Umwelttechnik Labor Photometrische Bestimmung der

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen. Photometrische Bestimmung der Konzentration von gelösten Inhaltstoffen in wässrigen Lösungen 1 Einleitung Innerhalb der Wasser‐ und Abwasser‐Analytik kommt der Photometrie – neben den elektrochemi‐
schen und nasschemischen Verfahren – eine große Bedeutung zu. Wegen ihrer einfachen Handha‐
bung, der großen Palette z.T. standardisierter Analysenverfahren sowie der hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messwerte wird sie zunehmend in der Produktionsüberwachung, der Qualitäts‐
kontrolle sowie in der Forschung und Entwicklung eingesetzt. Photometrische Messungen werden so in folgenden Bereichen zur Bestimmung von Ionen‐ bzw. Stoffkonzentrationen in wässrigen Lösungen angewandt: z.B. Alkohol, Aluminium, Ammonium, Blei, Cadmium, Chlor, Chloride, Chrom, CSB, Cyanid, Eisen, Fluorid, Formaldehyd, Hydrazin, Kalium, Kup‐
fer, Mangan, Magnesium, Nickel, Nitrat, Nitrit, Ozon, Phenole, Phosphat, Silber, Sulfat, Sulfit, Sulfid, Zink, Zinn etc. 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Lambert‐Beer’sches Gesetz Sichtbares weißes Licht ist eine Mischung elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlän‐
gen im Bereich von 400 bis 800 nm. Mit geeigneten Mitteln (Prisma, Beugungsgitter, Filter oder Farb‐
stoffen) lässt sich diese Lichtmischung in ihre einzelnen Wellenlängen zerteilen. Eine separate Wel‐
lenlänge oder einen kurzen Wellenlängenbereich nimmt das Auge dann als Farbe wahr. Wellenlänge in nm 
Abbildung 1: Lichtspektrum Hochschule Hannover Fachbereich Maschinenbau Prof. Stiller / Prof. Sakuth Umwelttechnik Labor Seite 1 Photometrische Bestimmung der Konzentration 24.01.2014 von gelösten Wasserinhaltsstoffen Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen. In einer gefärbten Lösung sind Substanzen enthalten, die einen Teil des Lichtspektrums absorbieren. Unter geeigneten Bedingungen ist es möglich, von der Durchlässigkeit bzw. Transmission der Lösung für eine bestimmte Wellenlänge auf die Konzentration des Farbstoffs in der Lösung zu schließen. Auf diesem Messprinzip, d.h. der Intensitätsabnahme des absorbierten Messlichtes in Abhängigkeit von der Konzentration, beruht die photometrische Konzentrationsbestimmung nach dem Lambert‐
Beer´schen Gesetz: I  I0  e    c  d
mit: (Gleichung 1) I0 = Menge des eingestrahlten Lichts, I = Menge des durch die Probe gelangten Lichts,  = Extinktionskoeffizient in L  m/mol, c = Konzentration in mol/L und d = durchstrahlte Schichtdicke in m Die absorbierte Lichtmenge ist hauptsächlich von der Konzentration des Farbstoffes und der Weg‐
strecke d, die das Licht in der Lösung durchdringen muss, abhängig. Der Anteil der eingestrahlten Lichtmenge, der die Probelösung ungehindert passiert, nennt man Transmission T (Gleichung 2). T  I
I0
(Gleichung 2) Die Transmission steht in einem logarithmischen Zusammenhang mit der Konzentration des zu mes‐
senden Farbstoffs und der Schichtdicke d der verwendeten Küvette. Daher erfolgt zur besseren Handhabung die Umrechnung der Transmission in ihren negativen, dekadischen Logarithmus, die als Extinktion E bezeichnet wird (Gleichung 3). E   log T
(Gleichung 3) Damit folgt aus den Gleichung 1 bis 3, dass nach dem Lambert‐Beer´schen Gesetz die Extinktion E einer Lösung dem Produkt aus Schichtdicke d und Farbstoffkonzentration c direkt proportional ist. E  '  c  d (Gleichung 4) Der Proportionalitätsfaktor ist der Extinktionskoeffizient  bzw. ‘.  wie auch ‘ ist für jeden Farbstoff ein individueller Wert, der experimentell bestimmbar ist, und mit der Schichtdicke d zu einem kon‐
stanten Wert zusammengefasst werden kann. Diese Konstante nennt man üblicherweise den soge‐
nannten photometrischen Faktor F. E c F Hochschule Hannover Fachbereich Maschinenbau Prof. Stiller / Prof. Sakuth (Gleichung 5) Umwelttechnik Labor Seite 2 Photometrische Bestimmung der Konzentration 24.01.2014 von gelösten Wasserinhaltsstoffen Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen. Abbildung 2 Zusammenhang zwischen Extinktion und Konzentration 2.2 Photometrie Um auf die Konzentration c des gesuchten Stoffes zu schließen, wird die Extinktion E mit dem vorher bestimmten, photometrischen Faktor F umgerechnet, d.h. es wird Gleichung 5 nach der Konzentrati‐
on c umgestellt. Wie der Vergleich von Gleichungen 4 und 5 demonstriert, so sind in dem Faktor F die speziellen Absorptionseigenschaften des gemessenen Farbstoffes als Extinktionskoeffizient  und die Schichtdicke d der verwendeten Küvette (in Zentimeter) berücksichtigt. Bei Photometern mit Referenzstrahlengang, werden zwei Lichtmessungen parallel durchgeführt. Ein Teil des von der Lampe im Photometer emittierten Lichts wird direkt am Entstehungsort abgegriffen und auf eine Photozelle (dem Referenzelement) gelenkt. Ein zweiter Anteil des Lichts geht durch die Probe und wird in einer zweiten Photozelle (dem Messelement) registriert. Aus der Differenz der so erzeugten elektrischen Signale berechnet das Photometer die eigentliche Extinktion E der Probe. Die Extinktion wird größer, je mehr Licht in der Probe absorbiert wird. Eine Extinktion von 0 ergibt sich so zum Beispiel, wenn die von den Photozellen (Referenz‐ und Messelement) empfangenen Lichtmengen gleich groß sind, also im Prinzip keine Abschwächung der durch die Filter selektierten Wellenlänge im Messstrahlengang erfolgte. Verlässt nur noch ein Zehntel des eingestrahlten Lichts die Probe, so erhält man die Extinktion vom Wert 1, ist es nur noch ein Hundertstel, dann ist die Ex‐
tinktion 2 und bei einem Tausendstel beträgt sie 3 (siehe hierzu Gleichung 3 auf vorheriger Seite). Hochschule Hannover Fachbereich Maschinenbau Prof. Stiller / Prof. Sakuth Umwelttechnik Labor Seite 3 Photometrische Bestimmung der Konzentration 24.01.2014 von gelösten Wasserinhaltsstoffen Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen. Abbildung 3: Optische Strahlenführung in einem Photometer mit Gittermonochromator‐Anordnung und den Doppel‐Multifunktions‐Küvettenschächten (Die Wellenlängenselektion erfolgt durch den sogenannten Gittermonochromator. Der „lin/log‐wandler“ konvertiert die lineare Lichtsignalantwort in einen logarithmischen Wert, der dann als Differenzwert aus Referenz‐ und Messelement auf der Anzeige di‐
rekt abgelesen werden kann.) Jeder Farbstoff besitzt ein individuelles Absorptionsspektrum, wobei verschiedene Wellenlängen unterschiedlich stark abgeschwächt werden. Um die Selektivität der Messung auf den Farbstoff zu erhöhen, verwendet man anstelle des gesamten Spektrums nur bestimmte Frequenzbereiche oder häufig nur eine Wellenlänge. Die dabei nicht verwendbaren Wellenlängen des Spektrums blendet ein in den Strahlengang des Photometers eingebautes Interferenzlinienfilter, der sogenannte Mono‐
chromator, aus. Kationen einiger Salze wie zum Beispiel die von Kupfer‐(II), Nickel‐(II) und Chrom‐(III) besitzen als Übergangselemente bereits eine starke Eigenfärbung. Dadurch ist es möglich, diese Stoffe auch ohne vorherige, chemische Umsetzung mit einem Farbstoff photometrisch zu messen. Andere Ionen müs‐
sen jedoch zuerst durch eine chemische Reaktion in „farbige“ Verbindungen überführt werden. 2.2.1 Reagenzienblindwert Auch die verwendeten Chemikalien und Reagenzien in der Messlösung haben bestimmte Absorpti‐
onseigenschaften und können dadurch die eigentliche Bestimmung beeinflussen. Durch diesen Um‐
stand ergibt sich eine Einschränkung des für die Messung zur Verfügung stehenden Extinktionsberei‐
ches um den Reagenzienblindwert. Hochschule Hannover Fachbereich Maschinenbau Prof. Stiller / Prof. Sakuth Umwelttechnik Labor Seite 4 Photometrische Bestimmung der Konzentration 24.01.2014 von gelösten Wasserinhaltsstoffen Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen. 2.2.2 Probenblindwert Trübungen und Färbungen in der Probelösung können die Messung durch Absorption des Analysen‐
lichts ebenfalls beeinflussen. Im Unterschied zum Reagenzienblindwert ist der Probenblindwert je‐
doch von Probe zu Probe unterschiedlich: unter günstigen Umständen ist er messtechnisch nicht er‐
fassbar, oder unter ungünstigen Bedingungen so extrem hoch, dass das Messgerät an Auflösung und damit der Messwert an Genauigkeit verliert. Will bzw. muss man den Probenblindwert bei der Analy‐
se berücksichtigen, so macht dieses eine Doppelmessung erforderlich. Dazu wird vom Messwert der Analysenlösung der Messwert der Probenblindlösung einfach abgezogen. 2.2.3 Gerätenullpunkt Der Gerätenullpunkt berücksichtigt alle Extinktionen, Streuungen, Reflexionen etc., die die optischen und technischen Bestandteile im Strahlengang des Photometers verursachen und dadurch den ei‐
gentlichen Messwert verfälschen können. Der sogenannte „Gerätenullpunktabgleich“ wird bei mo‐
dernen Photometern das erste Mal nach der Fertigung im Werk durchgeführt. Ein weiterer Nullab‐
gleich wäre erst dann notwendig, wenn eine apparatetechnische Komponente im Strahlengang ver‐
ändert würde. 2.2.4 Aufnahme von Absorptionsspektren Nur die Absorptionsspektren liefern vollständige Informationen über das tatsächliche Absorptions‐
verhalten einer bestimmten Komponente im betrachteten Wellenlängenbereich. Bei der Aufnahme von Absorptionsspektren (dem sogenannten „Scannen“) wird das Absorptionsverhalten einer Sub‐
stanz in einem größeren Wellenlängenbereich nacheinander bei vielen Messwellenlängen unter‐
sucht, die dann in möglichst kleinen aber gleichen Intervallen voneinander entfernt liegen. Die Messwerte bilden in ihrer Gesamtheit charakteristische Kurvenzüge, die man als substanztypisches Absorptionsspektren bezeichnet (Bestimmung der Art einer Verunreinigung in wässrigen Lösungen; Möglichkeit der chemische Analyse). Exponierte Punkte dieser Substanzspektren sind ist dabei die Maxima und Minima, da sie für analytische Aufgabenstellungen besonders geeignet sind. 

Abbildung 4: Absorptionsverhalten in Abhängigkeit von Messwellenlängen für eine chemische Sub‐
stanz Üblicherweise werden photometrische Messungen bei der Wellenlänge durchgeführt, zu der im Ab‐
sorptionsspektrum der höchste Extinktionswert gehört. Eine 10‐Punkte‐Kalibrierung wird deshalb bei genau dieser Wellenlänge durchgeführt (siehe 2.2.6). Hochschule Hannover Fachbereich Maschinenbau Prof. Stiller / Prof. Sakuth Umwelttechnik Labor Seite 5 Photometrische Bestimmung der Konzentration 24.01.2014 von gelösten Wasserinhaltsstoffen Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen. 2.2.5 Ermittlung von Reaktionszeiten Der Einsatz von Reagenzien zum „Anfärben“ oder zum Nachweis bestimmter Komponenten in den wässrigen Lösungen setzt voraus, dass die zur vollständigen Abreaktion benötigte Reaktionszeit auch vorhanden ist. Um Reaktionszeiten, die dann exakt einzuhalten sind, zu ermitteln, geht man wie folgt vor. Man lässt die Reaktion ablaufen und beobachtet während der chemischen Umsetzung die Zunahme des Extink‐
tionswertes. Wird keine Zunahme des Extinktionswertes mehr registriert, so kann die chemische Re‐
aktion als vollständig abgelaufen angesehen und damit die notwendige Reaktionszeit berechnet bzw. definiert werden. 2.2.6 10‐Punkte‐Kalibrierung Mit den Verfahrenskenngrößen einer 10‐Punkte‐Kalibrierung nach DIN 338402 Teil 51 lassen sich die Messergebnisse photometrischer Methoden beurteilen. Verfahrensstandardabweichungen und Verfahrensvariationskoeffizienten geben an, mit welchen Abweichungen bei einem Analyseergebnis zu rechnen sind. Ferner ergeben sich Daten für die Erstel‐
lung einer eigenen photometrischen Methode. 2.3 Durchführung einer 10 Punkte‐Kalibrierung: 2.3.1 Vorbereitung Zur Vorbereitung der 10‐Punkt‐Kalibrierung werden 10 Standardlösungen mit gleichmäßig über den zu untersuchenden Messbereich verteilten Konzentrationen ‐ z.B.: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 mg/l ‐ hergestellt. Dabei soll der Konzentrationsmittelwert der zur Kalibrierung verwendeten Lösungen ungefähr dem zu erwartenden Konzentrationswert der untersuchenden Probe entsprechen. Jede Standardlösung wird wie die spätere Probe entsprechend vorbehandelt und die Extinktion bestimmt. Die Ergebnisse lassen sich in nachfolgender Tabelle zusammenfassen: Probe Konzentration, [mg/l]
Extinktion E 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Summe: Mittelwert: 55 5,5 Hochschule Hannover Fachbereich Maschinenbau Prof. Stiller / Prof. Sakuth Umwelttechnik Labor Seite 6 Photometrische Bestimmung der Konzentration 24.01.2014 von gelösten Wasserinhaltsstoffen Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen. 2.3.2 Berechnung der linearen Kalibrierfunktion y = a + b  x: y

a
x Abbildung 5: Diagramm der Kalibriergeraden a = b = tan  Ordinatenabschnitt (errechneter Reagenzienblindwert) Steigung der Kalibriergeraden (Maß für die Empfindlichkeit der Methode) 2.3.3 Berechnung der Steigung der Kalibrierfunktion b: Die Berechnung der Steigung der Kalibrierfunktion b erfolgt nach: N
 (x  x
i
b
Mittel
)  ( yi  yMittel )
i 1
(Gleichung 6) N
 ( xi  xMittel )2
i 1
mit: xi ‐ Konzentration der i‐ten Standardlösung, xMittel ‐ Mittelwert der Standardkonzentrationen, yi ‐ Extinktion der i‐ten Standardkonzentration, yMittel ‐ Mittelwert der Extinktion aller Standardkonzentrationen und N ‐ Anzahl der Standardlösungen. 2.3.4 Berechnung des Ordinatenabschnitts a: Ist wie in vorherigen Abschnitt 2.3.3 die Steigung der Kalibrierfunktion ermittelt, so erhält man aus nachfolgender Zusammenhang (Gleichung 7) einfach den Ordinatenabschnitt a. a = yMittel ‐ b  xMittel
Hochschule Hannover Fachbereich Maschinenbau Prof. Stiller / Prof. Sakuth (Gleichung 7) Umwelttechnik Labor Seite 7 Photometrische Bestimmung der Konzentration 24.01.2014 von gelösten Wasserinhaltsstoffen Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen. 2.3.5 Berechnung der Verfahrensstandardabweichung sx0: Zur Ermittlung der Güte der erhaltenen Kalibrierfunktion bedient man sich der mathematischen Me‐
thode der Verfahrensstandardabweichung. Diese lässt sich wie folgt berechnen: N
 (y  y
i
i 1
sx 0 
i , ber
N 2
b
)2
(Gleichung 8) mit: yi ‐ Extinktion der i‐ten Standardkonzentration, yi,ber ‐ berechnete Extinktion der i‐ten Standardkonzentration über E = a + b  c, N ‐ Anzahl der Standardlösungen, b ‐ Steigung der Kalibrierfunktion und sx0 ‐ Verfahrensstandardabweichung 2.3.6 Berechnung des Verfahrensvariationskoeffizienten Vx0: Vx 0 
sx 0
 100% (Gleichung 9) xMittel
Nach Kenntnis der Verfahrensstandardabweichung sowie des Verfahrensvariationskoeffizienten ist nun für die überprüfte Methode mit einer Abweichung von sx0 oder Vx0 für ein Ergebnis im mittleren Messbereich zu rechnen. Nach Umstellung der Kalibrierfunktion ergibt sich die Berechnung eines Konzentrationswertes x aus einer gemessenen Extinktion E über: x
(E  a )
(Gleichung 10) b
2.4
Bestimmung der Konzentration von gelösten Nitrat‐Ionen in einer wässriger Lösung (nach Dr. Lange mit dem Photometer DR 3900 und DIN 38 405 Teil 9) 2.4.1 Prinzip In schwefel‐ und phosphorsaurer Lösung reagieren Nitrat‐Ionen mit 2,6‐Dimethylphenol (2,6‐DMP) zu 4‐Nitro‐2,6‐dimethylphenol (4‐Nitro‐2,6‐DMP) nach folgendem Reaktionsschema. (1) NO3‐ + H2SO4 → HSO4 ‐ + HNO3 (2) HNO3 + H2SO4 → NO2+ + ‐OSO3H + H2O (3) NO2+ + 2,6‐DMP → 4‐Nitro‐2,6‐DMP Hochschule Hannover Fachbereich Maschinenbau Prof. Stiller / Prof. Sakuth Umwelttechnik Labor Seite 8 Photometrische Bestimmung der Konzentration 24.01.2014 von gelösten Wasserinhaltsstoffen Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen. Das 4‐Nitro‐2,6‐dimethylphenol bildet eine orangefarbene Verbindung mit einem Absorptionsmaxi‐
mum bei 324 nm. Hinweis: Chemische Formel vom 2,6‐DMP: 2.4.2 Allgemeine Angaben Nitrat‐Ionen kommen in Grundwässern und Oberflächenwässern in unterschiedlichen Konzentratio‐
nen vor und sind auch in den Abläufen schwach belasteter biologischer Kläranlagen sowie in be‐
stimmten industriellen Abwässern enthalten, letztere auch in höheren Konzentrationen. 2.4.3 Anwendungsbereich Der Anwendungsbereiche der beiden vorliegenden Methoden finden sich in den Untersuchungen von Abwässern, Trinkwässern, Rohwässern, Oberflächenwässern, Boden, Substrat oder Nährlösun‐
gen (im Nitrat‐Stickstoff‐Konzentrationsbereich von 0,5‐25 mg/L Nitrat). 2.4.4 Messbereiche der Methoden im Vergleich Dr. Lange – Methode: 1,0 – 150 mg/L Nitrat (NO‐3) DIN – Methode: 2,2 – 110 mg/L Nitrat (NO‐3) 2.4.5 Mögliche Einflüsse und Störungen durch Fremdionen oder organische Fracht Die in der Tabelle aufgeführten Fremdionen stören bis zu den angegebenen Konzentrationen die ei‐
gentliche Messung nicht. Bei höheren Werten müssen diese Kationen ggfs. maskiert werden. 500 mg/: K+, Na+ 100 mg/:Ag+ 550 mg/: Pb2+, Zn2+, Ni2+, Fe3+, Cd2+, Sn2+, Ca2+, Cu2+ 10 mg/: Co2+, Fe2+ 5 mg/: Cr6+ Der CSB‐Gehalt sollte unter 200 mg/L liegen. Trübe Proben sind vor der Messung zu filtrieren. 2.4.6 Vorgehensweise Die Reagenzien zusammen mit der zu messenden Probe in den vorgeschriebenen Mengen in ein Re‐
agenzglas pipettieren. Das Reagenzglas ist dabei vorsichtig zu schwenken, bis in der Lösung keine Schlieren mehr zu beobachten sind (vollständige Mischung und eigentliches Ende der farbgebenden Reaktion). Achten Sie beim Schwenken darauf, dass Sie die Reagenzglasöffnung nicht in Richtung einer Person halten! Nach ca. 15 min wird mit dem Photometer bei einer Wellenlänge von 345 nm die Extinktion be‐
stimmt. Hochschule Hannover Fachbereich Maschinenbau Prof. Stiller / Prof. Sakuth Umwelttechnik Labor Seite 9 Photometrische Bestimmung der Konzentration 24.01.2014 von gelösten Wasserinhaltsstoffen Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen. 2.4.7 Sicherheitshinweise: Die Reagenzien des Versuches sind Gefahrstoffe. Daher gehen Sie mit der entsprechenden Vorsicht mit den Chemikalien um und berücksichtigen Sie die Risiko‐ und Sicherheitshinweise (Denken Sie an die Hinweise in der Einführungsveranstaltung!): 2‐Propanol oder Isopropanol ‐ H: 225/319/336 P: 210/233/305+351+338 60 %‐ige Schwefelsäure ‐ H: 314/290 P: 280/301+330+331/309+310/ 305+351+338 33 %‐ige Phosphorsäure ‐ H: 314/290 P: 280/301+330+331/309+310/ 305+351+338 wasserfreie Essigsäure ‐ H: 226/314 P: 280/301+330+331/307+310/ 305+351+338 H‐Sätze: P‐Sätze H225: Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar. H319: Verursacht schwere Augenreizung. H336: Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H226: Flüssigkeit und Dampf entzündbar. P210: Von Hitze/Funken/offener Flamme/heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rau‐
chen. P233: Behälter dicht verschlossen halten. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P301+P330+P331: BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeifüh‐
ren. P309+P310: BEI Exposition oder Unwohlsein: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. P307+P310: BEI Exposition: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. (Keine offizielle P‐Satzkombination gemäß Angabe in der GESTIS‐Datenbank) 3 Versuchsdurchführung a) NO3‐‐Reaktion mit einer nitrathaltigen Probe durchführen und Absorptionsspektrum auf‐
nehmen (und auswerten). Die Wellenlänge ist in der DIN‐Norm mit 324 nm vorgegeben. Da das Hach‐Dr. Lange‐Photometer DR 3900 im Messbereich 324 bis 904 nm erfolgreich arbeitet, wird vorgeschlagen, die Wellenlängen 324 nm und 345nm für die Untersuchungen zu verwenden. Diese Wellenlängen sind auch im Küvetten‐Test von dem Gerätehersteller geprüft worden. b) Vorbereiten einer Standardlösung ‐ 500 mg NO3‐/L Hierzu werden 0,686 g NaNO3 in 1000 ml destilliertem Wasser gelöst. Hochschule Hannover Fachbereich Maschinenbau Prof. Stiller / Prof. Sakuth Umwelttechnik Labor Seite 10 Photometrische Bestimmung der Konzentration 24.01.2014 von gelösten Wasserinhaltsstoffen Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen. c) Verdünnte Lösungen herstellen: z.B.: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 mg NO3‐/L. d) 10‐Punkte‐Kalibrierung durchführen: In einem Erlenmeyerkolben reagiert 1 ml der Probe mit 8 ml Säuremischung und 1 ml Dimethyl‐
phenol‐Lösung. Die Extinktion bleibt nach etwa 10 min für zirka 1 Stunde konstant. In gleicher Weise wird eine Blindprobe hergestellt, bei der anstelle der Wasserprobe 1 ml destilliertes Wasser verwendet wird. Vor Beginn einer Messreihe ist zuerst mit dieser Blindprobe die Nullmes‐
sung durchzuführen. Dadurch wird die Extinktion der Blindprobe bei allen weiteren Messungen be‐
rücksichtigt. Auf der Abszisse (x‐Achse) werden die Massenkonzentrationen der Kalibrierlösungen und auf der Ordinate die zugehörigen Werte der Extinktion E aufgetragen. Die Messpunkte sollen je nach Mess‐ und Probengüte auf einer Geraden liegen. Aus dem Quotienten der Massenkonzentration und dem zugehörigen, spektralen Absorptionsmaß ergibt sich unter Berücksichtigung der Küvettenschichtdicke d der Kalibrierfaktor f mit der Einheit [cm  mg/L]. e) Kalibrierkurve berechnen. Die Massenkonzentration des Nitrats in der Wasserprobe ergibt sich aus der Gleichung: x
E f
d
(Gleichung 11) In Gleichung 11 bedeuten: x = Massenkonzentration des Nitrats in der Wasserprobe in mg/L, E = Extinktion der Wasserprobe, f = Faktor in cm*mg/L und d = Schichtdicke der Küvette in cm f) NO3‐‐Konzentration einer Probe messen (Mineralwasser, Ihmewasser, eventuell von den Studenten mitgebrachte Proben) g) Geräte und Chemikalien 
Photometer DR 3900 
Küvetten, Schichtdicke 1 cm 
Erlenmeyerkolben 
Pipetten 
Messkolben 
Testküvetten von Dr. Lange 
Dimethylphenol‐Lösung: 1,2 g 2,6‐Dimethylphenol, C8H10O, zur Analyse, werden in 1l Essig‐
säure, CH3COOH, wasserfrei, zur Analyse, gelöst. 
Säuremischung: 1 Volumen Schwefelsäure (H2SO4, zur Analyse mit d=1,84 g/ml) wird mit 1 Volumen Phosphorsäure (H3PO4, zur Analyse mit d=1,71 g/ml) VORSICHTIG gemischt. Hochschule Hannover Fachbereich Maschinenbau Prof. Stiller / Prof. Sakuth Umwelttechnik Labor Seite 11 Photometrische Bestimmung der Konzentration 24.01.2014 von gelösten Wasserinhaltsstoffen Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen. 4 Aufgabenstellung Zu bestimmen ist die Konzentration von Nitrat NO3‐ in einer Wasserprobe in folgenden Schritten: 1. Aufnahme des Absorptionsspektrums 2. Durchführung der 10‐Punkte‐Kalibrierung, Berechnung der Kalibrierfunktion 3. Bestimmung der Nitrat‐Konzentration in der Probe 5 Literatur /1/ /2/ /3/ /4/ ,,WTW ‐ Photometrie´´ Fibel zur photometrischen Wasser‐ und Abwasseranalytik ,,Dr. Lange ‐ Anwendungsbericht G. No. 4´´ Angewandte Spektralphotometrie Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser‐, Abwasser‐ und Schlammuntersuchung DIN 38405‐ D 9‐2 ISO 7890‐1‐2‐1986 Hochschule Hannover Fachbereich Maschinenbau Prof. Stiller / Prof. Sakuth Umwelttechnik Labor Seite 12 Photometrische Bestimmung der Konzentration 24.01.2014 von gelösten Wasserinhaltsstoffen