Qualitätskontrolle

Trinkwasserkontrolle: Automatisierte Analytik an vier Stationen

Über wichtige Parameter zur Qualitätskontrolle von Trinkwasser und Anforderungen an einen vollautomatisierten Messplatz.

© Shutterstock/WhiteJack

Wasser ist Quelle und Grundlage allen Lebens. Es ist essenziell für den Stoffwechsel und ist unser wichtigstes Nahrungsmittel. In wechselnden Aggregatzuständen durchläuft es alle Sphären. Es ist das am häufigsten und am leichtesten zu analysierende Umweltkompartiment, da es – anders als im Fall der Luft oder des Bodens – bereits in der flüssigen Phase vorliegt. 

Die Weltgesundheitsorganisation hat für ca. 200 Wasserinhaltsstoffe Leitwerte erlassen, die mit den hydrogeologischen Rahmenbedingungen der entsprechenden Länder die Grundlage für die Festlegung von länderspezifischen Grenzwerten bilden. In den meisten Staaten ist deshalb Wasser Gegenstand einer Fülle von Gesetzen, Vorschriften und Normen.

Neben der Überwachung des Trinkwassers hinsichtlich gesundheitsschädlicher Inhaltsstoffe spielen eine Reihe physikalisch-chemischer Parameter eine wichtige Rolle, um eine intakte Infrastruktur der Rohrleitungsnetze gewährleisten zu können. Die wichtigsten und am häufigsten im Rahmen der Qualitätskontrolle und der Risikobewertung im Wasserlabor durchgeführten physikalisch-chemischen Analysen sind in Tabelle 1 aufgelistet.

Elektrische Leitfähigkeit

Die elektrische Leitfähigkeit ist ein Maß für die Fähigkeit eines Stoffes, den elektrischen Strom zu leiten. Seine Bestimmung in wässrigen Lösungen ermöglicht Rückschlüsse auf den Salzgehalt einer Probe. Erhöhte Werte deuten auf eine Belastung durch andere Stoffe hin.

Anzeige

pH-Wert

Der pH-Wert ist ein Maß für den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung. Ein zu geringer pH-Wert im Trinkwasser (z. B. pH 4 - 5) kann zu erhöhter Korrosion in metallischen Trinkwasserleitungen führen. Das Trinkwasser kann dann durch das sich langsam auflösende Metall verunreinigt werden.

Säurekapazität

Die Säurekapazität ist eine Kenngröße für die Pufferkapazität des Wassers gegenüber Säuren und beschreibt, wie viel Säure ein Wasser bis zum Erreichen eines bestimmten pH-Werts aufnehmen kann. In natürlichem Wasser ist die puffernde Wirkung auf gelöste Carbonate und Hydrogencarbonate zurückzuführen. Die Bestimmung der Säurekapazität erfolgt durch Titration bis zum pH-Wert 4,3 mit Salzsäure und einer pH-Glaselektrode.

Basenkapazität

Analog der Säurekapazität stellt die Basenkapazität die Pufferkapazität des Wassers gegenüber Basen dar. Sie wird durch Titration bis zum pH-Wert 8,2 mit Natronlauge und einer pH-Glaselektrode bestimmt.

Wasserhärte

Tabellen 1 und 2: Übersicht der Normen und Zehnfachbestimmungen exemplarischer Proben. (Quelle: Metrohm)

Die Wasserhärte bezeichnet die Konzentration der im Wasser gelösten Ionen der Erdalkalimetalle, aber auch deren anionischer Partner. Zu den Härtebildnern zählen im Wesentlichen Calcium- und Magnesiumionen. Der Grund für die Beachtung der gelösten Erdalkalien ist deren Tendenz zur Bildung schwerlöslicher Verbindungen, vor allem Kalk und Kalkseifen. Bei der Wasserhärte unterscheidet man zwischen temporärer Härte (Carbonathärte), permanenter Härte (Nichtcarbonathärte) und Gesamthärte.

Die Gesamthärte ist die Summe der Erdalkalimetallionen, die mittels komplexometrischer Titration mit dem Dinatriumsalz der Ethylendiamintetraessigsäure und einer calciumselektiven Elektrode ermittelt wird. Um zwischen Calcium- und Magnesiumhärte zu unterscheiden, muss mit einem mit Acetylaceton versetzten Puffer gearbeitet werden.

Die Carbonathärte stellt den Teil der Gesamthärte dar, der den Hydrogencarbonationen äquivalent ist und als Carbonate gefällt werden kann.

Die Nichtcarbonathärte schließlich berechnet sich aus der Differenz aus Gesamthärte und Carbonathärte und gibt den Anteil an Erdalkaliionen an, der nicht als Calcium- oder Magnesiumcarbonat aus dem Wasser entfernt werden kann.

Chlorid

Die Bestimmung der Chloridionenkonzentration erfolgt mittels potentiometrischer Fällungstitration mit Silbernitrat und einer Silberelektrode.

Erhöhte Werte können zum einen auf Kontaminationen durch Abwasser, Belastungen aus Deponien, Streusalzeinflüsse oder den Einsatz von Düngemitteln hinweisen. Zum anderen stellt Chlorid aber auch einen Indikator für Versalzungsprozesse dar.

Automatisierung in der Wasseranalytik

Das vielerorts stark ansteigende Probenaufkommen und die gleichzeitig zu erfüllenden Forderungen nach Richtigkeit, Präzision und Reproduzierbarkeit der Analysenergebnisse zur Einhaltung der Normvorgaben stellen hohe Anforderungen und auch Belastungen für die Mitarbeiter im Labor dar. Die beschriebenen Rahmenbedingungen erfordern Analysensysteme, die folgende Vorgaben erfüllen:

  • vollständige Automatisierung der Analysenabläufe;
  • parallele Abarbeitung mehrerer Proben zur Erhöhung des Durchsatzes durch den Einsatz mehrerer Arbeitsstationen in einem System;
  • Verwendung von probenspezifischen Methoden innerhalb einer Analysenserie, wenn nicht in allen Proben die gleichen Parameter zu bestimmen sind;
  • Zusammenführung der analysierten Parameter in einem Report;
  • Anbindung an vorhandenes LIMS;
  • flexibler Ausbau des Systems bei steigenden Probenaufkommen;
  • einfache Bedienung durch den Anwender;
  • Verwendung von verschlossenen Gefäßen, besonders bei stark kohlensäurehaltigen Wässern, mit automatischer Entdeckelung.
Bild 1: Das Automationssystem Omnis arbeitet mit vier Stationen zur Bestimmung der verschiedenen Parameter. © Metrohm

Bild 1 zeigt ein Omnis-Automationssystem für bis zu 175 Probenbecher, die auf sieben abnehmbare Probenracks verteilt sind. Abgearbeitete Racks können – auch im laufenden Betrieb – ausgetauscht werden, dadurch wird unterbrechungsfreies Arbeiten ermöglicht. Die absolute Position des Probenracks ist unerheblich, denn das Rack wird dank eines integrierten Chips an jeder beliebigen Position automatisch erkannt. Die Durchmischung der Proben kann alternativ mit Magnet- oder Stabrührern durchgeführt werden. Für die automatische Abmessung der Proben kann das System wahlweise mit Liquid-Handling-Zubehör ausgestattet werden.

Zum Schutz der Probe gegen unerwünschten CO2-Eintrag aus der Umgebungsluft kann der Probenbecher mit einem Deckel versehen werden. Der Roboterarm entfernt den Deckel erst kurz vor der Analyse automatisch, um die Expositionszeit der Probe zu minimieren. Während der Analyse der Probe kann der Roboterarm den Transport weiterer Probenbecher an andere Arbeitsstationen übernehmen.

Das dargestellte Analysensystem erlaubt das parallele Abarbeiten mehrerer Parameter von unterschiedlichen Proben, da vier getrennte Arbeitsstationen zur Verfügung stehen. Diese Arbeitsstationen (s. Bild 1) sind nach Parametern getrennt. An der ersten Arbeitsstation erfolgt die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit. Arbeitsstation 2 bearbeitet alle Parameter, die mit der pH-Elektrode analysiert werden (pH-Wert, Säure- und Basenkapazität). Die Bestimmung der Calcium- sowie der Magnesiumhärte wird an Arbeitsstation 3 durchgeführt. Der Chloridgehalt wird an Arbeitsstation 4 ermittelt. Nach erfolgter Bestimmung der verschiedenen Parameter können die Einzelergebnisse der Probe gesammelt an ein Laborinformations-Managementsystem (LIMS) übergeben werden.

Nach der Analyse werden die Proben automatisch abgesaugt und Elektroden, Bürettenspitzen und Rührflügel effizient gespült.

AUTOR
Christian Rettenmaier
Produktmanager Titration
Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG
www.metrohm.de

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Anzeige

Umweltanalytik

Zwei Seiten einer Medaille

Was die Kopplung von Dünnschichtchromatographie (DC) und biologischen Wirktests für eine umfassende Bewertung von Umweltproben leisten kann, zeigen die Autoren von der Bundesanstalt für Gewässerkunde in Koblenz in diesem Fachbeitrag.

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem LABO Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite