund, warum der Geschmack Ihres Wassers mit der Zeit fade wird.

Wenn Sie sich einen Überblick darüber verschaffen möchten, wie der gelöste Sauerstoff in Ihrem Wasser bestimmt werden kann, laden Sie unseren kostenlosen Anwendungshinweis herunter:

Anwendungshinweis: DO in Leitungswasser gemäß ISO 17289

Bei Orangensaft ist das Gegenteil der Fall. Orangensaft (und andere Obst- und Gemüsesäfte) werden fast DO-frei gehalten. Der Grund dafür ist, dass Sauerstoff als Oxidationsmittel einen negativen Einfluss auf die Gesamtqualität, den Geschmack, den Nährwert und die Farbe eines Getränks hat. Je länger Sie Ihren Orangensaft zur Atmosphäre hin offen halten, desto mehr Sauerstoff löst sich bis zu einem bestimmten Punkt in Ihrem Saft. Außerdem beginnt dieser Sauerstoff mit anderen Bestandteilen Ihres Saftes zu reagieren. Zum Beispiel oxidiert der Sauerstoff das vorhandene Vitamin C (Ascorbinsäure, ein Antioxidans) zu Dehydroascorbinsäure. Um ein schnelles Braunwerden zu verhindern und den Geschmack und die Qualität Ihres Saftes zu erhalten, sollten Sie ihn in einer geschlossenen Flasche aufbewahren.

Möchten Sie mehr über die Bestimmung von gelöstem Sauerstoff in Fruchtsäften erfahren? Laden Sie unseren kostenlosen Anwendungshinweis herunter:

Anwendungshinweis: DO-Messung in Fruchtsäften

Was beeinflusst die Konzentration des gelösten Sauerstoffs?

Druck

Salzgehalt

Der Salzgehalt spielt auch eine Rolle bei der Menge an gelöstem Sauerstoff, die in einer Flüssigkeit vorhanden ist.

Betrachten wir noch einmal die in der Lösung vorhandenen Ionen und Moleküle. Wenn wir ein gelöstes Salz im Wasser haben, werden diese geladenen Ionen sehr stark von den Wassermolekülen angezogen. Gelöster Sauerstoff hat keine Ladung und wird daher nur schwach gebunden. Je höher der Salzgehalt ist, desto mehr Ionen sind vorhanden. Diese erhöhte Teilchendichte zwingt den Sauerstoff dazu, die Lösung zu verlassen, da seine Wechselwirkung mit dem Wasser nicht so stark ist.

Wie kann man die DO-Konzentration bestimmen?

Es gibt zwei Möglichkeiten, den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in Flüssigkeiten zu bestimmen: entweder durch direkte Messung oder durch Titration. Wir haben die Vor- und Nachteile der einzelnen Methoden in einem kostenlosen Whitepaper zusammengefasst, das Sie unten herunterladen können.

Gelösten Sauerstoff in Wasser bestimmen – Titration oder direkte Messung?

Ich werde hier jedoch nur die direkte Messung mit einem optischen Sensor behandeln. Warum? Weil Sie den DO-Gehalt online oder vor Ort messen können, ohne langwierige Probenahme und Probenvorbereitung, und weil Ihre Ausrüstung fast wartungsfrei ist - Sie werden überrascht sein, wie einfach sie zu bedienen ist!

Wenn Sauerstoff vorhanden ist und diese Moleküle mit dem angeregten Luminophor kollidieren, kehrt der Luminophor emissionsfrei in seinen Grundzustand zurück, da die Energie auf das Sauerstoffmolekül übertragen wird. Durch Auswertung der Lebensdauer des angeregten Zustands des Luminophors (unter Verwendung der Phasenverschiebung) ist es möglich, den DO-Gehalt zu bestimmen.

Die O2-Lumitrode ist wartungsarm - eine regelmäßige Ein-Punkt-Kalibrierung mit 100%iger Luftsättigung ist ausreichend. Wir empfehlen, von Zeit zu Zeit eine Zweipunktkalibrierung mit 100% und 0% Luftsättigungmit durchzuführen.

Die O₂-Kappe muss von Zeit zu Zeit ersetzt werden, da das Luminophor an Reaktivität verliert. Dieser Effekt wird ls Photo-Bleaching bezeichnet. Der Sensor sagt Ihnen jedoch aufgrund seiner aktiven Leistungsüberwachung, wann dies notwendig ist. Machen Sie sich nie wieder Sorgen über ungenaue DO-Messungen aufgrund von minderwertigen Geräten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass je nach Anwendung und Matrix ein breiter Bereich von gelöstem Sauerstoff gefunden werden kann. Die schnelle und genaue Bestimmung des DO-Gehalts ist äußerst wichtig. Die Verwendung eines optischen Sensors mit einem mobilen Gerät macht es sehr einfach, den DO-Gehalt an Ort und Stelle zu bestimmen. Um die zuverlässigsten Daten zu erhalten, sollten Sie zusätzlich die Temperatur und den Druck (und eventuell den Salzgehalt) parallel messen, um die Auswirkungen dieser physikalischen Parameter auf Ihre Ergebnisse zu minimieren.