Verfahrenstechnik 5/2016

TOP-THEMA I TITEL

TOP-THEMA I TITEL Saubere und schnelle Methode Chemischen Sauerstoffbedarf chemikalienfrei bestimmen Werner Arts Die Messung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) nimmt in der Wasseranalytik eine wichtige Rolle ein. Die Bestimmung des Parameters mittels Hochtemperaturverfahren stellt eine umweltfreundliche Alternative zu bisherigen Verfahren wie Küvet tentests dar. Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) kennzeichnet die Menge an Sauerstoff, die zur Oxidation aller organischen Inhaltsstoffe einer Wasserprobe benötigt wird. Der Parameter ist nicht nur seit der Aufnahme von Kaliumdichromat in der Reach-Verordnung – wodurch das Oxidationsmittel gängiger CSB-Verfahren zulassungspflichtig geworden ist – in aller Munde. Bereits seit Jahren wird eine schnelle und saubere Alternative zu gängigen Methoden gesucht. Das am häufigsten angewandte Verfahren zur Bestimmung ist die Kaliumdichromat-Methode (DIN 38409-41). Hierbei wird die benötigte Menge Sauerstoff über den Verbrauch des Oxidationsmittels Kaliumdich romat (K 2 Cr 2 O 7 ) bestimmt, das unter festgelegten Bedingungen mit den Wasserinhaltsstoffen reagiert. Die wesentlichen Nachteile dieser Methode sind: n Lange Analysezeit von ca. 2,5 h n Verwendung von gesundheitsgefährdenden Stoffen (Quecksilber, Schwefelsäure und Kaliumdichromat) n chloridhaltige Proben müssen mit Quecksilber maskiert werden, damit die Oxidation zu Chlor den Messwert nicht fälschlich erhöht Autor: Dr. Werner Arts, Vorstand, LAR Process Analysers AG, Berlin n trotz der Chemikalien keine vollständige Oxidation, es sind Wiederfindungsraten zwischen 0 und 100 % bekannt Aufgrund der genannten Nachteile erfolgt die Bestimmung in der Praxis oft mittels Küvettentests (DIN EN ISO 15705). Diese Test-Kits enthalten bereits alle Chemikalien in geringen Mengen und ermöglichen eine etwas einfachere Bestimmung im Vergleich zur Kaliumdichromat-Methode. CSB/TOC-Korrelation Eine häufig angewendete Alternativmethode ist die Korrelation des CSB zum gesamten organischen Kohlenstoff (TOC). Ziel ist es, die CSB-Bestimmung automatisierbar zu machen und auf den Einsatz von Chemikalien zu verzichten. In der Wasseranalytik kann für jeden Stoff ein spezifischer CSB/ TOC-Korrelationsfaktor bestimmt werden, der sich zwischen 0 und 6 bewegt. Bei wechselnden Wassermatrizen ändert sich auch das CSB/TOC-Verhältnis einer Wasserpro- Probenname Hochtemperatur-CSB CSB-Küvettentest FW – 1 2076 mg/l 1901 mg/l FW – 2 667 mg/l 698 mg/l FW – 3 9030 mg/l 8708 mg/l FW – 4 1098 mg/l 1008 mg/l Ergebnisse einer früchteverarbeitenden Fabrik be. In diesem Fall eignen sich starre Korrelationsfaktoren nicht für die zuverlässige CSB-Bestimmung. Die LAR Process Analysers AG entwickelte in Anlehnung an das amerikanische Standardverfahren zur Ermittlung des totalen Sauerstoffbedarfs (TSB, ASTM D6238-98) ein CSB-Labormessgerät – den Quick Codlab. Der TSB charakterisiert die Menge an Sauerstoff, die benötigt wird, um die organischen Inhaltsstoffe einer Wasserprobe vollständig zu oxidieren. Das Verfahren basiert auf der thermischen Oxidation einer Probe mit anschließender Detektion des Sauerstoffverbrauchs. Die Wasserprobe wird mittels einer Präzisionsspritze in den Ofen injiziert. Ungenauigkeiten wie z. B. beim Pipettieren werden so vermieden. Im Ofen wird die Probe bei 1200 °C in einem Trägergasstrom oxidiert. Das Trägergas besteht aus einem Gemisch aus Stickstoff und Luft. Die automatische Trägergasversorgung sichert eine ausreichende, exakt bestimmte O 2 -Konzentration 34 VERFAHRENSTECHNIK 5/2016

01 Wechselnde Wassermatrizen verändern den CSB/TOC-Korrelationsfaktor 02 Im Gegensatz zum CSB wird bei der TSB-Bestimmung die Belastung vollständig erfasst für die vollständige Oxidation. Diese steht in enger Beziehung zum erwarteten O 2 -Bedarf und wird mittels individueller Auswahl des passenden Messbereichs softwareseitig eingestellt. Robuste Messung Der thermische Aufschluss bei 1200 °C gewährleistet die zuverlässige Aufspaltung aller organischen Verbindungen in der Probe. Aufgrund des hohen Oxidationspotenzials des Hochtemperaturverfahrens benötigt das Laborgerät keine oxidationsfördernden Katalysatoren oder gefährlichen Reagen zien. Im Vergleich zum CSB-Küvettentest kommt es bei der thermischen Aufschlussmethode zu keinen Querempfindlichkeiten bei Cl – , Fe 2+ und S 2– . Durch die Oxidation der Probe entsteht im Trägergas eine kurzzeitige Reduzierung der O 2 -Konzentration, die mit einem Sauer-