Das Messen des Säuregehalts in natürlichen Gewässer

In den letzten 75 Jahren hat sich die Weltbevölkerung von 2.5 Milliarden Menschen auf über 7 Milliarden Menschen vergrößert. Dieses Bevölkerungswachstum bedeutet auch einen größeren Verbrauch an natürlichen Ressourcen. Der anthropogene Abfall, welcher durch Menschen produziert wird, hat einen erheblichen Einfluss auf unsere Umwelt. Eine der wichtigsten Ressourcen, die Menschen benötigen um zu leben, ist Wasser. Allerdings ist ironischer Weise der Mensch selbst daran schuld das Wasser in seiner Umwelt zu verschmutzen. Ein Indikator für verschmutztes Wasser ist ein hoher Säuregehalt. Es gibt überall auf der Welt Wasservorkommen und diese haben einen unterschiedlichen Anteil an Säure, welcher durch die natürlichen Umstände, wie Ort und Höhe, Einzugsgebiet, Geologie, Bestandteilen des Bodens und anthropogene Verschmutzung zu Stande kommt.

Die Pufferkapazität einer Substanz, auch bezeichnet als Azidität oder Säuregehalt zeichnet sich dadurch aus, dass sie Veränderungen des pH-Werts widersteht – wenn eine starke Base zugegeben wird. Durch die Titration mit Natriumhydroxid (NaOH) kann die Azidität festgestellt und üblicherweise in mg/L oder meq/L Kalziumkarbonat (CaCO3) angegeben werden. Der Säuregehalt des Wassers setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen: schwachen organischen Säuren, wie z. B. CO2 als Kohlensäure, Essigsäure und Gerbsäure; starken Mineralsäuren, wie z.B. Schwefel- und Salzsäure; und Metallsalzen von Eisen, Aluminium und Mangan. Hohe Anteile von starken Mineralsäuren sind ein Anzeichen für eine anthropogene Verschmutzung. Wenn atmosphärische Verschmutzungen von der Verbrennung fossiler Brennstoffe (NOx) entstehen und in die Atmosphäre abgegeben werden, kombinieren sich diese mit Wasser und Ozon und wandeln sich in Schwefel- und Salpetersäure um. Durch Niederschläge gelangen Säuren in Erdreich und Gewässer in der Form von saurem Regen. Unsachgemäß durchgeführte Minenarbeiten tragen zur Übersäuerung bei, durch saures Grubenwasser werden Metalle und Säuren in die umliegenden Gewässern abgegeben. Ein hoher Anteil an Säure in Gewässer hat Einfluss auf viele Aspekte des Ökosystems des Wassers, von der chemischen Reaktionsrate bis hin zu biologischen Prozessen die in fast jedem lebenden Organismus vorkommen. Beispielweise können Fische nur eine geringe Veränderung des Säureanteilsüberstehen, bevor deren Organismus ernsthaft Schaden nimmt oder sie sogar versterben. Falls das Wasser für die Aufbereitung verwendet wird, kann der hohe Säuregehalt und der damit eingehende  niedrige pH-Wert zur Korrosion der Wasserrohre führen.

Anwendung

Eine Umweltamt kontaktierte Hanna Instruments da es sich für die Messung verschiedenster Parameter der Wasserqualitätinteressierten. Das Amt wollt ein bundesweites Projekt starten um die Qualität von Oberflächenwasser zu ermitteln. Sie brauchten Messgeräte mit denen man den pH-Wert, die Temperatur und die Sauerstoffsättigung messen konnte. Nach einem ausführlichen Kundengespräch fand Hanna heraus, dass sie auch den Säuregehalt im Wasser, mittels einer manuellen Titration durch ein Farbstoff-Indikator überprüfen wollten. Hanna empfahl den HI84530 Gesamtsäure Mini Titrator für die Wasseranalyse. Dieser Titrator basiert auf der Standard Methode für die Überprüfung von Wasser und Abwasser (Methode 2310B)und funktioniert nach dem selben Prinzip wie die manuelle Titration. Zusätzlich bietet er auch die Option für einen fixierten pH Endpunkt bei einem pH-Wert von pH 3,7 für starke Säuren (Methylorange Farbstoff) und einen pH-Wert von pH 8,3 für die gesamte Säure (Phenolphthalein Farbstoff). Der Kunde schätzte, dass der Titrator zugeordnete Messbereiche für die Bestimmung von Wasser mit einem niedrigen Säuregehalt (15,0 – 400 mg/L CaCO3) und von Wasser mit einem hohen Säuregehalt (300 – 4000 mg/L CaCO3) hatte, um eine ideale Auflösung und einen optimalen Lösungsverbrauch zu haben. Der HI84530 bot eine höhere Genauigkeit und Reproduzierbarkeit, verglichen mit der manuellen Titration, an. Durch die HI1131B pH Kombinationselektrode kann eine präzise Feststellung des pH Endpunktes durchgeführt werden, die Pumpe sorgt für eine genauere Dosierung und verfolgt das Titrationsvolumen. Der optionale Tutorial Modus des ermöglichte es auch dass mehrere unerfahrene Studenten von der örtlichen Universität bei der Analyse helfen konnten. Das Beste jedoch war, dass der Mini Titrator mit seinem erschwinglichen Preis noch in sein Jahresbudget passte.