Eine Halbmikroschnellmethode

zur CSB-Bestimmung

 Ute Elgert, Wolfgang Proske und Volker Wiskamp

 Einleitung

Ein wichtiger Summenparameter zur Beurteilung der Wassergüte ist der chemische Sauerstoffbedarf (CSB). Nach DIN 38409 wird die zu untersuchende Wasserprobe mit einer definierten Menge Chromschwefelsäure 2 Stunden bei 148 C behandelt, wobei nahezu alle organischen Wasserinhaltsstoffe oxidiert werden. Größere Mengen an Chlorid stören und werden deshalb mit Quecksilber(II)-Ionen maskiert. Abschließend wird das überschüssige sechswertige Chrom mit Eisen(II)-Lösung zurücktitriert.

Cr2O72- + 6 e- + 14 H+ ® 2 Cr3+ + 7 H2O (1 mol K2Cr2O7 = 1.5 mol O2)

Cr2O72- + 6 Fe2+ + 14 H+ ® 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O

 CSB-Bestimmung im Schulunterricht

Für den Schulunterricht, z.B. im Rahmen von Ökologieprojekten, ist die DIN-Methode zu arbeits- und zeitaufwendig, wegen des Einsatzes größerer Mengen Chromschwefelsäure zu gefährlich und wegen des Quecksilbergehaltes in Hinblick auf die Entsorgung der Versuchsreste problematisch. Deshalb haben wir nach einer alternativen Methode gesucht.

Ein CSB-Küvettentest (MerckoquantÒ CSB-Test 14541) mit fotometrischer Auswertung kommt kaum in Betracht. Der Test ist zwar ungefährlich und Reste können zwecks Recycling an den Hersteller zurückgegeben werden, aber die Anschaffung der erforderlichen Geräte (Thermostat, Fotometer) dürfte für die meisten Schulen zu teuer sein.

Geeignet ist hingegen die in [1] beschriebene Halbmikroschnellmethode. Vorteilhaft daran ist, daß auf den Zusatz von Quecksilbersalz verzichtet und die erforderliche Reaktionstemperatur in Sekundenschnelle durch Ausnutzung der Wärmeenergie erreicht wird, die beim Mischen der mit Kaliumdichromat-Lösung versetzten Wasserprobe und konzentrierter Schwefelsäure frei wird. Außerdem - und dies ist natürlich wichtig - können reproduzierbare und für den Schulunterricht ausreichend genaue Ergebnisse erzielt werden. Bei den von uns durchgeführten Kontrollmessungen der CSB-Werte von Proben mit definierten Konzentrationen an Phenol bzw. Glucose nach der Halbmikroschnellmethode und mit dem Küvettentest wurden nämlich vergleichbare Ergebnisse erzielt. Und auch die CSB-Werte von Sickerwasserproben (verschiedene Böden wurden mit Wasser gewaschen, die Filtrate direkt bzw. nach Zusatz einer definierten Menge Glucose gemessen) nach den beiden Untersuchungmethoden zeigten für Schulzwecke ausreichende Übereinstimmungen (s. Tabelle 1).

Gerade bei Ökologieprojekten ist es für sinnvoll, daß sich die Schüler auch um die fachgerechte Aufbereitung ihrer Versuchsreste kümmern (Verursacherprinzip). Die Entsorgung der austitrierten Lösungen ist zwar etwas aufwendig, aber sehr lehrreich, weil einige Standardmethoden der Abwasserreinigung zum Einsatz kommen. Schon bei der Titration wird das hochgiftige sechswertige Chrom zum mindergiftigen dreiwertigen reduziert. Durch Zugabe von Natronlauge (Neutralisation) und Ammoniak (Bildung des NH3/(NH4)2SO4-Puffers) wird der für die Chrom- und Eisenhydroxid-Cofällung (Flockung) günstige pH-Wert 8 eingestellt. Der koagulierte Niederschlag läßt sich gut abfiltrieren und wird zu den Feststoffabfällen gegeben. Das Filtrat ist durch den Redoxindikator rot gefärbt, der sich aber an der Oberflächen von Aktivkohle adsorbieren und so dem Wasser entziehen läßt. Das danach farblose Filtrat kann weggeschüttet werden.

Tabelle 1: Vergleichende Bestimmung von CSB-Werten nach der Halbmikroschnellmethode und mit den Küvettentest MerckoquantÒ 14541. (Die berechneten Werte ergeben sich unter der Annahme einer vollständigen Oxidation der organischen Wasserinhaltsstoffe zu CO2 und H2O.)

 

Wasserprobe CSB [mg O2/L]

berechnet Halbmikroschnelltest Küvettentest

42 mg/L Phenol 100 97 129

84 mg/L Phenol 200 197 288

126 mg/L Phenol 300 289 320

168 mg/L Phenol 400 398 392

210 mg/L Phenol 500 519 488

252 mg/L Phenol 600 586 576

294 mg/L Phenol 700 632 648

82 mg/L Glucose 87 64 96

164 mg/L Glucose 174 188 184

246 mg/L Glucose 262 214 236

328 mg/L Glucose 349 281 296

410 mg/L Glucose 436 365 388

492 mg/L Glucose 523 498 448

574 mg/L Glucose 611 565 512

Sickerwasser I ? 26 88

+ 82 mg/L Glucose ? + 87 136 152

Sickerwasser II ? 172 156

+ 82 mg/L Glucose ? + 87 253 212

 

Experimenteller Teil

Geräte: 100-mL-Erlenmeyerkolben, 3- und 5-mL-Vollpipetten, 25-mL-Meßzylinder, Mikrobürette, verschiedene Bechergläser, Faltenfilter, Trichter, pH-Papier.

Chemikalien: 0.0417 molare Kaliumdichromat-Lösung, 0.25 molare Ammoniumeisen(II)-sulfat-Lösung (Wenn diese frisch bereitet wird und mit 1 mL Schwefelsäure/L stabilisiert ist, kann auf eine Titerbestimmung verzichtet werden!), Ferroin-Indikatorlösung (742 mg 1,10-Phenanthrolin, C12H8N2 H2O, und 348 mg FeSO4 7H2O in 50 mL Wasser lösen), konz. Schwefelsäure, 30%ige Natronlauge, konz. Ammoniak-Lösung, pulverförmige Aktivkohle, dest. Wasser.

Durchführung: Zu 5 mL Wasserprobe (CSB unter 800 mg/L O2; Blindprobe mit dest. Wasser durchführen) werden 3 mL Dichromat-Lösung und in einem Strahl 15 mL Schwefelsäure gegeben (Vorsicht: starkes Erwärmen!). Nach genau 2 Minuten werden 25 mL Wasser und 3 Tropfen Indikatorlösung zugesetzt. Dann wird mit Eisen(II)-Maßlösung bis zum Umschlag von grün nach rot titriert.

Entsorgung: Mehrere austitrierte Analysenlösungen werden vereinigt (Gesamtvolumen ca. 400 mL) und unter Rühren zunächst mit Natronlauge bis pH 2-3 (Beginn der Fällung) und dann mit Ammoniak-Lösung bis pH 8 versetzt. Nach etwa 30 Minuten (oder in der nächsten Unterrichtsstunde) wird der gebildete Hydroxidniederschlag abfiltriert. Das rote Filtrat wird mit ca. 2 g Aktivkohle versetzt. Nach 5minütigem Rühren wird filtriert und das farblose Filtrat weggeschüttet. Die Filterkuchen werden zu den Feststoffabfällen gegeben.

Literatur

[1] Autorenkollektiv, C. Legler (Hrsg.), Ausgewählte Methoden der Wasseruntersuchung, Band 1, 2. Aufl. Fischer Verlag, Jena, 1986, S. 286-296.

  Volker Wiskamp ist Professor an der Fachhochschule Darmstadt, Fachbereich Chemische Technologie, Hochschulstraße 2, D-64289 Darmstadt; Ute Elgert studiert dort; Wolfgang Proske arbeitet am Schulchemiezentrum in Wittenberg.