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Messung von Gelöstem Sauerstoff (DO)
Gelöster Sauerstoff oder DO (Dissolved Oxygen) ist die Menge an freien Sauerstoffmolekülen (O2) gelöst in Wasser oder anderen wässrigen Lösungen. Es bezieht sich nicht auf den in Wassermolekülen (H2O) oder an andere Elemente gebundenen Sauerstoff. Da die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser relativ niedrig ist, ist er unerläßlich für das Überleben vieler Wasserorganismen und somit ein wichtiger Parameter z. B. in Wasserqualitätsbewertungen, Aquakultur und Abwasseraufbereitung sowie in der Kultivierung von Mikroorganismen, in Pharmazeutika und Lebensmittelanwendungen.
Wie wird O2 in Wasser gelöst?
Sauerstoff gelangt durch Diffusion oder Vermischung aus der Atmosphäre in das Wasser. Schnell fließende Gewässer wie Bäche haben einen höheren Anteil an gelöstem Sauerstoff als stehende Gewässer wie Teiche oder Seen. Darüber hinaus wird Sauerstoff auch bei der Photosynthese von Wasserpflanzen, Phytoplankton und Algen produziert.
Wie beeinflussen Temperatur, Druck und Salzgehalt den DO?
Die Menge an gelöstem Sauerstoff in einer wässrigen Lösung kann abhängig von der Temperatur, dem Druck und dem Salzgehalt sehr unterschiedlich sein.
Die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser ist temperaturabhängig. Mit steigender Temperatur nimmt die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser ab. Dies kann unter Verwendung des Bunsen Absorptionskoeffizienten α(θ) und des Sauerstoffpartialdrucks p(O2) beschrieben werden:
cS(p,θ) = [p(O2) - pW(T) / pN] α(θ)
Für eine Tabelle der Sauerstofflöslichkeit in luftgesättigtem Süßwasser klicken Sie bitte hier.
Der Druck beeinflusst ebenfalls, wieviel Sauerstoff in Wasser gelöst sein kann. Mit zunehmendem atmosphärischem Druck nimmt auch die Menge an gelöstem Sauerstoff zu. Da der Druck in größeren Höhen abnimmt, kann Wasser in geringerer Höhe mehr gelösten Sauerstoff aufnehmen als in großen Höhen.
Drittens ist die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser auch vom Salzgehalt abhängig, während der Partialdruck und % Luftsättigung von Sauerstoff nicht von Änderungen im Salzgehalt beeinflusst werden. Wenn die Salzkonzentration steigt, nimmt die Sauerstofflöslichkeit ab. Das bedeutet, dass in absoluter Konzentration, bei gleichem Druck und gleicher Temperatur, eine Salzwasserprobe weniger gelösten Sauerstoff enthält als eine Süßwasserprobe, obwohl der Partialdruck der gleiche ist. (Meerwasser hat typischerweise einen Salzgehalt von 0.35 % (35g / 1000g)).
Es gibt verschiedene Methoden, um den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in Wasser zu bestimmen:
Die traditionelle Methode ist Titration (Winkler Methode). Die Probe wird mit Reagenzien fixiert, so dass sich der Sauerstoffgehalt vor der Titration nicht mehr verändert. Diese Methode wird als sehr genau erachtet, ist dafür aber sehr zeitaufwendig und vor Ort im Freiland nicht so leicht durchzuführen.
Eine weitere, veraltete Methode ist die Verwendung von elektrochemischen (Clark-) DO Sensoren. Diese Sensoren werden an ein Auslesegerät oder einen Datenlogger angeschlossen, und sind oft in einer Sensoranordnung eingebaut, um verschiedene Parameter zu messen. Bei elektrochemischen Sensoren durchdringt der Sauerstoff eine Membran und wird an der Kathode reduziert. Dies erzeugt eine Spannung, die in die Sauerstoffkonzentration übersetzt werden kann. Elektrochemische Sonden müssen regelmäßig gewartet werden, um die Membran oder Elektrolytlösung auszutauschen, oder zur Rekalibrierung. Darüber hinaus brauchen einige dieser Sonden eine Aufwärmzeit und es ist nötig, dass die Probe gerührt wird um eine genaue Messung zu erhalten. Auch wird beim Messvorgang Sauerstoff verbraucht, was bei geringen Sauerstoffkonzentrationen oder in kleinen Proben zu Problemen führen kann.
Optische DO Sensoren verwenden fluoreszierende Farbstoffe die empfindlich gegenüber Sauerstoff sind. Sie haben die elektrochemischen Sensoren in vielen Anwendungen, bei denen Genauigkeit und Langzeitstabilität gefragt sind, ersetzt. Abhängig von der Menge an Sauerstoff, die in der Probe vorhanden ist, ändert sich die Fluoreszenzantwort des Sensors, was in die Sauerstoffkonzentration übersetzt werden kann. Sauerstoff wird während des Messvorgangs nicht verbraucht. Optische Sauerstoffsensoren haben eine sehr hohe Kalibrierstabilität und im Vergleich zu elektrochemischen Sensoren nur sehr geringen Wartungsaufwand, wodurch sie ideal für den Einsatz in Langzeitüberwachungen geeignet sind. Obwohl der Fluoreszenzfarbstoff mit der Zeit gebleicht wird, und die Sensorkomponente nach einer bestimmten Zeit ausgetauscht werden muss, ist der Wartungsaufwand sehr viel geringer als bei elektrochemischen Sonden.
PreSens bietet verschiedene optische Sensoren für die Messung von gelöstem Saurstoff an. Sehen Sie sich unsere Lösungen an!
OXYBase®
Die Sauerstoffsonden der OXYBase® Serie sind ideal für die Überwachung von gelöstem Sauerstoff draußen im Feld, z. B. in Aquakultur, zur Wasserqualitätsbewertung oder bei der Abwasseraufbereitung. Die Sonden sind für den Langzeiteinsatz vor Ort entwickelt worden.
Die Sonden der OXYBase® Serie haben einen Messbereich von 0 - 100 % O2 und können direkt an eine Kontrolleinheit angeschlossen werden. Sie sind wasserdicht und können komplett untergetaucht werden. OXYBase® haben ein rostfreies Stahlgehäuse, so dass sie über längere Zeiträume auch in Salzwasser genutzt werden können. Der optische Sensor der Sonden ist in eine abnehmbare Kappe integriert, so dass das Sensorelement leicht ausgetauscht werden kann, falls nötig. OXYBase® nutzen entweder RS232 oder RS485 als digitale Schnittstelle, und auch Versionen mit 4 - 20 mA Analogausgang oder zwei Stromquellen-Ausgängen (4 - 20 mA) für O2 und Temperatur sind erhältlich. Erfahren Sie mehr!
Die flexibelste OXYBase® Version ist das OXYBase® WR-Blue. Es ist ein batteriebetriebenes, kabelloses Sauerstoffmesssystem, das Sie von Ihrem Smartphone oder Tablet aus steuern können (Android oder iOS App). Es besteht aus einer robusten OXYBase® Sonde (max. 0 - 100 % O2, Nachweisgrenze 0.03 % O2) mit integriertem Temperatursensor und einem Gehäuse aus rostfreiem Stahl, die mit einem Bluetooth Modul verbunden ist. Das Bluetooth Modul zusammen mit einem Datenlogger, und einem Drucksensor - zur automatischen Kompensation der Sauerstoffmessungen - sind in einem leichten, wasserstrahlgeschützten (IP65) Gehäuse untergebracht. Das Gerät wird kabellos über ein Smartphone und der PreSens Wireless Studio App gesteuert. Die Software erlaubt es Messeinstellungen zu ändern, die Messungen zu kontrollieren oder den Sensor zu kalibrieren, und bietet noch viele weitere Funktionen, wie Salzgehaltskompensation. Die graphische Darstellung der laufenden Messung bietet Ihnen einen schnellen Überblick über das Sauerstoffniveau. Gespeicherte Messdaten können auf das Smartphone heruntergeladen und für weitere Analysen exportiert werden. Erfahren Sie mehr!
Fibox 4 (trace) & O2 Tauchsonde
Für die Analyse von Wasserproben oder Forschungsanwendungen sind die Fibox 4 oder Fibox 4 trace Sauerstoffmessgeräte zusammen mit schmalen optischen Tauchsonden die ideale Lösung. Die tragbaren Sauerstoffmessgeräte Die tragbaren Sauerstoffmessgeräte sind für den einfachen Handgebrauch konzipiert. Ihr robustes Gehäuse ist spritzwassergeschützt und die Bedienelemente wurden so entwickelt, dass sie auch unter rauen Bedingungen mit schweren Handschuhen bedient werden können. Die Sauerstoffmessgeräte ermöglichen die Temperaturkompensation, sodass präzise Messungen bei wechselnden Temperaturen durchgeführt werden können. Darüber hinaus verfügen sie über automatische Kompensation von Druck und Salzgehalt. Fibox 4 kann mit Tauchsonden Typ PSt3 (Nachweisgrenze 15 ppb gelöster Sauerstoff, 0 - 100 % Sauerstoff) betrieben werden, während Fibox 4 trace auch mit Sonden Typ PSt6 für den Sauerstoffspurenbereich funktioniert (Nachweisgrenze 1 ppb gelöster Sauerstoff, 0 - 5 % Sauerstoff). Die Messgeräte verfügen über einen 16 GB internen Speicher, der einen längeren computerunabhängigen Betrieb ermöglicht, und werden mit der PreSens Datamanager-Software geliefert, die die Datenübertragung auf einen PC zur weiteren Analyse ermöglicht. Die optischen Tauchsonden haben ein Edelstahlgehäuse, das sowohl das Sensormaterial als auch den Lichtwellenleiter schützt. Das Stahlrohr hat einen Außendurchmesser von 4 mm und eine Länge von 10 cm. Andere Längen sind auf Anfrage erhältlich. Erfahren Sie mehr!
