Eine kleine Geschichte von der Entzauberung eines „Wundermittels“

Eine kleine Geschichte von der
Entzauberung eines „Wundermittels“
Jörg Albering
Es ist ein altbekanntes Phänomen, dass immer wieder
im Aquaristik-Fachhandel Präparate angeboten
werden, die wahre Wunder versprechen. Zahlreiche
Krankheiten sollen geheilt werden, Wasserwechsel
werden überflüssig und die Nachzucht der
schwierigsten Fische wird mit einem Schlag zu
einem Kinderspiel. Meistens genügt ein Blick auf
den Beipackzettel und die Liste der Inhaltsstoffe,
um die möglichen von den unwahrscheinlichen
bzw. unmöglichen Wirkungen zu unterscheiden.
Geheimnisvoll wird es dagegen, wenn über den
Inhalt nur sehr vage Andeutungen gemacht werden
(„vollkommen natürlich“, „ohne Chemikalien“,
etc.) bzw. wenn gezielt Fehlinformationen in Umlauf
gebracht werden. Ärgerlich wird die Angelegenheit,
wenn ein solches Mittel im Rahmen der
aquaristisch/wissenschaftlich messbaren Parameter
in der Tat wirksam ist und leider zu einem hohen
Preis verkauft wird.
In diesem Artikel soll - anders als in sonst für unsere
DCG-Informationen üblichen Artikeln - die Rede
sein von dem Wasserpflegemittel eines niederländischen
Herstellers: Easy-Life Int. BV.
Über die Wirkungen ist in der letzten Zeit sowohl
in aquaristischen Fachzeitschriften, als auch im
Internet ausführlich berichtet worden (Homepage
von Anton Gabriel sowie diverse Diskussionsforen).
Es scheint, dass dieses Präparat in den letzten
Jahren großes Interesse unter den Aquarianern
gefunden hat - so auch innerhalb der DCG.
Ich habe dieses Präparat bereits selbst angewandt
und ebenfalls messbare, durchaus positive Ergebnisse
erhalten. Es sei gleich eines vorausgeschickt:
Die Wirksamkeit bezüglich einiger der postulierten
Effekte von Easy-Life soll an dieser Stelle
keinesfalls bestritten werden! Das Ziel dieses
Beitrags ist vielmehr darzulegen, welcher Inhaltsstoff
vorhanden ist, was sich daraus an
potenziellen Wirkungen ergibt und wo die
Grenzen dieses Wasserpflegemittels liegen.
Mein erster Kontakt mit Easy-Life beruht auf
einem Besuch bei einem befreundeten Grazer
Aquarianerpaar, das mir im Laufe des Gesprächs
mitteilte, dass es in allen Becken regelmässig dieses
Mittel einsetzt und damit sehr zufrieden ist.
Daraufhin habe ich mir ebenfalls eine Flasche besorgt
und für eines meiner Becken angewandt -
zunächst noch ohne Messung spezifischer Wasserparameter.
Der in der Produktbeschreibung erwähnte
Effekt der anfänglichen Wassertrübung und
des in den folgenden Tagen „kristallklaren“ Wassers
stellte sich beim mir ebenfalls ein. Da sich bei den
Fischen in dem behandelten Becken (Hemichromis
cristatus, Pungu maclareni, Thysochromis ansorgii
„Ghana“, Stomatepia pindu) keine negativen Auswirkungen
bemerkbar machten, ging ich einen
Schritt weiter und setzte Easy-Life anstelle von
Methylenblau als Wasserzusatz bei dem Versuch,
ein Gelege von Paratilapia polleni künstlich zu erbrüten,
ein. Da es sich bei Gelegen von Paratilapia
um regelrechte „Trauben“ von Eiern handelt, die
wegen ihres engen Kontaktes zueinander sehr
anfällig für Verpilzungen sind, entwickeln sich
meinen Erfahrungen nach ohne den Einsatz fungizider
Mittel bzw. schwacher Oxidationsmittel (wie
z.B. Methylenblau) nur wenige Eier zu Larven und
lebensfähigen Jungfischen. Die mit Easy-Life in
normaler Dosierung behandelten Eier dagegen entwickelten
sich problemlos und mittlerweile
schwimmen etwa 200 junge Paratilapia dieser
Brut in meinen Aufzuchtbecken. Von der Anwendung
in allen Becken schreckte ich allerdings zurück,
denn die Menge, die ich benötigen würde, um
etwa 23,5 m 3 Wasser in mehr als 50 Becken und
zwei „Indoor-Garagenteichen“ zu behandeln, würde
mich auf Dauer sicher zum armen Mann machen.
Abgesehen davon ist Easy-Life eine Option, kein
Muss!
Allerdings wurde aufgrund dieser positiven Ergebnisse
meine Neugier bezüglich des Wirkungsmechanismus
geweckt und ich machte mich auf die
Suche nach Informationen über den Inhaltsstoff
von Easy-Life. Da von dem Hersteller keinerlei
Daten zu erfahren waren, ausser dass „keine Chemie“
vorhanden sei, nur „natürliche“ Inhaltsstoffe
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(was selbstverständlich Unfug ist, denn auch natürlich
vorkommende Substanzen und selbstverständlich
auch Wasser sind chemische Verbindungen!),
machte ich mich in der aktuellen aquaristischen
Literatur und im Internet auf die Suche und
stieß auf vielerlei, teilweise sehr laienhafte und
widersprüchliche Spekulationen. Die Gerüchte
schrieben den Erfolg des Präparates den verschiedensten
Ingredienzien zu: Kieselgel, nanodisperses
Aluminiumoxid, Ton-Minerale wie z.B. Montmorillonit.
Glaubwürdige Analysen waren allerdings
nicht zu finden. Ich beschloss daher, meine
beruflichen Analyse-Möglichkeiten als (Festkörper-)Chemiker
zu nutzen und herauszufinden, was
an Easy-Life anders ist als an anderen Wasserzusatzstoffen.
Feststoffanteil von Easy-Life
Lässt man eine Probe von Easy-Life langsam bei
Raumtemperatur eindampfen, verbleibt ein schmutzig-weißer
Rückstand, der - wie sich anhand der in
der Folge durchgeführten Untersuchungen heraus-
Zeolithe verbessern die Wasserqualität. Das ist vorallem
für empfindliche Fischarten und bei deren
Nachzucht von großer Bedeutung.
Im Bild pflegt ein Weibchen des madagassichen
Cichliden Paratilapia sp. „Fianarantsoa“ sein Gelege
stellte - keine makroskopischen Mengen an organischen
Verbinden, sondern nur anorganische Materialien
enthält. Eine Probe aus der zuvor der feste
Anteil abzentrifugiert wurde und die anschließend
verdampft wurde, enthielt ausser geringen Mengen
anorganischer Salze, wie sie auch in normalem
Leitungswasser zu finden sind, keine weiteren
Substanzen. Es handelt sich also bei Easy-Life um
eine Aufschlämmung fester Bestandteile in Wasser.
Als echte Suspension kann man sie dagegen nicht
bezeichnen, da die Feststoffe in der Lösung relativ
rasch wieder zu Boden sinken und nur ein sehr
geringer Anteil für längere Zeit (einige Stunden) in
der Schwebe bleibt. Aus diesem Grund muss das
Präparat auch vor der Verwendung kräftig geschüttelt
werden. In einem ersten Experiment wurde
daher der Feststoffanteil bestimmt. Hierzu wurde
in mehreren Ansätzen ein bestimmter Anteil der
vorher gut geschüttelten Aufschlämmung in eine
Porzellanschale eingewogen und bei Raumtemperatur
eingetrocknet. Nach Auswaage des festen
Rückstandes ergab sich ein Feststoffanteil von 3,8
bis 4,0 Gewichtsprozent, d.h. es finden sich 38 bis
40 Gramm Feststoff in einem Liter Easy-Life. Mit
dem festen Rückstand wurden anschließend einige
Messungen durchgeführt, die im Folgenden beschrieben
werden.
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Röntgenbeugungsmessungen und
Strukturanalyse
Wenn kristalline Materie mit Röntgenlicht bestrahlt
wird, findet an den Gitternetzebenen der
Kristallstruktur Beugung des eingestrahlten Röntgenlichtes
statt. Bei Messung des Beugungswinkels
und der Intensität des gebeugten Röntgenstrahles
kann man daraus Informationen über den
Abstand der Netzebenen der vorliegenden kristallinen
Verbindung (gemäß der Bragg’schen Beziehung
l = 2 dhkl sin q, l = Wellenlänge des Röntgenlichts,
dhkl = Netzebenenabstand, q = Beugungswinkel)
gewinnen. Mit Hilfe der sogenannten
„Rietveld-Analyse“ (benannt nach Hugo M. Rietveld,
dem „Erfinder“ dieser Methode) können aus
den Reflexintensitäten und der Peakposition im
Spektrum einer Röntgen-Pulvermessung quantitative
Informationen über die Kristallstrukturen der
vorliegenden Komponenten einer Probe gewonnen
werden: Über die Symmetrie der Verbindung, Position
der Gitterbausteine in der Elementarzelle,
Stöchiometrie der Kristalle, Gittermetrik und sogar
Auskunft über die quantitative Zusammensetzung
von Gemischen.
Der feste Bestandteil von Easy-Life wurde geröntgt
(CuKa-Strahlung, Sekundärmonochromator,
Szintillationszählrohr, Gerät: Bruker AXS D5005
q/q-Diffraktometer), und das so erhaltene Beugungsbild
lieferte in einem ersten Schritt durch
Vergleich der gemessenen Daten mit Vergleichsspektren
aus einer entsprechenden Datenbank
(JCPDS data base) eine qualitative Analyse des
weißen Mineralpulvers. Es handelt sich um zwei
natürlich vorkommende Zeolithe: Clinoptilolith
und Mordenit, sowie Spuren von Quarz.
In einem zweiten Schritt wurden die gemessenen
Röntgendaten mit Hilfe einer speziellen Software
(TOPAS-R, Fa. Bruker-AXS) unter Zugrundelegung
der bereits bekannten kristallographischen Daten
der beiden Zeolithe gefittet (siehe Abbildung 1).
Hierbei konnten sowohl die Gitterkonstanten der
beiden Naturzeolithe bestimmt werden als auch die
quantitative Zusammensetzung des festen Bestandteils
von Easy-Life. Diese Analysen wurden an
zwei Chargen von Easy-Life durchgeführt und
wiesen reproduzierbar unterschiedliche Mengenverhältnisse
von Clinoptilolith und Mordenit auf.
Abbildung 1: Röntgenbeugungsspektrum des festen
Bestandteils von Easy-Life.
Blaue Kurve: Messdaten, rote Kurve: Fit, graue Kurve:
Differenz zwischen Messung und Fit,
senkrechte Strich-Markierungen: Positionen der
Reflexe der einzelnen Phasen
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In der einen Probe (aus einem 5-Liter-Kanister)
betrug das Massenprozent-Verhältnis von Clinoptilolith
: Mordenit : Quarz = 72 : 27 : 1 Gewichtsprozent,
in einer anderen Probe (aus einer 500-
Milliliter-Flasche) 47,5 : 51,5 : 1,0 Gewichtsprozent.
Durch die Rietveld-Analyse konnte die
Identität der beiden festen Komponenten von Easy-
Life zweifelsfrei bewiesen werden. Weitere feste,
kristalline Inhaltsstoffe wurden im Rahmen der
Nachweisgrenze des Röntgen-Pulverbeugungsmethode
(< etwa 0,5 Gewichtsprozent) nicht nachgewiesen.
Es ist selbstverständlich möglich, dass
geringe Mengen einer amorphen Phase, die röntgenographisch
zumindest in kleinen Mengen nicht
nachweisbar ist (z.B. vulkanisches Glas), als weitere
Komponente vorhanden ist. Damit hat das
Rätselraten um den Wirkstoff in diesem Wasseraufbereitungsmittel
ein Ende gefunden.
Die Tatsache, dass zwei Komponenten gefunden
wurden, lässt mehrere mögliche Interpretationen
zu: Es handelt sich um ein Mineral von einem
Fundort, an dem beide Zeolithe gemeinsam vorkommen
oder es handelt sich um ein Gemisch aus
zwei Zeolithen aus unterschiedlichen Quellen.
Glaubt man dem Hersteller von Easy-Life, handelt
es sich ausschließlich um natürlich vorkommende
Minerale und nicht etwa um synthetisch hergestellte
Materialien - was allerdings sowohl für Mordenit
als auch für Clinoptilolith möglich wäre. Die
dritte Möglichkeit wäre, dass es sich um einen
Naturzeolith handelt, der nur einer der beiden
Komponenten enthält und durch eine Nachbehandlung
(z.B. hydrothermale Behandlung) modifiziert
wurde. Leider kann man die Entscheidung, welche
dieser Möglichkeiten zutrifft, nicht anhand der
Röntgenbeugungsdaten fällen.
Als Vergleichsmaterialien wurden in der Folge
zwei Zeolithe bzw. Zeolith-Gemische, die zu anderweitigen
Forschungszwecken in meinem Labor
vorhanden waren, verwendet:
Ein synthetischer Mordenit (Firma Süd-Chemie)
sowie eine gemahlene Clinoptilolith/Quarz-
Mischung der Firma Deutsche Zeolith. Die weiteren
Analysen dienten in der Folge dazu, die physikalischen
und chemischen Eigenschaften der beiden
Zeolithe im Detail zu bestimmen. Einige der
Methoden erfordern ein gut eingerichtetes Labor,
andere können mit „Bordmitteln“, also den in vielen
Aquarianerhaushalten vorhandenen Substanzen
nachempfunden werden.
Thermogravimetrie
Zeolithe enthalten in den Freiräumen ihrer Strukturen
(Käfige und Kanäle, siehe Abbildung 2) üblicherweise
Wassermoleküle, die einen erheblichen
Anteil der Molekularmasse der Formeleinheit eines
Zeolithes ausmachen können.
Abbildung 2: Perspektivische Darstellung der Kristallstrukturen
von Clinoptilolith (links) und Mordenit
(rechts). Die SiO 4- und AlO 4 -Tetraeder sind in blau
dargestellt, rote Kugeln: H 2 O, gelbe Kugeln: Na + , violette
Kugeln: Ca 2+
Die Stabilität der Kristallstruktur gegenüber einer
Entfernung dieses „Kristallwassers“ ist je nach Art
des Zeolithes unterschiedlich stark ausgeprägt und
kann mit der Struktur und Ionenbeladung korrelliert
werden. Eine Methode zur Messung des
Wassergehaltes ist die sogenannte „Thermogravimetrie“.
Hierbei wird eine Probe der zu untersuchenden
Substanz in einem kleinen Tiegel aus
einem inerten Material (z.B. Platin oder Aluminiumoxid)
erhitzt. Der Tiegel befindet sich in
einem Probenhalter der auf einer Waage gelagert
ist und sich im Inneren eines Rohrofens befindet.
Es werden bei der Messung simultan die Temperatur
der Probe und die Massenanzeige der Waage registriert.
Auf diese Weise kann der Massenverlust -
wie hier z.B. durch austretendes Wasser - als Funktion
der Temperatur sichtbar gemacht werden und
man erhält zusätzlich Informationen darüber, bis zu
welcher Temperatur die Verbindung stabil ist.
Im Fall des Zeolith-Gemisches aus Easy-Life liefert
diese Messmethode das Ergebnis, dass die beiden
Komponenten bis etwa 400 °C kontinuierlich
Wasser abgeben. Der Wassergehalt des Minerals
beträgt etwa 13,5 Gewichtsprozent. Dieses Befund
stimmt sehr gut mit den theoretischen Wassergehalten
von Clinoptilolith und Mordenit überein,
wenn anhand der Rietveld-Analyse die berechneten
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prozentualen Anteile der beiden Verbindungen und
der daraus resultierende mittlere Wasserverlust von
etwa 13,7 Gewichtsprozent zugrunde gelegt wird.
Die restlichen Ionen Na + ,K + ,Mg 2+ und Ca 2+
und selbstverständlich auch die Netzwerkbildner
der Zeolithes Si 4+ ,Al 3+ sowie O 2 - verbleiben im
Kristallgitter. Eine weitere, interessante Beobachtung
konnte bei dieser Messung gemacht werden:
Nach Erhitzen auf 1.200 °C hatte die Probe eine
schwach hellrote Färbung angenommen, ein sicheres
Indiz für die Anwesenheit von Eisenoxiden (in
Spuren). Die Eisenionen können entweder selber
anstelle der Alkali- bzw. Erdalkalimetallionen im
Gitter des Zeolithes selber eingelagert sein oder sie
stammen aus Begleitmineralen wie z.B. Feldspat,
die ebenfalls signifikante Mengen an Eisenoxiden
lösen können. Sie freizusetzen ist allerdings sehr
schwer und gelingt meistens nur durch komplette
Auflösung des Minerals. Die Wassergehalte der
anderen beiden Vergleichsproben sind in der
Tabelle (siehe Seite 261) aufgelistet. Auch sie liegen
im erwarteten Bereich.
Messung der Partikelgrößenverteilung
Die Partikelgrößenverteilung eines Pulvers (gleichgültig
ob es sich um ein metallisches, mineralisches
oder ein Kunststoffpulver handelt) ist entscheidend
für viele seiner Eigenschaften. So wird
z.B. die Suspendierbarkeit mit abnehmender Partikelgröße
üblicherweise verbessert. Je kleiner die
einzelnen Partikel sind, desto länger bleiben die
Teilchen einer Suspension „in der Schwebe“. Von
der Partikelgrößenverteilung wird auch die Reaktivität
des Materials beeinflusst. Ein feines Pulver
kann aufgrund seiner höheren Oberfläche schneller
reagieren (z.B. beim Ionenaustausch) und ist in der
Lage an größere Mengen anderer Verbindungen
(z.B. organische Verbindungen wie Methylenblau
oder Medikamente) zu adsorbieren. Die Oberfläche
spielt z.B. auch beim Ionentauschprozess
der Zeolithe eine große Rolle: Zeolith als Filtermaterial
wird bereits seit vielen Jahren eingesetzt,
die Reaktionszeiten des groben Granulates sind
allerdings relativ hoch, da die spezifische Oberfläche
auf Grund der groben Partikel sehr klein ist.
Ein feines Zeolith-Pulver dagegen kann wesentlich
schneller reagieren. Zudem bietet ein feines Pulver
auch die größere Besiedelungsfläche für Bakterien
– es sei aber an dieser Stelle daran erinnert, dass
die Kanal- bzw. Hohlraumstruktur von Zeolithen
um einige Zehnerpotenzen zu klein ist, um Bakterien
Platz zu bieten. Besiedelbare Flächen finden
sich ausschliesslich an der Oberfläche eines Partikels
- dieses schliesst jedoch auch makroskopische
Poren ein. Nicht beeinflusst von der Korngrößenverteilung
wird hingegen die Kristallstruktur -
zumindest in erster Näherung. Die Kanäle in den
Strukturen der beiden Zeolithe haben die gleiche
Größe unabhängig von der Größe der Partikel.
Anhand von Daten aus der Laserlichtbeugung an
Partikelsuspensionen kann auf die Partikelgrößenverteilung
zurückgerechnet werden. Als Parameter
werden hier die Verteilung der Partikel auf Größenklassen
sowie die Summenkurve (gewissermassen
das Integral über die Größenverteilung) angegeben.
Als mess- und vergleichbare Größen werden aus
diesen Werten die sogenannten d 10 -, d 50 - und d 90 -
Werte ermittelt. Zur Erläuterung: ein d 50 von 6,17
µm bedeutet, dass 50 Prozent aller Partikel der
Probe kleiner als 6,17 µm sind. Die entsprechenden
Werte von Easy-Life und der beiden untersuchten
Referenz-Zeolithe sind in der Tabelle (siehe Seite
261) zusammengefasst, die Partikelgrößenverteilung
von Easy-Life und der Clinoptilolith-Probe
der „Deutsche Zeolith GmbH“ befindet sich in Abbildung
3.
Abbildung 3: Partikelgrößenverteilungen in Easy-Life
(oben) und dem Vergleichszeolith der Firma „Deutsche
Zeolith GmbH“
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Man erkennt, dass die Partikelgrößenverteilungen
dieser beiden Zeolith-Gemische sehr ähnlich sind.
Von der letztgenannten Probe ist bekannt, dass es
sich um ein gemahlenes und gesiebtes (Fraktion
kleiner als 80 µm) Material handelt. Man kann
daher durchaus den Schluss ziehen, dass es sich bei
Easy-Life ebenfalls um ein Material vergleichbarer
Siebfraktion handelt.
Außerdem ist auffällig, dass - erwartungsgemäß für
gemahlene Mineralproben - kaum ein nanopartikulärer
Anteil vorhanden ist. Die synthetische
Mordenitprobe dagegen weist einen wesentlich
höheren Nanopartikelanteil auf und ist auch insgesamt
deutlich feinkörniger. Irreführenderweise
wurde in dem Artikel von Ott (2004) über Easy-
Life im Aquaristik-Fachmagazin im Detail über die
Eigenschaften nanopartikulärer Partikelsuspensionen
von Schichtsilikaten berichtet - offenbar
eine gezielte Irreführung bezüglich der Inhaltsstoffe
von Easy-Life.
Die lasergranulometrischen Analysen sind leider
für den interessierten Aquarianer nicht selber
durchführbar. Es gibt allerdings eine einfache, optische
Methode zum groben Vergleich der Partikelgrößen
von Suspensionen. Hierzu verwendet man
eine Suspension der gewünschten Partikelgrößenverteilung
(z.B. Easy-Life) und das Material, das
man selber untersuchen möchte und gibt gleiche
Mengenanteile in ein geeignetes Dispergiermedium
(i.d.R. Wasser), schüttelt kräftig und gießt die Suspension
in ein hohes Gefäß (in Idealfall einen
Standzylinder aus Glas, es reicht aber auch eine
schlanke Vase o.ä.). Abbildung 4 zeigt eine Suspension
von Easy-Life nach verschiedenen Zeiten.
Je kleiner die Partikel, desto langsamer sinken sie
nach unten. Durch den Vergleich von Referenz und
eigener Probe kann leicht qualitativ festgestellt
werden, ob das eigene Pulver gröber oder feiner als
das kommerzielle Produkt ist. Im Normalfall wird
man z.B. durch Zerreiben von grobem Zeolith in
einem Mörser kein extrem feines Material erhalten
können, aber es ist durchaus möglich, den Feinkornanteil
auszusieben (z.B. durch ein Gaze-Netz
oder großes Artemien-Sieb) und den Rest nochmals
zu zerreiben.
Spezische Oberfläche
Wie bereits weiter oben ausgeführt, hängt die Reaktivität
eines Pulvers stark von seiner spezifischen
Oberfläche ab. Für den Feststoffanteil von Easy-
Abbildung 4: Sedimentationsversuch mit Easy-Life.
Von links nach rechts: Suspension (Dosierung 3 Milliliter
Easy Life auf 10 Liter) direkt nach der Herstellung,
nach 5 Minuten, nach 30 Minuten, nach 3 Stunden
Life sowie für die beiden Vergleichsmaterialien –
natürlichen Clinoptilolith und synthetischen Mordenit
- wurde daher mit Hilfe der Gasadsorptions-
Messmethode nach Brunnauer-Emmett und Teller
(BET) die spezifische Oberfläche pro Gramm bestimmt.
Hierzu wird eine bestimmte Menge der
Keramik in ein Glasgefäß eingewogen, anschliessend
evakuiert und auf die Siedetemperatur vom
flüssigem Stickstoff abgekühlt. Danach wird in
kleinen Portionen gasförmiger Stickstoff zudosiert
und der Druck über der Probe gemessen. Aus den
auf diese Weise gemessenen Adsorptionsisothermen
kann über teilweise recht komplexe physikalische
Berechnungen die spezifische Oberfläche
bestimmt werden. Es zeigte sich, dass der Zeolith
in Easy-Life mit 41,6 m 2 /g eine hohe Oberfläche
für ein gemahlenes Material aufweist, das Clinoptilolith-Vergleichsmaterial
kam auf den ebenfalls
sehr guten Wert von 20,3 m 2 /g. Wie erwartet liegt
die spezifische Oberfläche eines sehr feinen, synthetischen
Zeoliths wie im Fall des hier untersuchten
Mordenit der Fa. Süd-Chemie mit 396.6 m 2 /g
um eine Zehnerpotenz höher als die der gemahlenen
Substanzen. Die hohe Oberfläche geht jedoch
leider einher mit einem drastisch höheren Preis
verglichen mit den gemahlenen Naturprodukten, so
dass sich eine Verwendung für aquaristische
Zwecke leider verbietet.
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Adsorption von organischen Molekülen
Eine weitere Eigenschaft hochoberflächiger Materialien
ist die Fähigkeit zur Adsorption organischer
Moleküle. Dies ist vor allem dann für Aquarianer
von Bedeutung, wenn es gilt, z.B. Medikamente
oder sonstige organische Verunreinigungen (Malachitgrün,
Methylenblau, Phenole etc.) aus dem
Wasser zu entfernen. Diesbezügliche Experimente
mit Easy-Life bzw. den Vergleichmaterialien wurden
unter Verwendung von Methylenblau durchgeführt,
da sich bei dieser Substanz an der Verfärbung
des Silikates bzw. der Entfärbung der wässrigen
Phase der Erfolg des Adsorptionsprozesses leicht
optisch verfolgen lässt. Es wurde eine Methylenblau-Lösung
verwendet, wie sie unter aquaristischen
Bedingungen vorliegen kann (10 Milliliter
0,1 prozentige Lösung auf 10 Liter). Zu der
Methylenblau-Lösung wurde Easy-Life in der vorgeschriebenen
Dosierung bzw. die äquivalente
Menge der Vergleichszeolithe gegeben. In der anfangs
tiefblauen Lösung trat eine Trübung durch
den suspendierten Zeolith auf. Nach der Sedimentation
war die Lösung in allen Fällen farblos und
klar durchsichtig. Der blaue Bodensatz (Zeolith
mit adsorbiertem Methylenblau) wurde abfiltiert
und getrocknet (siehe Abbildung 5).
Abbildung 5: Clinoptilolith/Mordenit-Gemisch nach
Adsorption von Methylenblau
Offenbar reicht die spezifische Oberflächenaktivität
aller drei Materialien aus, um nennenswerte
Mengen organischer Stoffe zu binden. Dieses ein-
fache, von jedem Aquarianer durchführbare Experiment
kann dazu benutzt werden, die Aktivität von
Zeolithen zumindest qualitativ zu beurteilen.
NH 4 -Ionentausch
Die Verwendbarkeit eines Zeolithes für aquaristische
Zwecke wird zu einem wesentlich Teil durch
seine Ionentauscherfähigkeiten bestimmt. Im Fall
von Clinoptilolith und Mordenit ist dieses die
Fähigkeit zum Austausch von zweiwertigen-Erdalkalimetall-Ionen
(Mg 2+ und Ca 2+ ) sowie der
einwertigen Alkalimetallionen (Na + und K + ), die
in den natürlich vorkommenden Zeolithen in unterschiedlichen
Mengenverhältnissen im Kristallgitter
eingelagert sind, gegen Ammonium (NH 4 + )-Ionen.
Durch diesen Prozess wird zwar einerseits die Gesamthärte
des behandelten Wassers geringfügig erhöht,
zum anderen wird jedoch Ammonium dem
Gleichgewicht entzogen, so dass es nicht mehr
bakteriell zu Nitrat bzw. Nitrit veratmet werden
kann.
Zur Quantifizierung der Ionentauscher-Eigenschaften
der untersuchten Zeolithe wurde eine NH 4 Cl-
Standard-Lösung mit einer Ammonium-Konzentration
von 1,35 ppm hergestellt. Zu dieser Lösung
wurde Easy-Life in der vorgeschriebenen Dosierung
gegeben (bzw. in weiteren Experimenten
eine äquivalente Menge an Vergleichszeolithen).
Zur Homogenisierung wurde die stark verdünnte
Suspension gerührt um zu verhindern, dass sich der
Zeolith im Laufe der Zeit absetzt und auf diese
Weise die Messung verfälscht wird. Nach bestimmten
Zeitintervallen wurden Proben entnommen,
der Feststoff durch Zentrifugieren entfernt
und mit dem Ammonium-Test von Merck (auf der
Basis der Bildung eines Indophenolfarbstoffes aus
Thymol bei Gegenwart von Ammonium-Ionen)
eine Indikation durch Farbreaktion durchgeführt.
Die Bestimmung der Ammonium-Konzentration in
der Lösung erfolgte photometrisch. Abbildung 6
zeigt den so erhaltenen Konzentrations-Zeit-Verlauf.
Man erkennt, dass zu Beginn der Ionentausch-
Reaktion große Mengen Ammonium in kurzer Zeit
gebunden werden, während mit zunehmender Zeit
die Reaktionsrate immer geringer wird. Es ist möglich
die Messdaten mit einem mathematischen
Modell zu fitten (Programm Origin 5.0, Funktion
„exponential decay, second order“) - auf diese
Weise kann die Grenzkonzentration an Ammonium
ermittelt werden, die unter diesen experimentellen
Bedingungen nicht unterschritten werden kann.
Aus der Differenz zwischen Anfangskonzentration
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und der Grenzkonzentration ergibt sich die maximale
Menge an Ammonium, die durch die zugefügte
Menge Zeolith gebunden werden kann
(Werte siehe Tabelle Seite 261). Die Reaktionsgeschwindigkeit
der Bindung von Ammonium
unter realen Bedingungen im Aquarium ist sicherlich
geringer als unter den idealisierten Bedingungen
im Labor. Bedingt durch die Sedimentation
des Zeolithes und/oder anderweitige Belegung der
aktiven Oberfläche mit Bakterien, organischen
Molekülen oder auch einfach Detritus-Partikeln
wird es länger dauern, bis die maximale Aufnahmekapazität
der einzelnen Zeolith-Teilchen
erreicht ist.
Eine wichtige Information kann man den hier
gewonnenen Daten auf jeden Fall entnehmen: Bei
Kenntnis der Ammonium-Menge, die im Wasser
gelöst ist, ist unter Verwendung der maximalen
Ionentauschkapazität zu berechnen, wieviel Zeolith
zugesetzt werden muss, um das Ammonium zu
entfernen.
Abbildung 6: Konzentration von Ammonium als
Funktion der Zeit nach Zugabe von Easy-Life zu einer
Ammoniumchloridlösung
„Do-it-yourself“
Die Beschaffung eines grobkörnigen Zeolithes ist
heutzutage für den Aquarianer kein Problem. Man
bekommt das Material bei fast jedem Zoofachhändler
bzw. in Internet-Börsen. Das Problem an
diesen Materialien ist, dass man sie vor dem
Einsatz als „flüssiges Filtermedium“ fein zermahlen
muss. Das erfordert entweder hohen Kraftaufwand
und Ausdauer bei Verwendung eines Mörsers
oder die Zugriffsmöglichkeit auf eine elektrisch
betriebene Mühle (und sei es Omas Kaffeemühle).
Beide Methoden eignen sich eher für den aquaristischen
„Einzelkämpfer“. Für Aquarienvereine empfiehlt
es sich eher, einen Sack (oder auch gleich
mehrere) fein gemahlenen Zeolith zu kaufen. Die
Preise variieren je nach Qualität und Mahlgrad von
100 bis 200 Euro. Für das folgende Rechenexempel
sei ein mittlerer Preis von 150 Euro pro
20-Kilogramm-Sack angenommen. Die Reinheit
des für Easy-Life verwendeten Zeolithes ist sehr
hoch (etwa 99 prozentig). Diese Reinheit wird von
den meisten kommerziell erhältlichen Zeolithen
nicht erreicht. Ein Zeolith-Gehalt von 60 bis 80
Gewichtsprozent wird aber sicher erhalten. Aus
einem 20-Kilogramm-Sack Zeolith-Pulver können
unter der Annahme eines Zeolith-Anteils von 80
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Gewichtsprozent und dem Faktum, dass Easy-Life
etwa 40 Gramm Zeolith pro Liter Wasser enthält,
400 Liter einer Suspension erhalten werden, deren
Aktivität in etwa der von Easy-Life entspricht
(unter der Annahme, dass die Partikelgrößenverteilungen
und Ionenaustausch-Kapazitäten vergleichbar
sind). Ein Liter Easy-Life kostet beim
Kauf von mittleren Gebinden zirka 20 Euro, ein
Liter der „Eigenproduktion“ etwa 2,70 Euro!
Selbst wenn auf Grund der geringeren Qualität des
Ersatz-Zeolithes eine höhere Dosierung als bei
Easy-Life notwendig sein sollte, rentiert sich der
Aufwand auf jeden Fall.
Viele der oben beschriebenen Untersuchungs-
Methoden sind zwar für die meisten Aquarianer
nicht zugänglich, aber es gibt dennoch einige Möglichkeiten,
die Eigenschaften eines „eigenen“ Zeolith-Pulvers
zumindest soweit zu messen, dass ein
Einsatz in der heimischen Aquarienanlage möglich
ist. Ausserdem liefern die Hersteller von Zeolith-
Pulvern in der Regel zumindest eine Partikelgrößenverteilungsmessung
sowie den Zeolith-
Anteil in Gewichtsprozent zu jeder Charge des entsprechenden
Pulvers.
Eine grobe Bestimmung der Partikelgröße ist aber
auch wie oben beschrieben nach dem Zermahlen
des Pulver durch einen Sedimentationstest möglich.
Die Adsober-Eigenschaften lassen sich an
einer verdünnten Lösung von Methylenblau, wie
sie in den meisten Aquarianerhaushalten sicher
vorhanden ist, einfach qualitativ überprüfen. Zur
Messung der Ionentauscher-Eigenschaften ist
schon ein wenig mehr Aufwand notwendig: am
besten lässt man sich in einer Apotheke oder
Drogerie eine kleine Menge Ammoniumchlorid
(NH 4 Cl) abwiegen (z.B. ein Gramm) und löst dieses
weiße Pulver in einem Liter destilliertem
Wasser (oder Wasser aus einer Umkehrosmoseanlage).
Diese Lösung hat dann einem Ammoniumgehalt
von etwa 340 ppm. Durch Verdünnen
dieser Lösung im Verhältnis 1 : 100 (1 Teil Lösung
+ 99 Teile destiliertes Wasser) erhält man eine
zirka 3,4 ppm Ammonium-Lösung, die für die
Ionentauscher-Experimente verwendet werden
kann. Zu einem Liter dieser Lösung gibt man nun
einen bestimmten Anteil des Zeolith-Materials. Sei
es nun als Suspension, die man sich zuvor zubereitet
hat (z.B. 50 Gramm Zeolith-Pulver auf einen
Liter Wasser) oder direkt als Feststoff.
Man beachte bei der Mengenbemessung, dass ideale
Zeolithe mit Clinoptilolith- bzw. Mordenit-
Struktur eine maximale Ionenaustauschkapazität
von 2,16 bzw. 2,29 Milli-Äquivalente pro Gramm
besitzen.
Das bedeutet, dass ein Gramm Zeolith-Pulver
maximal 38,9 bzw. 41,2 Milligramm Ammonium
aufnehmen kann. Möchte man also eine Lösung
untersuchen, die insgesamt 3,4 ppm NH 4 + enthält,
sollte man in etwa 150 bis 160 Milligramm Zeolith-Pulver
verwenden, bzw. 3,0 bis 3,2 Milliliter
einer 5prozentigen (50 Gramm pro Liter) Suspension.
Mit einem Ammonium-Test wird zunächst
die unbehandelte Ammoniumchlorid-Lösung
untersucht und das Ergebnis anschliessend
mit dem Befund der Zeolith-behandelten Lösung
(nach zwei bis drei Stunden) verglichen. Verwendet
man ein Photometer im passenden Wellenlängenbereich,
kann die Aussage hierdurch quantifiziert
werden. Verwendet man lediglich den rein visuellen
Vergleich der beiden Analysen, empfiehlt es
sich, gleichzeitig eine Vergleichsrobe (durch Zugabe
einer passenden Menge von Easy-Life zu
einem weiteren Liter der 3,4 ppm Ammonium-
Lösung) herzustellen.
Fazit
Es ist schon eine hervorragende Idee der Firma
Easy-Life Int. BV gewesen, gemahlenen erstklassigen
Naturzeolith als Suspension unter der Bezeichnung
„flüssiges Filtermedium“ (FFM) auf den
Markt zu bringen. Die Wirkungen dieses Präparates
sind nach Kenntnis der Inhaltstoffe vollkommen
nachvollziehbar und die positiven Effekte auf
die Wasserchemie und in der Folge auf das Wohlbefinden
unserer Pfleglinge verständlich.
Und noch besser war die Idee, Stillschweigen über
den Inhaltsstoff zu bewahren, denn im Prinzip kann
jeder interessierte Aquarianer dieses Mittelchen
selbst „brauen“ und viel, sehr viel Geld sparen.
Ich wünsche allen Lesern unserer DCG-Informationen
viel und vorallem preiswertes Vergnügen,
bei der Produktion eines eigenen „Wundermittels“.
Literatur
Ott, G. (2004): Erfahrungen mit Easy-Life. Aquaristik Fachmagazin
(36) 2, 176 (April/Mai), 80–84.
Gegenüberliegende Seite:
Tabelle:
Kristallographische Parameter, Zusammensetzung, und
physikalische Eigenschaften von verschiedenen
Zeolithen
260 DCG-Informationen 36 (11): 252–261

Parameter Easy-Life Naturzeolith
Clinoptilolith Mordenit Quarz Clinoptilolith Quarz Mordenit *
Zusammensetzung (Gewichtsprozent) 47,5 51,5 1,0 86,0 14,0 100,0
Massenanteil (Gramm)
in einem Liter Aufschwämmung 19,0 20,6 0,4 – – –
Wassergehalt des Festkörpers zusammen ca. 13,5 Gew.-% zusammen ca. 12,6 Gew.-% 13,1 Gew.-%
Gitterkonstanten a = 1765,9(3) pm a = 1809,7(2) pm a = 492,6(3) pm a = 1764,9(1) pm a = 492,4(3) pm a = 1810,20(8)
b = 1798,3(4) pm b = 2046,7(2) pm b = 1796,3(1) pm b = 2021,98(8)
c = 740,4(1) pm c = 751,23(4) pm c = 538,2(5) pm c = 740,37(6) pm c = 539,5(3) pm c = 746,80(3)
ß = 116,24(1)° ß = 116,29(1)°
DCG-Informationen 36 (11): 252–261 261
Symmetrie monoklin orthorhombisch hexagonal monoklin hexagonal orthorhombisch
Partikelgrößenverteilung für das gesamte Gemisch für das gesamte Gemisch
d10 = 1,40 µm d10 = 1,26 µm d10 = 0,40 µm
d50 = 6,17 µm d50 = 6,22 µm d50 = 2,85 µm
d90 = 21,60 µm d90 = 19,49 µm d90 = 9,12 µm
Spezifische Oberfläche für das gesamte Gemisch 41,6 m²/g Gemisch 20,4 m² /g 396,6 m² /g
Ammonium-Bindevermögen für das gesamte Gemisch ca. 34 mg/g Gemisch ca. 29 mg/g ca. 36 mg/g
* synthetisch