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Sauerstoff-Messung

Grundlagen der Gelöst-Sauerstoffmessung – elektrochemisch und optisch

Sauerstoff messen - WTW
Sauerstoff messen - WTW

Der gelöste Sauerstoff

In praktisch jeder Flüssigkeit ist mehr oder weniger Sauerstoff gelöst. Jede Flüssigkeit nimmt soviel Sauerstoff auf, bis der Sauerstoffpartialdruck in der Flüssigkeit und der mit ihr im Kontakt stehenden Luft bzw. Gasphase im Gleichgewicht ist. Die aktuelle Sauerstoffkonzentration hängt darüber hinaus von einer Anzahl von Faktoren ab, wie der Temperatur, dem Luftdruck, einem durch mikrobiologische Abbauprozesse bedingten Sauerstoffverbrauch oder einer Sauerstoffproduktion z. B. durch Algen.

Zum Beispiel enthält Wasser bei einer Temperatur von 20 °C und einem Luftdruck von 1013 mbar im gesättigten Zustand etwa 9 mg/l Sauerstoff. In Ethanol können es 40 mg/l sein oder in Glycerin auch nur 2 mg/l. In allen drei Fällen wird eine Sauerstoffsättigung von 100% gemessen.

Die Sauerstoffkonzentration entscheidet z. B. über

• die Lebensbedingungen für Fische und Kleinstlebewesen in den Gewässern

• Abbauprozesse bei der Abwasserreinigung

• Korrosionsprozesse in Rohrleitungen

• Haltbarkeit von Getränken

Die Messung des Sauerstoffs - also der Sauerstoffkonzentration - erfolgte früher über eine Titration nach WINKLER. Heute ist die elektrochemische Messung das von den verschiedenen Normen anerkannte Verfahren. Zusätzlich hat in den letzten Jahren die optische Messung des gelösten Sauerstoffs zunehmend an Bedeutung gewonnen. Für beide Verfahren verwendet man jeweils einen Sensor und ein Messgerät.

Ein elektrochemischer Sauerstoffsensor enthält im einfachsten Fall eine Arbeitselektrode und eine Gegenelektrode, die über eine gasdurchlässige Membran von der Probe getrennt sind. Durch eine elektrochemische Reaktion fließt im Sensor ein Strom von der Gegenelektrode zur Arbeitselektrode. Je mehr Sauerstoff in der Messlösung ist, desto größer ist das Stromsignal. Daraus berechnet das Sauerstoffmessgerät mit Hilfe einer Löslichkeitsfunktion die Sauerstoffkonzentration.

Bei der optischen Messung laufen keine chemischen Reaktionen ab. Stattdessen wird ein spezieller Farbstoff in der Mess-Membrane durch Licht zur Fluoreszenz angeregt. In Anwesenheit von Sauerstoff wird diese Fluoreszenz in charakteristischer Weise verändert („Quenching“), dieser Effekt wird zur quantitativen Bestimmung herangezogen. Der große Vorteil dieses Verfahrens ist der extrem geringe Wartungsbedarf. Seit Dezember 2014 ist dieses Verfahren auch in der DIN ISO 17289:2014‐12 verankert.

Sauerstoffkonzentration [mg/l] in Abhängigkeit von Temperatur und Luftdruck (bei 100% Sättigung)
WTW Sauerstoff messen

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