Elektrochemie und Sauerstoffmessung mit LDO. Der gelöste Sauerstoff
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- Waldemar Krause
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1 Elektrochemie und Sauerstoffmessung mit LDO Der gelöste Sauerstoff 2
2 Was ist gelöster Sauerstoff? Gelöster Sauerstoff beschreibt die Konzentration von freiem (nicht chemisch gebundenem) molekularem Sauerstoff (als Gas) gelöst in Wasser. Partialdruck O 2 in der Atmosphäre O 2 gelangt in das Wasser durch Diffusion aus der umgebenden Luft durch Belüftung (Wasserbehandlungsanlagen) durch Photosynthese Wasserpflanzen produzieren es Mikroorganismen verbrauchen es Die Sauerstoffkonzentration wird üblicherweise angegeben als Prozent der Sättigung (%) Milligramm pro Liter (mg/l) Gelöster O 2 im Wasser 2
3 Wo ist die O 2 -Messung von Interesse? Die meisten Fische können über einen längeren Zeitraum bei einem Sauerstoffgehalt von unter 3 mg O 2 /l nicht überleben Wasserlebewesen und -organismen benötigen eine optimale Sauerstoffkonzentration Verhinderung von unangenehmen Gerüchen Weitergehende biologische Abwasserreinigung, die maßgeblich durch den Anteil an gelöstem Sauerstoff beeinflusst wird: C Elimination Nitrifikation und Denitrifikation Typischer Messwert: Sauerstoffgesättigtes Wasser enthält 9 mg/l O 2,bei 20 C und einem Druck von ^^1013 mbar 3
4 Herkömmliche Technologie zur O 2 -Messung Amperometrische Detektion (Clark-Zelle) Das Potential an der Platinelektrode erzeugt einen Strom, der proportional der Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der KCl-Lösung ist Diese steht in Beziehung zur gemessenen Probe Das Sauerstoffgas diffundiert durch die Membran um den Sauerstoffdruck an beiden Seiten der Membran auszugleichen Die Membran ist gasdurchlässig 4e - O 2 H 2 O OH - Diffusion O 2 Hohe Selektivität. Flüssigkeiten und Ionen können nicht durch die Membran diffundieren 4
5 Die neue Technik zur O 2 -Messung heißt: LDO Luminescent Dissolved Oxygen Die Technologie mit den vielen Vorteilen Bewährt in vielfältigem Einsatz 5
6 LDO, die Sauerstoffmessung Prinzip der Fluoreszenz- Auslöschung Elektrodenschaft Sensorkappe Photodiode Eingestrahltes blaues Licht Emittiertes rotes Licht Sauerstoffdurchlässige Polymermembran mit eingebetteten lumineszierenden Molekülen Sauerstoff aus der Probe 6
7 LDO, die Sauerstoffmessung Vorteile: Kein Kalibrieren der Elektrode! Keine Anströmung, kein Rühren erforderlich! Keine Polarisation! Sofort messbereit! Kein Elektrolyt, keine besondere Wartung (lediglich ein Membranwechsel pro Jahr)! Kein Störeinfluss durch H 2 S! Geeignet für BSB-Bestimmung! Schnelle Ansprechzeit! Hohe Auflösung! 7
8 LDO, die Sauerstoffmessung Messung im Labor oder im Prozess 8
9 Temperatureinfluss auf die O 2 -Messung Sauerstofflöslichkeit in Wasser Sauerstoff ist ein Gas Es löst sich nur ein bestimmter Anteil in Wasser In kaltem Wasser löst sich mehr Sauerstoff als in warmem Wasser Sauerstoffsättigungskonzentration, Temperaturabhängigkeit (nicht linear) Temperatur C mg/l O 2 bei gesättigter Lsg. 0 14, , , , ,41 9
10 Luftdruckeinfluss (Höhe) auf die O 2 -Messung Bei niedrigerem Druck löst sich weniger Sauerstoff in Wasser In höheren Lagen löst sich weniger Sauerstoff in Wasser Bei hohem Druck löst sich mehr Sauerstoff in Wasser In tieferen Lagen löst sich mehr Sauerstoff in Wasser O 2 -Sättigung entsprechend Luftdruck Ortshöhe (m) Luftdruck (mbar) mg/l O , ,3 8, ,6 8, ,9 7, ,3 7,13 10
11 Einfluss des Salzgehaltes auf die O 2 -Messung Salzgehalt oder Salinität Bei Erhöhung des Salzgehaltes einer Lösung, wird das Lösungsvermögen von Sauerstoff geringer Wichtig! Vor allem bei Salzwasser (Meerwasser) Kann bei anderen Wasserproben vernachlässigt werden. Die Salinität wird in Promille ( ) angegeben Korrekturwert wird nach Messung der Salinität (über die Leitfähigkeit) als Wert übernommen. 11
12 Kontrolle und Funktionsprüfung bei der O 2 -Messung Ein Sauerstoff-Standard für Routinemessungen ist nicht verfügbar. Deshalb Überprüfung bei 100% O 2 -Sättigung oder 0 mg/l Sauerstoff. Keine Aussage 12
13 Kompetenz in der Elektrochemie 1937: Entwicklung des ersten ph Messgerätes in Europa: Keine Aussage 45 Jahre Erfahrung mehr als 25 Jahre Erfahrung 13
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