Das Vertiefungsmodul „Geohydrochemie“ dient dazu, basierend auf dem Schwerpunkt Grundwasser und Boden, hydrogeochemische Stoff- und Ökosysteme anhand von hydrogeochemischen, thermodynamischen, kinetischen und mikrobiologischen Daten und Fakten abzuhandeln. In dem daran anschließenden „Geohydrochemischen Laborpraktikum“ werden die für eine konkrete Bewertung einer Wasserprobe erforderlichen Verfahrensschritte nachvollzogen. In dem folgenden Praktikumsbericht werden einiger dieser Verfahrensschritte anhand von durchgeführten Versuchen näher erläutert, Wasserproben nach bestimmten Methoden analysiert und die gewonnen Ergebnisse abschließend ausgewertet und interpretiert.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Versuch 1: Probenahme, Messung der Vor-Ort-Parameter und Probenvorbehandlung
3 Versuch 2: Bestimmung der Anionen und Kationen mittels IC und ICP-OES
4 Versuch 3: Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB2)
5 Versuch 4: Bestimmung der Gesamtkeimzahl
6 Versuch 5: Photometrische Nitratbestimmung
7 Versuch 6: Titrationen – Bestimmung der Gesamthärte, der Säurekapazität/ Carbonathärte und der Basekapazität
8 Versuch 7: Schnelltests – Gesamthärte, Carbonathärte, Sauerstoff, Phosphat, Chlorid, Sulfat und Ammonium
9 Versuch 8: Messung des gelösten und ungelösten organischen und anorganischen Kohlenstoffs mittels TOC-Analysator
10 Gesamtbewertung
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die vorliegende Arbeit dokumentiert ein geohydrochemisches Laborpraktikum, in dem Wasserproben aus verschiedenen Quellen analysiert werden, um deren stoffliche Zusammensetzung, biologische Belastung und allgemeine Wasserqualität mittels wissenschaftlicher Messverfahren zu bewerten.
- Methodische Analyse von Vor-Ort-Parametern und Probenvorbehandlung
- Quantifizierung von Kationen und Anionen durch IC und ICP-OES
- Untersuchung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB2) und der Gesamtkeimzahl
- Photometrische Bestimmung von Nitratgehalten in Wasserproben
- Bestimmung von Wasserhärte sowie Kohlenstoffgehalten mittels TOC-Analysator
Auszug aus dem Buch
3 Versuch 2: Bestimmung der Anionen und Kationen mittels IC und ICP-OES
Die Verfahren der Ionenchromatographie (IC) und der optischen Emissionsspektroskopie mittels induktiv gekoppelten Plasmas (ICP-OES) dienen dazu, schnelle und präzise Aussagen über die Kationen und Anionen einer Wasserprobe zu erhalten. Dabei beschränkt sich das ICP-OES auf die vorhandenen Kationen (Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Mn2+, Fe2+). Das Prinzip dieses Messverfahrens beruht auf der Verwendung eines ionisierten, elektronenreichen Gases – auch Plasma genannt – als Strahlungsquelle. Als Plasma wird hierbei das einatomige Edelgas Argon verwendet, welches zur Anregung der optischen Emission auf ca. 6.000-12.000 K erhitzt wird. Die Erhitzung erfolgt dabei mittels eines Teslafunkens „durch das in den Spulen anliegende Hochfrequenzfeld“ (www.wikipedia.de, ICP-OES, 2011) von 27-40MHz. Die vorhandenen freien Elektronen werden dadurch beschleunigt und heizen, durch Kollision mit der Atomoberfläche, das System auf.
Die Induktion der flüssigen, zerstäubten Probe erfolgt anschließend durch den Plasmastrom. Dabei wird die Probe durch das Edelgas Argon zur Aussendung von Licht angeregt. Das so emittierte Licht wird anschließend zerlegt und durch einen Elektronenvervielfacher in ein elektrisches Signal umgewandelt (www.mbgc.icbm.de). Ein eingebauter Echelle-Polychromator ermöglicht eine weitreichende Detektion der abgesonderten Wellenspektren und eine gleichzeitige Bestimmung mehrerer Kationen. Die Ionenchromatographie dagegen wird zur Bestimmung vorhandener Anionen (F-, Cl-, NO2-, NO3-, SO42-, PO43-) herangezogen. Der Hauptbestandteil dieser Methode ist eine analytische Trennsäule, die aus einer stationären Phase auf Polymerbasis besteht. Die Säule selbst besteht aus Epoxidharz. Die stationäre Phase ist dabei unveränderlich in ihrer Position und Materialeigenschaft und dient dazu, die Anionen aus der zu analysierenden Probe herauszulösen und an seine Oberfläche zu binden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Zielsetzung des Praktikums zur Untersuchung von Grundwasser- und Bodenökosystemen anhand hydrogeochemischer und biologischer Parameter.
2 Versuch 1: Probenahme, Messung der Vor-Ort-Parameter und Probenvorbehandlung: Erläutert die Vor-Ort-Messungen physikalischer Parameter wie pH-Wert und Leitfähigkeit sowie das standardisierte Vorgehen bei der Probenahme und -aufbereitung.
3 Versuch 2: Bestimmung der Anionen und Kationen mittels IC und ICP-OES: Beschreibt die analytische Erfassung gelöster Ionen mittels Ionenchromatographie und optischer Emissionsspektroskopie.
4 Versuch 3: Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB2): Behandelt die Bestimmung der biologischen Aktivität und organischen Belastung durch die Messung des Sauerstoffverbrauchs über zwei Tage.
5 Versuch 4: Bestimmung der Gesamtkeimzahl: Detailliert die Methode zur Bestimmung der bakteriellen Gewässerbelastung mittels Koloniezählung auf Nährböden.
6 Versuch 5: Photometrische Nitratbestimmung: Erläutert das fotometrische Messprinzip zur Quantifizierung von Nitrationen basierend auf dem Lambert-Beerschen-Gesetz.
7 Versuch 6: Titrationen – Bestimmung der Gesamthärte, der Säurekapazität/ Carbonathärte und der Basekapazität: Beschreibt die Ermittlung der Wasserhärte und Pufferkapazitäten durch maßanalytische Titrationsverfahren.
8 Versuch 7: Schnelltests – Gesamthärte, Carbonathärte, Sauerstoff, Phosphat, Chlorid, Sulfat und Ammonium: Analysiert die Eignung und Zuverlässigkeit von Feld-Schnelltests zur orientierenden Wasseruntersuchung.
9 Versuch 8: Messung des gelösten und ungelösten organischen und anorganischen Kohlenstoffs mittels TOC-Analysator: Erklärt die Bestimmung von Kohlenstoffverbindungen mittels Verbrennungsanalyse zur Charakterisierung der organischen Wasserbelastung.
10 Gesamtbewertung: Fasst die Ergebnisse der verschiedenen Untersuchungsmethoden zusammen und bewertet die Aussagekraft der Analysen für die verschiedenen Wasserproben.
Schlüsselwörter
Geohydrochemie, Grundwasser, Ionenchromatographie, ICP-OES, Wasserhärte, BSB2, Gesamtkeimzahl, Nitratbestimmung, Titration, TOC-Analyse, hydrogeochemische Stoffe, Wasserqualität, Probenvorbehandlung, Feld-Schnelltests, Schadstoffbelastung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Analyse von Wasserproben aus verschiedenen Quellen (Grundwasser, Rhein, See, Brunnen) im Rahmen eines geohydrochemischen Laborpraktikums.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die Schwerpunkte liegen auf der chemischen Zusammensetzung, der biologischen Belastung (Keimzahlen, Sauerstoffbedarf) sowie der technischen und ökologischen Einordnung der Wasserqualität.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Anwendung verschiedener Laborverfahren zur umfassenden Bewertung des Verschmutzungsgrades und der Eignung der untersuchten Wässer für verschiedene Verwendungszwecke.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden angewendet?
Zum Einsatz kommen u.a. Ionenchromatographie, ICP-OES, photometrische Nitratmessung, EDTA-Titration, TOC-Verbrennungsanalyse sowie mikrobiologische Keimzahlbestimmungen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in acht Versuche, die von der Probennahme über diverse Analytik-Verfahren bis hin zur Bewertung von Messergebnissen und dem Vergleich mit gesetzlichen Richtlinien reichen.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit charakterisieren?
Geohydrochemie, Ionenchromatographie, ICP-OES, Wasserhärte, BSB2, TOC-Analyse, Nitratbestimmung, Keimzahl, Wasserqualität und Umweltschutz.
Welche Rolle spielen die Ionenbilanzfehler bei der Interpretation?
Die Ionenbilanzfehler dienen als Qualitätskontrolle für die chemischen Analysen; Abweichungen deuten auf fehlerhafte Probenahmen, unvollständige Ionenmessungen oder chemische Komplexbildungen hin.
Warum weichen die Ergebnisse der Schnelltests teilweise von den Laborergebnissen ab?
Die Abweichungen resultieren aus der geringeren Präzision der Schnelltests, subjektiver Farbwahrnehmung bei der Auswertung und methodischen Schwächen bei der Handhabung im Gelände.
- Arbeit zitieren
- Amalia Aventurin (Autor:in), 2012, Bericht zum "Geohydrochemischen Laborpraktikum" im Vertiefungsmodul "Geohydrochemie", München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/206443
