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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:
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:
Was beeinflusst die Konzentration des gelösten Sauerstoffs?
Temperatur
Die Temperatur hat einen großen Einfluss auf die DO-Konzentration. Je höher die Temperatur, desto weniger Sauerstoff ist in der flüssigen Phase gelöst . Warum? Gerne erkläre ich es Ihnen etwas anschaulicher:
Wenn die Temperatur einer Lösung steigt, bewegen sich die darin enthaltenen Ionen und Moleküle aufgrund der erhöhten Energie und schwingen hin und her. Daher kommt es immer häufiger zu Kollisionen zwischen den Teilchen und einige der Bindungen, die sie zusammenhalten, können aufbrechen. Je mehr Teilchen in einem Raumanteil schwingen, desto mehr Kollisionen treten auf. Noch mehr Bindungen lösen sich. Die Bindungen, die die Sauerstoffmoleküle in der Flüssigkeit halten, brechen auf und Sauerstoff wird aus der Lösung freigesetzt. Dies führt zu einer Verringerung des DO-Gehalts. Wenn die Temperatur sinkt, geschieht das Gegenteil: Die Partikelbewegung nimmt ab und die DO-Konzentration kann ansteigen.
Druck
Für unseren Zweck bezieht sich „Druck“ hier auf den atmosphärischen Druck. Vielleicht waren Sie schon einmal auf dem Gipfel eines Berges oder in einem Flugzeug, das in großer Höhe fliegt, und haben dort aus Ihrer Wasserflasche getrunken. Als Sie wieder auf dem Boden (oder am Ausgangspunkt Ihrer Wanderung) waren und die Flasche erneut überprüften, stellten Sie vielleicht fest, dass sie leicht zusammengedrückt war oder ein Sauggeräusch verursachte, als Sie sie wieder öffneten. Dies ist auf den Unterschied im atmosphärischen Druck zurückzuführen, der umgekehrt proportional zur Höhe ist.
Wenn der atmosphärische Druck sinkt, nimmt auch der Sauerstoffpartialdruck ab. Daher ist in größeren Höhen weniger Sauerstoff in der Flüssigkeit gelöst, da der äußere Druck ihn nicht darin festhalten kann. Je höher wir kommen, desto mehr Sauerstoff diffundiert aus der Flüssigkeit heraus. In niedrigeren Höhenlagen steigt die Sauerstoffkonzentration mit zunehmendem Luftdruck.
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!
Die O2-Lumitrode, der optische Sensor zur DO-Messung von Metrohm, ist der schnellste seiner Art auf dem Markt. Sie misst den DO-Gehalt in Flüssigkeiten in weniger als 30 Sekunden! Das Funktionsprinzip basiert auf der Lumineszenzlöschung.
Lassen Sie mich erklären, wie das funktioniert: Die Sensorkappe enthält eine Membran mit einem eingebetteten Luminophor, das durch rotes Licht angeregt wird. Wenn kein Sauerstoff vorhanden ist, kehrt das Luminophor durch die Emission von Lumineszenz in seinen Grundzustand zurück.
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.
Unser 913 pH/DO-Meter oder 914 pH/DO/Konduktometer kann mit der O2-Lumitrode ausgestattet werden. Bei beiden handelt es sich um kombinierte Geräte, d. h. Sie können neben dem gelösten Sauerstoff auch den pH-Wert und/oder die Leitfähigkeit messen.
Wie bereits erwähnt, beeinflussen Temperatur, Druck und Salzgehalt den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in Flüssigkeiten. Daher ist die O2-Lumitrode mit einem Temperatursensor und einem Drucksensor ausgestattet, so dass eine automatische Temperatur- und Druckkompensation durchgeführt werden kann, um möglichst zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Wenn Sie den Sauerstoffgehalt in einer salzhaltigen Lösung oder in Meerwasser messen, können Sie die Leitfähigkeit parallel zum Sauerstoffgehalt messen und die automatische Salzgehaltskompensation einschalten.
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.
Ihr Wissen zum Downloaden:
White Paper: Bestimmung von gelöstem Sauerstoff in Wasser: Titration oder direkte Messung?
