Die Winkler-Titrationsmethode, die 1888 vom ungarischen analytischen Chemiker Lajos Winkler entwickelt wurde, ist eine hochgenaue Methode zur Messung der Menge an gelöstem Sauerstoff in Wasser. Sauerstoff aus der Luft löst sich in Flüssen, Seen und Ozeanen auf und liefert Sauerstoff für Fische und andere Wasserlebewesen. Die Sauerstoffmenge in einer Wasserprobe an einem bestimmten Ort gibt einen Hinweis darauf, wie viel Leben das entsprechende Gewässer unterstützen kann und beschreibt den Zustand des Gewässers Lebensraum.
Wissenschaftler, die sich mit Gewässern beschäftigen, nehmen häufig Wasserproben und bestimmen unter anderem die Menge an gelöstem Sauerstoff. Obwohl es moderne automatisierte Methoden zur Messung von gelöstem Sauerstoff gibt, ist die Winkler-Methode so genau, dass sie oft zur Überprüfung der automatisierten Instrumente verwendet wird.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die Winkler-Titrationsmethode misst die Menge an gelöstem Sauerstoff im Wasser. Es fügt den Wasserproben Chemikalien hinzu, um mit dem Sauerstoff zu reagieren und eine saure Lösung zu bilden. Die Menge an Neutralisationsmittel, die erforderlich ist, um die Säure durch Titration zu neutralisieren, gibt an, wie viel Sauerstoff in der ursprünglichen Probe enthalten war.
So funktioniert die Winkler-Titrationsmethode
Die Winkler-Methode ist eine manuelle Titrationsmethode zur Bestimmung von gelöstem Sauerstoff in einer Wasserprobe. Die Analyse wird häufig im Feld durchgeführt, um Verzögerungen zu vermeiden, die zu einer Änderung des Sauerstoffgehalts des Wassers führen können. Bis der Sauerstoff durch Zugabe von Chemikalien fixiert ist, ist es wichtig sicherzustellen, dass die Wasserprobe keinen zusätzlichen Sauerstoffquellen ausgesetzt wird.
Um mit einer 300-ml-Probe zu arbeiten, wird eine 300-ml-Flasche mit einem Stopfen mit der Wasserprobe gefüllt. Die Wasserprobe wird mit einer kalibrierten Pipette mit 2 ml Mangansulfat und 2 ml Alkalijodid-Azid versetzt. Die Pipette wird mit ihrer Öffnung knapp unter der Wasseroberfläche platziert, um das Einbringen von Blasen in die Probe zu vermeiden. Die Flasche wird dann mit einem Stopfen verschlossen, so dass keine Luft unter dem Stopfen eingeschlossen wird, und die Probe wird durch mehrmaliges Umdrehen der Flasche gemischt. Wenn Blasen in der Mischung zu sehen sind, wird die Probe verworfen und eine neue Probe muss hergestellt werden. Befindet sich Sauerstoff im Wasser, bildet sich ein orange-brauner Niederschlag.
Nachdem sich der Niederschlag abgesetzt hat, wird die Flasche umgedreht und der Niederschlag wieder absetzen gelassen. Mit einer kalibrierten Pipette werden 2 ml konzentrierte Schwefelsäure zu der Wasserprobe gegeben, indem die Pipette knapp über die Wasseroberfläche gehalten wird. Die Flasche wird wieder verschlossen und umgedreht, damit die Schwefelsäure den Niederschlag auflösen kann. Der Sauerstoff im Wasser ist nun fixiert, da er mit den eingebrachten Chemikalien reagiert hat.
Um den Sauerstoffgehalt der Originalprobe zu bestimmen, wird ein Teil des Wassers mit dem fixierten Sauerstoff titriert, um die Säure zu neutralisieren. In einem neuen Kolben werden 201 ml Probe mit Natriumthiosulfat bis zu einer blassen Strohfarbe titriert. Zur abschließenden Neutralisationsanzeige werden 2 ml einer Stärkelösung zugegeben und die Mischung wird blau. Die Neutralisationslösung muss sehr langsam tropfenweise zugegeben und nach jedem Tropfen vollständig in die Probe eingemischt werden. Am Endpunkt der Titration reicht oft ein Tropfen aus, um die Mischung von blau nach klar zu färben.
Wenn die Mischung klar ist, ist die Säure neutralisiert und die verwendete Menge an neutralisierendem Natriumthiosulfat ist genau proportional zur Sauerstoffmenge in der Originalprobe. Bei der obigen Titration entspricht jeder ml Natriumthiosulfat 1 mg/l des Gehalts an gelöstem Sauerstoff.
Anwendungen der Winkler-Methode
Die Untersuchung des Sauerstoffgehalts des Wassers in Seen und Flüssen gibt Aufschluss über das aquatische Ökosystem. Wenn der Sauerstoffgehalt hoch ist, kann das Wasser eine Vielzahl von Wasserlebewesen wie Fische, Pflanzen und Mikroorganismen unterstützen. Bei niedrigem Sauerstoffgehalt der Wasserprobe kann die Ursache untersucht und eventuell Lösungen gefunden werden. Typische Ursachen für einen niedrigen Sauerstoffgehalt sind zerfallende Stoffe, das Vorhandensein von Schadstoffen oder mangelnde Belüftung durch mangelnde Bewegung des Wassers.
Während automatisierte Methoden verwendet werden können, kann die manuelle Winkler-Methode einfach im Feld mit speziellen Sauerstoff-Testkits durchgeführt werden und erfordert keinen Strom oder andere Laborgeräte.