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Gelöster Sauerstoff ist für die Ökosysteme von Flüssen und Seen von entscheidender Bedeutung, um aerobes Leben zu unterstützen. Die Azid-Winkler-Titrationsmethode ermöglicht die Quantifizierung der Menge an gelöstem Sauerstoff in Oberflächenwasserproben.
Der im Oberflächenwasser gelöste gasförmige Sauerstoff ist für das Überleben der darin lebenden Organismen erforderlich. Zersetzer, die für das Recycling von biogeochemischen Materialien im Ökosystem entscheidend sind, oder Fischarten, die für den menschlichen Verzehr bevorzugt werden. Wenn der Sauerstoffgehalt in Wassersystemen unter den Normalwert fällt, wird die Wasserqualität beeinträchtigt und die Organismen beginnen abzusterben.
Die Azid-Winkler-Titrationsmethode ist ein Standardtest zur Bestimmung der Konzentration von gelöstem Sauerstoff in einer Probe. Natriumthiosulfat wird zur Titration von Jod verwendet, das stochiometrisch mit der Menge an gelöstem Sauerstoff in der Probe zusammenhängt.
In diesem Video werden die Prinzipien der Quantifizierung von gelöstem Sauerstoff, der Prozess der Durchführung der Azid-Winker-Titration und die Interpretation von Messungen des gelösten Sauerstoffs veranschaulicht.
Eutrophierung ist die Einbringung von überschüssigen Nährstoffen in ein Ökosystem. Dies führt dazu, dass Algenpopulationen schnell zu dichten Matten heranwachsen, die als Algenblüten bezeichnet werden. Diese Matten können zu Hypoxie oder niedrigem Sauerstoffgehalt führen, indem sie den Gasaustausch an der Oberfläche blockieren, und die Photosynthese verhindern, indem sie das Sonnenlicht blockieren. Sauerstoff atmende Organismen beginnen zu sterben, was zu einer Zunahme von organischer Substanz führt, was wiederum zu einer Zunahme von sauerstoffabhängigen Zersetzern führt, wodurch die Sauerstoffressourcen noch weiter erschöpft werden. Schließlich entfernen sich mobile, sauerstoffabhängige Organismen und hinterlassen eine tote Zone ohne aerobes Leben.
Um den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in einer Wasserquelle zu testen, kann die Azide-Winkler-Methode verwendet werden, um gelösten Sauerstoff direkt im Feld zu messen, oder Proben können fixiert und zur weiteren Analyse ins Labor gebracht werden.
Mangansulfat und Kaliumhydroxid werden der Probe zugesetzt, wodurch Manganhydroxid entsteht. Dadurch wird der gelöste Sauerstoff reduziert, wodurch ein brauner Niederschlag entsteht. Ein alkalisches Iodid-Azid-Reagenz wird zugesetzt, um das Vorhandensein von Nitraten in Abwasserproben zu korrigieren, die den Oxidationsprozess beeinträchtigen können.
Zugesetzte Schwefelsäure säuert die Lösung an und löst den Niederschlag. Diese neue Verbindung oxidiert das Iodid aus dem alkalischen Jod-Azid-Reagenz zu Jod.
Als nächstes wird ein Stärkeindikator hinzugefügt, der in Gegenwart von Jod blau wird. Thiosulfat, das Jod wieder in Jodid umwandelt, wird zur Titration des Jods verwendet. Wenn die Titration abgeschlossen ist, wird die blaue Lösung farblos. Die Menge an gelöstem Sauerstoff in der Probe ist proportional zu der Menge an Thiosulfat, die erforderlich ist, um die Lösung von blau zu farblos zu machen.
Nachdem wir nun mit den Prinzipien vertraut sind, die hinter der Messung von gelöstem Sauerstoff in Wasserproben stehen, werfen wir einen Blick darauf, wie dies im Feld und im Labor durchgeführt wird.
Das Experiment beginnt an der Sammelstelle. Sammeln Sie zunächst das Probenwasser in einer durchsichtigen 300-ml-BSB-Flasche. Messen und notieren Sie als Nächstes die Temperatur des Wassers aus der Wasserquelle. Geben Sie vorsichtig 2 ml Mangansulfat in die Probe, indem Sie die Pipettenspitze unter die Wasseroberfläche einführen und langsam abgeben, um Blasenbildung zu vermeiden.
Fügen Sie mit der gleichen Technik 2 ml alkalisches Jod-Azid-Reagenz hinzu und setzen Sie sofort den Stopfen ein, indem Sie die Flasche leicht kippen, damit keine Luft in der Flasche eingeschlossen wird.
Mehrmals vorsichtig umdrehen, um die Lösung zu mischen, dabei darauf achten, dass keine Luftblasen entstehen. Es bildet sich ein Niederschlag, der ein trübes Aussehen verursacht. Lassen Sie den Niederschlag in der Lösung absetzen und mischen Sie dann gründlich, indem Sie die Flasche mehrmals umdrehen, bevor Sie sie wieder absetzen lassen. Die Proben sollten mit einer kleinen Menge deionisiertem Wasser versiegelt werden, das um den Stopfen gespritzt wird, dann in Aluminiumfolie eingewickelt und mit einem Gummiband gesichert werden. Die Probe ist nun fixiert und kann zurück ins Labor transportiert werden.
Sobald die Proben fixiert sind, werden sie zur weiteren Analyse ins Labor transportiert. Halten Sie zunächst die Pipettenspitze knapp über die Probenoberfläche und geben Sie 2 ml konzentrierte Schwefelsäure in die Probe. Mehrmals invertieren, um den Niederschlag aufzulösen. Titrieren Sie mit einem Glaskolben und einer kalibrierten Pipette 200 ml des vorbehandelten Probenwassers mit 0,025 N standardisiertem Natriumthiosulfat, schwenken und mischen Sie kontinuierlich, bis sich eine blasse Strohfarbe bildet.
Sobald die Lösung strohfarben ist, fügen Sie 2 1-ml-Tröpfchen Stärkeindikatorlösung hinzu und schwenken Sie sie, um sie zu mischen. Die Lösung wird blau. Setzen Sie die Titration fort, fügen Sie jeweils einen Tropfen Natriumthiosulfat hinzu und mischen Sie langsam mit einem Rührstab, bis sich das Blau auflöst und die Lösung farblos wird. Halten Sie die Probe gegen ein weißes Blatt Papier, um die Visualisierung zu verbessern. Notieren Sie die Menge des zugesetzten Thiosulfats.
Die Konzentration des gelösten Sauerstoffs ist proportional zum Volumen des Natriumthiosulfats, das der Probe zugesetzt wird. Jeder hinzugefügte Milliliter entspricht 1 mg/l oder parts per million gelöstem Sauerstoff.
Die maximale Menge an Sauerstoff, die im Wasser gelöst werden kann, variiert je nach Wassertemperatur. Die Messungen des gelösten Sauerstoffs in mg/L werden unter Verwendung der Wassertemperatur und einer Umrechnungstabelle in die prozentuale Sättigung umgerechnet. Die Sättigung von 91 bis 110 % gelöstem Sauerstoff gilt als ausgezeichnet; Zwischen 71 und 90 % ist gut, 51-70 % ist fair und unter 50 % ist schlecht.
Ein Gehalt an gelöstem Sauerstoff von 6 mg/l ist ausreichend, um die meisten Wasserlebewesen zu versorgen. Werte unter 4 mg/l sind für die meisten Wassertiere stressig, so dass die Artenvielfalt beeinträchtigt wird. Wasser, das weniger als 2 mg/l gelösten Sauerstoff enthält, unterstützt keine aeroben Wasserlebewesen.
Die Möglichkeit, die Menge an gelöstem Sauerstoff in einer Wasserquelle zu quantifizieren, bietet auch alternative Methoden und viele relevante praktische Anwendungen. Einige davon werden hier untersucht.
Gelöster Sauerstoff und Temperatur können auch mit einem tragbaren LabQuest-Monitor mit Sonden für gelösten Sauerstoff und Temperatur gemessen werden. Für gelösten Sauerstoff schließen Sie die Sonde an Kanal 1 an. Die Einheiten sollten in mg/l angegeben werden. Tauchen Sie die Sonde in die Wasserprobe ein und zirkulieren Sie die Sonde langsam durch die Probe, um den Sauerstoffverbrauch in einem bestimmten Bereich zu vermeiden. Wenn sich die Messwerte zu stabilisieren scheinen, notieren Sie den Wert.
Die meisten Fische benötigen einen moderaten bis guten Gehalt an gelöstem Sauerstoff in ihren Lebensräumen, um zu gedeihen und sich fortzupflanzen. Für Fischfarmen, die künstlich angelegte oder natürliche Seen oder Bäche besetzen können, kann die Möglichkeit, den Gehalt an gelöstem Sauerstoff zu testen, den Farmmanagern helfen, einen guten Standort für die Ersteinrichtung zu wählen oder den Zustand ihrer Tümpel oder Bäche im Auge zu behalten.
Die Überwachung von gelöstem Sauerstoff kann auch für das Management und die Erhaltung von Lebensräumen nützlich sein. Wenn es in einer See- oder Flussregion eine geschützte oder gefährdete Flora oder Fauna gibt, kann die Überwachung des Gehalts an gelöstem Sauerstoff einen Hinweis auf die Gesundheit des Ökosystems geben. Wenn sich die Werte rasch ändern, könnte dies auf eine Gefahr für die geschützten Arten hindeuten und darauf hindeuten, dass eine Interventionsstrategie für das Management umgesetzt werden sollte.
Die US-Umweltschutzbehörde EPA schlägt eine Reihe von Maßnahmen vor, um den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in Ökosystemen zu korrigieren. Dazu gehören der korrekte und minimale Einsatz von Düngemitteln, die ordnungsgemäße Abwasserbehandlung, der Verzicht auf das Einleiten von Abwässern von Booten und der Erhalt angrenzender Flüsse, Bäche und Feuchtgebiete. Die Reduzierung von Stickoxiden durch die Minimierung des Strom- und Autoverbrauchs und die Wahl effizienterer Bootsmotoren kann ebenfalls dazu beitragen, einen angemessenen Gehalt an gelöstem Sauerstoff in den Wasserressourcen aufrechtzuerhalten.
Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die Messung von gelöstem Sauerstoff in Oberflächengewässern gesehen. Sie sollten nun die Prinzipien hinter der Messung von gelöstem Sauerstoff verstehen, wie Sie den gelösten Sauerstoff in Ihren eigenen Wasserproben quantifizieren und wie Sie Ihre Ergebnisse und deren Auswirkungen auf die Umwelt interpretieren können. Danke fürs Zuschauen!
