Analyse der Wasserchemie - Analysis of water chemistry

Wasserchemische Analysen werden durchgeführt, um die chemischen Bestandteile und Eigenschaften von Wasserproben zu identifizieren und zu quantifizieren. Art und Sensitivität der Analyse hängen vom Analysezweck und der voraussichtlichen Verwendung des Wassers ab. Die chemische Wasseranalyse wird an Wasser, das in industriellen Prozessen verwendet wird, an Abwasserströmen, an Flüssen und Bächen, an Regenfällen und auf dem Meer durchgeführt. In allen Fällen liefern die Ergebnisse der Analyse Informationen, die verwendet werden können, um Entscheidungen zu treffen oder die Gewissheit zu geben, dass die Bedingungen den Erwartungen entsprechen. Die ausgewählten analytischen Parameter werden so gewählt, dass sie für den Entscheidungsfindungsprozess geeignet sind oder eine akzeptable Normalität herstellen. Wasserchemische Analysen sind oft die Grundlage für Studien zur Wasserqualität , Verschmutzung , Hydrologie und geothermischen Gewässer . Routinemäßig eingesetzte Analysemethoden können alle natürlichen Elemente und ihre anorganischen Verbindungen sowie ein sehr breites Spektrum organischer chemischer Spezies mit Methoden wie Gaschromatographie und Massenspektrometrie nachweisen und messen . In Wasseraufbereitungsanlagen, die Trinkwasser produzieren, und in einigen industriellen Prozessen, in denen Produkte mit unverwechselbarem Geschmack und Geruch verwendet werden, können spezielle organoleptische Methoden verwendet werden, um Gerüche in sehr geringen Konzentrationen zu erkennen.

Wasserarten

Umweltwasser

Ein EPA- Wissenschaftler nimmt Wasserproben in den Florida Everglades

Wasserproben aus der natürlichen Umwelt werden routinemäßig im Rahmen eines vorab festgelegten Überwachungsprogramms von den Aufsichtsbehörden entnommen und analysiert, um sicherzustellen, dass die Gewässer unverschmutzt bleiben oder, wenn sie verschmutzt sind, die Verschmutzung nicht zunimmt oder im Einklang mit einem vereinbarten Sanierungsplan. Ein Beispiel für ein solches System ist das harmonisierte Überwachungssystem, das auf allen großen Flusssystemen im Vereinigten Königreich betrieben wird. Die analysierten Parameter hängen stark von der Beschaffenheit der lokalen Umgebung und/oder den Schadstoffquellen in dem Gebiet ab. In vielen Fällen spiegeln die Parameter die durch Gesetze oder andere Vorschriften festgelegten nationalen und lokalen Wasserqualitätsstandards wider . Typische Parameter, um sicherzustellen, dass unverschmutztes Oberflächenwasser innerhalb akzeptabler chemischer Standards bleibt, sind pH , Hauptkationen und Anionen einschließlich Ammoniak , Nitrat , Nitrit , Phosphat , Leitfähigkeit , Phenol , chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) und biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB).

Trinkwasserversorgung

Für die Trinkwasserversorgung entnommenes Oberflächen- oder Grundwasser muss nach der Aufbereitung in der Lage sein, strenge chemische Standards zu erfüllen . Dies erfordert eine detaillierte Kenntnis des in die Kläranlage eintretenden Wassers. Zusätzlich zu der normalen Reihe von umweltchemischen Parametern, andere Parameter wie Härte , Phenol , Öl und in einigen Fällen ein organisches Echtzeitprofil des einströmenden Wassers wie im Regulierungsschema des Flusses Dee .

Industrielles Prozesswasser

In industriellen Prozessen kann die Kontrolle der Qualität des Prozesswassers entscheidend für die Qualität des Endprodukts sein. Wasser wird häufig als Träger von Reagenzien verwendet und der Verlust von Reagenzien zum Produkt muss kontinuierlich überwacht werden, um eine korrekte Austauschrate sicherzustellen. Die gemessenen Parameter beziehen sich speziell auf das verwendete Verfahren und auf alle zu erwartenden Verunreinigungen, die als Nebenprodukte auftreten können. Dies kann unerwünschte organische Chemikalien umfassen, die in einem anorganischen chemischen Prozess durch Kontamination mit Ölen und Fetten aus Maschinen entstehen. Die Überwachung der Qualität des aus Industrieanlagen abgeleiteten Abwassers ist ein Schlüsselfaktor für die Kontrolle und Minimierung der Umweltverschmutzung. In dieser Anwendung analysieren Überwachungssysteme alle möglichen Schadstoffe, die innerhalb des Prozesses entstehen und zusätzlich Schadstoffe, die besonders schädliche Auswirkungen auf die Umwelt haben können, wie z. B. Zyanid und viele organische Arten wie Pestizide . Dabei konzentriert sich die Analyse der Nuklearindustrie auf bestimmte Isotope oder interessierende Elemente. Wenn die Nuklearindustrie Abwasser in Flüsse mit Trinkwasserentnahme einleitet, werden potenziell schädliche Radioisotope oder solche mit langen Halbwertszeiten wie Tritium Teil der routinemäßigen Überwachung.

Methodik

Um Konsistenz und Wiederholbarkeit zu gewährleisten, werden die bei der chemischen Analyse von Wasserproben verwendeten Methoden häufig auf nationaler oder bundesstaatlicher Ebene vereinbart und veröffentlicht. Konventionell werden diese oft als "Blue Books" bezeichnet.

Bestimmte Analysen werden im Feld durchgeführt (z. B. pH-Wert, spezifische Leitfähigkeit), während andere Probennahmen und Labortests umfassen.

Die in den einschlägigen Normen definierten Methoden lassen sich grob einteilen in:

  • Herkömmliche Nasschemie einschließlich des Winkler - Verfahren für gelösten Sauerstoff , Fällung , Filtration für Feststoffe, Ansäuerung, Neutralisierung Titration usw. Kolorimetrische Methoden wie MBAS Assay , der anzeigt , anionische Tenside in Wasser und vor Ort Komparator Methoden zur Bestimmung Chlor und Chloramine . Nephelometer werden verwendet, um Feststoffkonzentrationen als Trübung zu messen. Diese Methoden sind im Allgemeinen robust und gut erprobt und kostengünstig und bieten einen angemessenen Grad an Genauigkeit bei mäßiger Empfindlichkeit.
  • Elektrochemie einschließlich pH , Leitfähigkeit und gelöstem Sauerstoff mit Sauerstoffelektrode. Diese Methoden liefern genaue und präzise Ergebnisse unter Verwendung elektronischer Geräte, die die Ergebnisse direkt in ein Labordatenmanagementsystem einspeisen können
  • Die Spektrophotometrie wird insbesondere für metallische Elemente in Lösung verwendet und liefert Ergebnisse mit sehr hoher Empfindlichkeit, die jedoch vor der Analyse eine gewisse Probenvorbereitung und möglicherweise auch spezielle Probenahmemethoden erfordern, um eine Verschlechterung der Probe während des Transports zu vermeiden.
  • Die Chromatographie wird für viele organische Spezies verwendet, die flüchtig sind oder die nach anfänglicher chemischer Verarbeitung eine charakteristische flüchtige Komponente ergeben können.
  • Die Ionenchromatographie ist eine empfindliche und stabile Technik, die Lithium , Ammonium NH 4 und viele andere Ionen mit niedrigem Molekulargewicht unter Verwendung der Ionenaustauschtechnologie messen kann .
  • Gaschromatographie kann verwendet werden, um Methan , Kohlendioxid , Cyanid , Sauerstoff, Stickstoff und viele andere flüchtige Komponenten mit angemessener Empfindlichkeit zu bestimmen .
  • Massenspektrometrie wird dort eingesetzt, wo eine sehr hohe Empfindlichkeit erforderlich ist, und wird manchmal als Back-End-Prozess nach der Gas-Flüssigkeits-Chromatographie zum Nachweis organischer Spurenstoffe verwendet.

Abhängig von den Komponenten werden unterschiedliche Methoden angewendet, um die Mengen oder Verhältnisse der Komponenten zu bestimmen. Während einige Methoden mit Standard-Laborgeräten durchgeführt werden können, erfordern andere fortschrittliche Geräte, wie z. B. Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS).

Forschung

Viele Aspekte der akademischen Forschung und der industriellen Forschung, z. B. bei Pharmazeutika, Gesundheitsprodukten und vielen anderen, beruhen auf einer genauen Wasseranalyse, um potenziell verwendbare Substanzen zu identifizieren, diese Substanzen zu verfeinern und sicherzustellen, dass bei der Herstellung für den Verkauf die chemische Zusammensetzung erhalten bleibt konsistent. Die in diesem Bereich verwendeten Analysemethoden können sehr komplex sein und können spezifisch für den durchgeführten Prozess oder Forschungsbereich sein und den Einsatz maßgeschneiderter Analysegeräte erfordern.

Forensische Analyse

Im Umweltmanagement wird die Wasseranalyse häufig bei Verdacht auf Verschmutzung eingesetzt, um den Schadstoff zu identifizieren und Abhilfe zu schaffen. Durch die Analyse kann oft der Verursacher identifiziert werden. Solche forensischen Arbeiten können die Verhältnisse verschiedener Komponenten untersuchen und Proben von Ölen oder anderen gemischten organischen Verunreinigungen "typisieren", um den Schadstoff direkt mit der Quelle in Verbindung zu bringen. In Trinkwasserversorgungen kann die Ursache für eine nicht akzeptable Qualität ebenfalls durch eine gezielte chemische Analyse von Proben aus dem gesamten Verteilungssystem ermittelt werden. Bei der Herstellung können nicht spezifikationsgerechte Produkte direkt auf unerwartete Veränderungen in den Nassverarbeitungsstufen zurückgeführt werden, und die analytische Chemie kann erkennen, welche Stufen aus welchen Gründen fehlerhaft sein können.

Verweise

Siehe auch