Umwelttechnik Labor - Hochschule Hannover

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen.
1 Einleitung
Photometrische Bestimmung der Konzentration von
gelösten Inhaltstoffen in wässrigen Lösungen
Innerhalb der Wasser‐ und Abwasser‐Analytik kommt der Photometrie – neben den elektrochemischen
und nasschemischen Verfahren – eine große Bedeutung zu. Wegen ihrer einfachen Handhabung,
der großen Palette z.T. standardisierter Analysenverfahren sowie der hohen Genauigkeit und
Zuverlässigkeit der Messwerte wird sie zunehmend in der Produktionsüberwachung, der Qualitätskontrolle
sowie in der Forschung und Entwicklung eingesetzt.
Photometrische Messungen werden so in folgenden Bereichen zur Bestimmung von Ionen‐ bzw.
Stoffkonzentrationen in wässrigen Lösungen angewandt: z.B. Alkohol, Aluminium, Ammonium, Blei,
Cadmium, Chlor, Chloride, Chrom, CSB, Cyanid, Eisen, Fluorid, Formaldehyd, Hydrazin, Kalium, Kupfer,
Mangan, Magnesium, Nickel, Nitrat, Nitrit, Ozon, Phenole, Phosphat, Silber, Sulfat, Sulfit, Sulfid,
Zink, Zinn etc.
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Lambert‐Beer’sches Gesetz
Sichtbares weißes Licht ist eine Mischung elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlängen
im Bereich von 400 bis 800 nm. Mit geeigneten Mitteln (Prisma, Beugungsgitter, Filter oder Farbstoffen)
lässt sich diese Lichtmischung in ihre einzelnen Wellenlängen zerteilen. Eine separate Wellenlänge
oder einen kurzen Wellenlängenbereich nimmt das Auge dann als Farbe wahr.
Wellenlänge in nm
Abbildung 1: Lichtspektrum
Hochschule Hannover
Fachbereich Maschinenbau
Prof. Stiller / Prof. Sakuth
Umwelttechnik Labor
Photometrische Bestimmung der Konzentration
von gelösten Wasserinhaltsstoffen
Seite 1
26.09.2013

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen.
In einer gefärbten Lösung sind Substanzen enthalten, die einen Teil des Lichtspektrums absorbieren.
Unter geeigneten Bedingungen ist es möglich, von der Durchlässigkeit bzw. Transmission der Lösung
für eine bestimmte Wellenlänge auf die Konzentration des Farbstoffs in der Lösung zu schließen. Auf
diesem Messprinzip, d.h. der Intensitätsabnahme des absorbierten Messlichtes in Abhängigkeit von
der Konzentration, beruht die photometrische Konzentrationsbestimmung nach dem Lambert‐
Beer´schen Gesetz:
I
I
0
e
c d
(Gleichung 1)
mit: I 0 = Menge des eingestrahlten Lichts,
I = Menge des durch die Probe gelangten Lichts,
= Extinktionskoeffizient in L m/mol,
c = Konzentration in mol/L und
d = durchstrahlte Schichtdicke in m
Die absorbierte Lichtmenge ist hauptsächlich von der Konzentration des Farbstoffes und der Wegstrecke
d, die das Licht in der Lösung durchdringen muss, abhängig. Der Anteil der eingestrahlten
Lichtmenge, der die Probelösung ungehindert passiert, nennt man Transmission T (Gleichung 2).
T I
I
(Gleichung 2)
0
Die Transmission steht in einem logarithmischen Zusammenhang mit der Konzentration des zu messenden
Farbstoffs und der Schichtdicke d der verwendeten Küvette. Daher erfolgt zur besseren
Handhabung die Umrechnung der Transmission in ihren negativen, dekadischen Logarithmus, die als
Extinktion E bezeichnet wird (Gleichung 3).
E lgT
(Gleichung 3)
Damit folgt aus den Gleichung 1 bis 3, dass nach dem Lambert‐Beer´schen Gesetz die Extinktion E
einer Lösung dem Produkt aus Schichtdicke d und Farbstoffkonzentration c direkt proportional ist.
E
c d
(Gleichung 4)
Der Proportionalitätsfaktor ist der Extinktionskoeffizient . ist für jeden Farbstoff ein individueller
Wert, der experimentell bestimmbar ist, und mit der Schichtdicke d zu einem konstanten Wert zusammengefasst
werden kann. Diese Konstante nennt man üblicherweise den sogenannten photometrischen
Faktor F.
E c F
(Gleichung 5)
Hochschule Hannover
Fachbereich Maschinenbau
Prof. Stiller / Prof. Sakuth
Umwelttechnik Labor
Photometrische Bestimmung der Konzentration
von gelösten Wasserinhaltsstoffen
Seite 2
26.09.2013

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen.
Abbildung 2 Zusammenhang zwischen Extinktion und Konzentration
2.2 Fotometrie
Um auf die Konzentration c des gesuchten Stoffes zu schließen, wird die Extinktion E mit dem vorher
bestimmten, photometrischen Faktor F umgerechnet, d.h. es wird Gleichung 5 nach der Konzentration
c umgestellt. Wie der Vergleich von Gleichungen 4 und 5 demonstriert, so sind in dem Faktor F die
speziellen Absorptionseigenschaften des gemessenen Farbstoffes als Extinktionskoeffizient und die
Schichtdicke d der verwendeten Küvette (in Zentimeter) berücksichtigt.
Bei Photometern mit Referenzstrahlengang, werden zwei Lichtmessungen parallel durchgeführt. Ein
Teil des von der Lampe im Photometer emittierten Lichts wird direkt am Entstehungsort abgegriffen
und auf eine Photozelle (dem Referenzelement) gelenkt. Ein zweiter Anteil des Lichts geht durch die
Probe und wird in einer zweiten Photozelle (dem Messelement) registriert. Aus der Differenz der so
erzeugten elektrischen Signale berechnet das Photometer die eigentliche Extinktion E der Probe.
Die Extinktion wird größer, je mehr Licht in der Probe absorbiert wird. Eine Extinktion von 0 ergibt
sich so zum Beispiel, wenn die von den Photozellen (Referenz‐ und Messelement) empfangenen
Lichtmengen gleich groß sind, also im Prinzip keine Abschwächung der durch die Filter selektierten
Wellenlänge im Messstrahlengang erfolgte. Verlässt nur noch ein Zehntel des eingestrahlten Lichts
die Probe, so erhält man die Extinktion vom Wert 1, ist es nur noch ein Hundertstel, dann ist die Extinktion
2 und bei einem Tausendstel beträgt sie 3 (siehe hierzu Gleichung 3 auf vorheriger Seite).
Hochschule Hannover
Fachbereich Maschinenbau
Prof. Stiller / Prof. Sakuth
Umwelttechnik Labor
Photometrische Bestimmung der Konzentration
von gelösten Wasserinhaltsstoffen
Seite 3
26.09.2013

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen.
Abbildung 3: Optische Strahlenführung im CADAS 50 S mit Gittermonochromator‐Anordnung und
den Doppel‐Multifunktions‐Küvettenschächten
(Die Wellenlängenselektion erfolgt durch den sogenannten Gittermonochromator. Der
„lin/log‐wandler“ konvertiert die lineare Lichtsignalantwort in einen logarithmischen
Wert, der dann als Differenzwert aus Referenz‐ und Messelement auf der Anzeige direkt
abgelesen werden kann.)
Jeder Farbstoff besitzt ein individuelles Absorptionsspektrum, wobei verschiedene Wellenlängen
unterschiedlich stark abgeschwächt werden. Um die Selektivität der Messung auf den Farbstoff zu
erhöhen, verwendet man anstelle des gesamten Spektrums nur bestimmte Frequenzbereiche oder
häufig nur eine Wellenlänge. Die dabei nicht verwendbaren Wellenlängen des Spektrums blendet ein
in den Strahlengang des Photometers eingebautes Interferenzlinienfilter, der sogenannte Monochromator,
aus.
Kationen einiger Salze wie zum Beispiel die von Kupfer‐(II), Nickel‐(II) und Chrom‐(III) besitzen als
Übergangselemente bereits eine starke Eigenfärbung. Dadurch ist es möglich, diese Stoffe auch ohne
vorherige, chemische Umsetzung mit einem Farbstoff photometrisch zu messen. Andere Ionen müssen
jedoch zuerst durch eine chemische Reaktion in „farbige“ Verbindungen überführt werden.
2.2.1 Reagenzienblindwert
Auch die verwendeten Chemikalien und Reagenzien in der Messlösung haben bestimmte Absorptionseigenschaften
und können dadurch die eigentliche Bestimmung beeinflussen. Durch diesen Umstand
ergibt sich eine Einschränkung des für die Messung zur Verfügung stehenden Extinktionsbereiches
um den Reagenzienblindwert.
Hochschule Hannover
Fachbereich Maschinenbau
Prof. Stiller / Prof. Sakuth
Umwelttechnik Labor
Photometrische Bestimmung der Konzentration
von gelösten Wasserinhaltsstoffen
Seite 4
26.09.2013

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen.
2.2.2 Probenblindwert
Trübungen und Färbungen in der Probelösung können die Messung durch Absorption des Analysenlichts
ebenfalls beeinflussen. Im Unterschied zum Reagenzienblindwert ist der Probenblindwert jedoch
von Probe zu Probe unterschiedlich: unter günstigen Umständen ist er messtechnisch nicht erfassbar,
oder unter ungünstigen Bedingungen so extrem hoch, dass das Messgerät an Auflösung und
damit der Messwert an Genauigkeit verliert. Will bzw. muss man den Probenblindwert bei der Analyse
berücksichtigen, so macht dieses eine Doppelmessung erforderlich. Dazu wird vom Messwert der
Analysenlösung der Messwert der Probenblindlösung einfach abgezogen.
2.2.3 Gerätenullpunkt
Der Gerätenullpunkt berücksichtigt alle Extinktionen, Streuungen, Reflexionen etc., die die optischen
und technischen Bestandteile im Strahlengang des Photometers verursachen und dadurch den eigentlichen
Messwert verfälschen können. Der sogenannte „Gerätenullpunktabgleich“ wird bei modernen
Photometern das erste Mal nach der Fertigung im Werk durchgeführt. Ein weiterer Nullabgleich
wäre erst dann notwendig, wenn eine apparatetechnische Komponente im Strahlengang verändert
würde.
2.2.4 Aufnahme von Absorptionsspektren
Nur die Absorptionsspektren liefern vollständige Informationen über das tatsächliche Absorptionsverhalten
einer bestimmten Komponente im betrachteten Wellenlängenbereich. Bei der Aufnahme
von Absorptionsspektren (dem sogenannten „Scannen“) wird das Absorptionsverhalten einer Substanz
in einem größeren Wellenlängenbereich nacheinander bei vielen Messwellenlängen untersucht,
die dann in möglichst kleinen aber gleichen Intervallen voneinander entfernt liegen. Die
Messwerte bilden in ihrer Gesamtheit charakteristische Kurvenzüge, die man als substanztypisches
Absorptionsspektren bezeichnet (Bestimmung der Art einer Verunreinigung in wässrigen Lösungen;
Möglichkeit der chemische Analyse). Exponierte Punkte dieser Substanzspektren sind ist dabei die
Maxima und Minima, da sie für analytische Aufgabenstellungen besonders geeignet sind.
Abbildung 4: Absorptionsverhalten in Abhängigkeit von Messwellenlängen für eine chemische Substanz
Üblicherweise werden photometrische Messungen bei der Wellenlänge durchgeführt, zu der im Absorptionsspektrum
der höchste Extinktionswert gehört. Eine 10‐Punkte‐Kalibrierung wird deshalb bei
genau dieser Wellenlänge durchgeführt (siehe 2.2.6).
Hochschule Hannover
Fachbereich Maschinenbau
Prof. Stiller / Prof. Sakuth
Umwelttechnik Labor
Photometrische Bestimmung der Konzentration
von gelösten Wasserinhaltsstoffen
Seite 5
26.09.2013

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen.
2.2.5 Ermittlung von Reaktionszeiten
Der Einsatz von Reagenzien zum „Anfärben“ oder zum Nachweis bestimmter Komponenten in den
wässrigen Lösungen setzt voraus, dass die zur vollständigen Abreaktion benötigte Reaktionszeit auch
vorhanden ist.
Um Reaktionszeiten, die dann exakt einzuhalten sind, zu ermitteln, geht man wie folgt vor. Man lässt
die Reaktion ablaufen und beobachtet während der chemischen Umsetzung die Zunahme des Extinktionswertes.
Wird keine Zunahme des Extinktionswertes mehr registriert, so kann die chemische Reaktion
als vollständig abgelaufen angesehen und damit die notwendige Reaktionszeit berechnet bzw.
definiert werden.
2.2.6 10‐Punkte‐Kalibrierung
Mit den Verfahrenskenngrößen einer 10‐Punkte‐Kalibrierung nach DIN 338402 Teil 51 lassen sich die
Messergebnisse photometrischer Methoden beurteilen.
Verfahrensstandardabweichungen und Verfahrensvariationskoeffizienten geben an, mit welchen
Abweichungen bei einem Analyseergebnis zu rechnen sind. Ferner ergeben sich Daten für die Erstellung
einer eigenen photometrischen Methode.
2.3 Durchführung einer 10 Punkte‐Kalibrierung:
2.3.1 Vorbereitung
Zur Vorbereitung der 10‐Punkt‐Kalibrierung werden 10 Standardlösungen mit gleichmäßig über den
zu untersuchenden Messbereich verteilten Konzentrationen ‐ z.B.: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 mg/l ‐
hergestellt. Dabei soll der Konzentrationsmittelwert der zur Kalibrierung verwendeten Lösungen
ungefähr dem zu erwartenden Konzentrationswert der untersuchenden Probe entsprechen. Jede
Standardlösung wird wie die spätere Probe entsprechend vorbehandelt und die Extinktion bestimmt.
Die Ergebnisse lassen sich in nachfolgender Tabelle zusammenfassen:
Probe Konzentration, [mg/l] Extinktion E
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
7 7
8 8
9 9
10 10
Summe: 55
Mittelwert: 5,5
Hochschule Hannover
Fachbereich Maschinenbau
Prof. Stiller / Prof. Sakuth
Umwelttechnik Labor
Photometrische Bestimmung der Konzentration
von gelösten Wasserinhaltsstoffen
Seite 6
26.09.2013

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen.
2.3.2 Berechnung der linearen Kalibrierfunktion y = a + b x:
y
a
Abbildung 5: Diagramm der Kalibriergeraden
x
a = Ordinatenabschnitt (errechneter Reagenzienblindwert)
b = tan Steigung der Kalibriergeraden (Maß für die Empfindlichkeit der Methode)
2.3.3 Berechnung der Steigung der Kalibrierfunktion b:
Die Berechnung der Steigung der Kalibrierfunktion b erfolgt nach:
N
( xi
x
i 1
b
N
(Gleichung 6)
2
i 1
Mittel
( xi
x
) ( yi
y
Mittel
)
Mittel
)
mit: x i ‐ Konzentration der i‐ten Standardlösung,
x Mittel ‐ Mittelwert der Standardkonzentrationen,
y i ‐ Extinktion der i‐ten Standardkonzentration,
y Mittel ‐ Mittelwert der Extinktion aller Standardkonzentrationen und
N ‐ Anzahl der Standardlösungen.
2.3.4 Berechnung des Ordinatenabschnitts a:
Ist wie in vorherigen Abschnitt 2.3.3 die Steigung der Kalibrierfunktion ermittelt, so erhält man aus
nachfolgender Zusammenhang (Gleichung 7) einfach den Ordinatenabschnitt a.
a = y Mittel ‐ b x Mittel (Gleichung 7)
Hochschule Hannover
Fachbereich Maschinenbau
Prof. Stiller / Prof. Sakuth
Umwelttechnik Labor
Photometrische Bestimmung der Konzentration
von gelösten Wasserinhaltsstoffen
Seite 7
26.09.2013

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen.
2.3.5 Berechnung der Verfahrensstandardabweichung s x0 :
Zur Ermittlung der Güte der erhaltenen Kalibrierfunktion bedient man sich der mathematischen Methode
der Verfahrensstandardabweichung. Diese lässt sich wie folgt berechnen:
s
x0
N
i 1
( yi
yi
,
N 2
b
ber
)
2
(Gleichung 8)
mit: y i ‐ Extinktion der i‐ten Standardkonzentration,
y i,ber ‐ berechnete Extinktion der i‐ten Standardkonzentration über E = a + b c,
N ‐ Anzahl der Standardlösungen,
b ‐ Steigung der Kalibrierfunktion und
s x0 ‐ Verfahrensstandardabweichung
2.3.6 Berechnung des Verfahrensvariationskoeffizienten V x0 :
sx
0
V x 0
xMittel
100%
(Gleichung 9)
Nach Kenntnis der Verfahrensstandardabweichung sowie des Verfahrensvariationskoeffizienten ist
nun für die überprüfte Methode mit einer Abweichung von s x0 oder V x0 für ein Ergebnis im mittleren
Messbereich zu rechnen.
Nach Umstellung der Kalibrierfunktion ergibt sich die Berechnung eines Konzentrationswertes x aus
einer gemessenen Extinktion E über:
x
( E a)
(Gleichung 10)
b
2.4 Bestimmung der Konzentration von gelösten Nitrat‐Ionen in einer wässriger Lösung (nach
Dr.Lange mit CADAS 50 S und DIN 38 405 Teil 9)
2.4.1 Prinzip
In schwefel‐ und phosphorsaurer Lösung reagieren Nitrat‐Ionen mit 2,6‐Dimethylphenol (2,6‐DMP)
zu 4‐Nitro‐2,6‐dimethylphenol (4‐Nitro‐2,6‐DMP) nach folgendem Reaktionsschema.
(1) NO ‐ 3 + H 2 SO 4 → HSO ‐ 4 + HNO 3
(2) HNO 3 + H 2 SO 4 → NO + 2 + ‐ OSO 3 H + H 2 O
(3) NO + 2 + 2,6‐DMP → 4‐Nitro‐2,6‐DMP
Hochschule Hannover
Fachbereich Maschinenbau
Prof. Stiller / Prof. Sakuth
Umwelttechnik Labor
Photometrische Bestimmung der Konzentration
von gelösten Wasserinhaltsstoffen
Seite 8
26.09.2013

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen.
Das 4‐Nitro‐2,6‐dimethylphenol bildet eine orangefarbene Verbindung mit einem Absorptionsmaximum
bei 324 nm.
Hinweis: Chemische Formel vom 2,6‐DMP:
2.4.2 Allgemeine Angaben
Nitrat‐Ionen kommen in Grundwässern und Oberflächenwässern in unterschiedlichen Konzentrationen
vor und sind auch in den Abläufen schwach belasteter biologischer Kläranlagen sowie in bestimmten
industriellen Abwässern enthalten, letztere auch in höheren Konzentrationen.
2.4.3 Anwendungsbereich
Der Anwendungsbereiche der beiden vorliegenden Methoden finden sich in den Untersuchungen
von Abwässern, Trinkwässern, Rohwässern, Oberflächenwässern, Boden, Substrat oder Nährlösungen
(im Nitrat‐Stickstoff‐Konzentrationsbereich von 0,5‐25 mg/L Nitrat).
2.4.4 Messbereiche der Methoden im Vergleich
Dr. Lange – Methode: 1,0 – 150 mg/L Nitrat (NO ‐ 3)
DIN – Methode: 2,2 – 110 mg/L Nitrat (NO ‐ 3)
2.4.5 Mögliche Einflüsse und Störungen durch Fremdionen oder organische Fracht
Die in der Tabelle aufgeführten Fremdionen stören bis zu den angegebenen Konzentrationen die eigentliche
Messung nicht. Bei höheren Werten müssen diese Kationen ggfs. maskiert werden.
500 mg/: K + , Na +
100 mg/:Ag +
550 mg/: Pb 2+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Fe 3+ , Cd 2+ , Sn 2+ , Ca 2+ , Cu 2+
10 mg/: Co 2+ , Fe 2+
5 mg/: Cr 6+
Der CSB‐Gehalt sollte unter 200 mg/L liegen. Trübe Proben sind vor der Messung zu filtrieren.
2.4.6 Vorgehensweise
Die Reagenzien zusammen mit der zu messenden Probe in den vorgeschriebenen Mengen in ein Reagenzglas
pipettieren. Das Reagenzglas ist dabei vorsichtig zu schwenken, bis in der Lösung keine
Schlieren mehr zu beobachten sind (vollständige Mischung und eigentliches Ende der farbgebenden
Reaktion).
Achten Sie beim Schwenken darauf, dass Sie die Reagenzglasöffnung nicht in Richtung einer Person
halten!
Nach ca. 15 min wird mit dem Photometer bei einer Wellenlänge von 345 nm die Extinktion bestimmt.
Hochschule Hannover
Fachbereich Maschinenbau
Prof. Stiller / Prof. Sakuth
Umwelttechnik Labor
Photometrische Bestimmung der Konzentration
von gelösten Wasserinhaltsstoffen
Seite 9
26.09.2013

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen.
2.4.7 Sicherheitshinweise:
Die Reagenzien des Versuches sind Gefahrstoffe. Daher gehen Sie mit der entsprechenden Vorsicht
mit den Chemikalien um und berücksichtigen Sie die Risiko‐ und Sicherheitshinweise (Denken Sie an
die Hinweise in der Einführungsveranstaltung!):
2‐Propanol oder Isopropanol ‐ H: 225/319/336 P: 210/233/305+351+338
60 %‐ige Schwefelsäure ‐ H: 314/290 P: 280/301+330+331/309+310/
305+351+338
33 %‐ige Phosphorsäure ‐ H: 314/290 P: 280/301+330+331/309+310/
305+351+338
wasserfreie Essigsäure ‐ H: 226/314 P: 280/301+330+331/307+310/
305+351+338
H‐Sätze:
P‐Sätze
H225: Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar.
H319: Verursacht schwere Augenreizung.
H336: Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen.
H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.
H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein.
H226: Flüssigkeit und Dampf entzündbar.
P210: Von Hitze/Funken/offener Flamme/heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen.
P233: Behälter dicht verschlossen halten.
P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit
Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen.
P301+P330+P331: BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen.
P309+P310: BEI Exposition oder Unwohlsein: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM
oder Arzt anrufen.
P307+P310: BEI Exposition: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen.
(Keine offizielle P‐Satzkombination gemäß Angabe in der GESTIS‐Datenbank)
3 Versuchsdurchführung
a) NO 3 ‐ ‐Reaktion mit einer nitrathaltigen Probe durchführen und Absorptionsspektrum aufnehmen
(und auswerten).
Die Wellenlänge ist in der DIN‐Norm mit 324 nm vorgegeben.
Da das Dr. Lange‐Photometer im Messbereich 340 bis 900 nm arbeitet, wird vorgeschlagen, die Wellenlängen
345 nm, 355 nm und 365nm zu verwenden. Diese Wellenlängen sind auch im Küvetten‐
Test von dem Gerätehersteller geprüft worden.
b) Vorbereiten einer Standardlösung ‐ 500 mg NO 3 ‐ /L
Hierzu werden 0,686 g NaNO 3 in 1000 ml destilliertem Wasser gelöst.
Hochschule Hannover
Fachbereich Maschinenbau
Prof. Stiller / Prof. Sakuth
Umwelttechnik Labor
Photometrische Bestimmung der Konzentration
von gelösten Wasserinhaltsstoffen
Seite 10
26.09.2013

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen.
c) Verdünnte Lösungen herstellen: z.B.: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 mg NO 3 ‐ /L.
d) 10‐Punkte‐Kalibrierung durchführen:
In einem Erlenmeyerkolben reagiert 1 ml der Probe mit 8 ml Säuremischung und 1 ml Dimethylphenol‐Lösung.
Die Extinktion bleibt nach etwa 10 min für zirka 1 Stunde konstant.
In gleicher Weise wird eine Blindprobe hergestellt, bei der anstelle der Wasserprobe 1 ml destilliertes
Wasser verwendet wird. Vor Beginn einer Messreihe ist zuerst mit dieser Blindprobe die Nullmessung
durchzuführen. Dadurch wird die Extinktion der Blindprobe bei allen weiteren Messungen berücksichtigt.
Auf der Abszisse (x‐Achse) werden die Massenkonzentrationen der Kalibrierlösungen und auf der
Ordinate die zugehörigen Werte der Extinktion E aufgetragen. Die Messpunkte sollen je nach Messund
Probengüte auf einer Geraden liegen.
Aus dem Quotienten der Massenkonzentration und dem zugehörigen, spektralen Absorptionsmaß
ergibt sich unter Berücksichtigung der Küvettenschichtdicke d der Kalibrierfaktor f mit der Einheit
[cm mg/L].
e) Kalibrierkurve berechnen.
Die Massenkonzentration des Nitrats in der Wasserprobe ergibt sich aus der Gleichung:
x
E f
(Gleichung 11)
d
In Gleichung 11 bedeuten:
x = Massenkonzentration des Nitrats in der Wasserprobe in mg/L,
E = Extinktion der Wasserprobe,
f = Faktor in cm*mg/L und
d = Schichtdicke der Küvette in cm
f) NO 3 ‐ ‐Konzentration einer Probe messen (Mineralwasser, Ihmewasser, eventuell von den
Studenten mitgebrachte Proben)
g) Geräte und Chemikalien
Photometer
Küvetten, Schichtdicke 1 cm
Erlenmeyerkolben
Pipetten
Messkolben
Testküvetten von Dr. Lange
Dimethylphenol‐Lösung: 1,2 g 2,6‐Dimethylphenol, C 8 H 10 O, zur Analyse, werden in 1l Essigsäure,
CH 3 COOH, wasserfrei, zur Analyse, gelöst.
Säuremischung: 1 Volumen Schwefelsäure (H 2 SO 4 , zur Analyse mit d=1,84 g/ml) wird mit 1
Volumen Phosphorsäure (H 3 PO 4 , zur Analyse mit d=1,71 g/ml) VORSICHTIG gemischt.
Hochschule Hannover
Fachbereich Maschinenbau
Prof. Stiller / Prof. Sakuth
Umwelttechnik Labor
Photometrische Bestimmung der Konzentration
von gelösten Wasserinhaltsstoffen
Seite 11
26.09.2013

Ausschließlich für den Gebrauch in Vorlesungen und Übungen! Für sonstigen Gebrauch sind die angegebenen Quellen heranzuziehen.
4 Aufgabenstellung
Zu bestimmen ist die Konzentration von Nitrat NO ‐ 3 in einer Wasserprobe in folgenden Schritten:
1. Aufnahme des Absorptionsspektrums
2. Durchführung der 10‐Punkte‐Kalibrierung, Berechnung der Kalibrierfunktion
3. Bestimmung der Nitrat‐Konzentration in der Probe
Für den Versuch stehen 2 Photometer zur Verfügung:
Dr.Lange‐Photometer CADAS 50 S (Einstrahlphotometer mit Referenzstrahlengang und einer Halogenlampe.
Messbereich im Wellenlängenbereich von 340 bis 900 nm) und
UNICAM‐Philips UV/VIS‐Photometer
5 Literatur
/1/ ,,WTW ‐ Photometrie´´
Fibel zur photometrischen Wasser‐ und Abwasseranalytik
/2/ ,,Dr. Lange ‐ Anwendungsbericht G. No. 4´´
Angewandte Spektralphotometrie
/3/ Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser‐, Abwasser‐ und Schlammuntersuchung
DIN 38405‐ D 9‐2
/4/ ISO 7890‐1‐2‐1986
Hochschule Hannover
Fachbereich Maschinenbau
Prof. Stiller / Prof. Sakuth
Umwelttechnik Labor
Photometrische Bestimmung der Konzentration
von gelösten Wasserinhaltsstoffen
Seite 12
26.09.2013