Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Fakultät Life Science Entwicklung und Validierung einer Methode im Spurenbereich zur Bestimmung von Bromat im Ballastwasser bzw. Meerwasser Bachelor-Thesis im Studiengang Biotechnologie vorgelegt von Linda Arifou Matrikelnummer 1960147 Hamburg am 20. September 2012 Gutachter: Prof. Dr. Gesine Witt (HAW Hamburg) Gutachter: Dr. Sieglinde Weigelt-Krenz (BSH) Die Abschlussarbeit wurde betreut und erstellt im Laboratorium Sülldorf des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie.
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Entwicklung und Validierung einer Methode im Spurenbereich ...edoc.sub.uni-hamburg.de/haw/volltexte/2013/1991/pdf/lsab13_24_BA... · wie z.B. Bromat, muss sowohl das Ballastwasser
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Entwicklung und Validierung einer Methode im Spurenbereich zur
Bestimmung von Bromat im Ballastwasser bzw Meerwasser
Bachelor-Thesis
im Studiengang Biotechnologie
vorgelegt von
Linda Arifou
Matrikelnummer 1960147
Hamburg
am 20 September 2012
Gutachter Prof Dr Gesine Witt (HAW Hamburg)
Gutachter Dr Sieglinde Weigelt-Krenz (BSH)
Die Abschlussarbeit wurde betreut und erstellt im Laboratorium Suumllldorf des
Bundesamtes fuumlr Seeschifffahrt und Hydrographie
II
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Theoretische Grundlagen 2
21 Die Entstehung von Bromat 2
22 Ionenchromatographie 3
221 Entstehung der Chromatographie sowie der Ionenchromatographie 3 222 Anwendungsbereich und Einteilung der Ionenchromatographie 4 223 Trennmechanismen der Ionenchromatographie 5 224 Theorie des chromatographischen Prozesses 7 225 Detektionsmoumlglichkeiten in der Ionenchromatographie 8 226 Nachweis von Bromat mittels Triiodid-Methode 9
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion 24
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat 24 412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser 25 413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser 26
III
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser 27 415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser 28
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen 28
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung 29
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode 30
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat 31 432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser 31 433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat 32 434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm 33 435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten 34 436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten 35 437 Kalibrierung 37 438 Messparameter zur Analytik von Bromat in Meer- und Ballastwasser 39
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse 40
51 Messung von Elbe-Proben 40
52 Messung von Ballastwasser-Proben 41
53 Messung von Meerwasser-Proben 44
6 Zusammenfassung 49
7 Literaturverzeichnis 50
8 Anhang 53
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung 53
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413 53 812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413 54 813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414 55 814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432 55 814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436 57 815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436 58 815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437 59 816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52 60 817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52 60
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser 61
IV
Abkuumlrzungsverzeichnis
AWZ Ausschlieszligliche Wirtschaftszone
cfu Colony forming unit
IEXC Ion Exchange Chromatography
IPC Ion Pair Chromatography
HPLC High Performance Liquid Chromatography
IC Ionenchromatographie
kE Kein Ergebnis
k M Keine Messung
Ggl Gesamtgleichung
LNSW Low Nutrient Seawater
meq Milliaumlquivalent
MW Mittelwert
NWG Nachweisgrenze
nn Nicht nachweisbar
pa pro analysi
PEEK Polyether-Etherketon
RP18 Reversed Phase 18
SEC Size Exclusion Chromatography
TrinkwV Trinkwasserverordnung
US-EPA United States Environmental Protection Agency
UV Ultraviolett
Vis Visuell
V
Abbildungsverzeichnis
Abb 1 Anwendungsmoumlglichkeiten der Ionenchromatographie 4 Abb 2 Darstellung des Trennvermoumlgens in der Chromatographie 7 Abb 3 Technische Umsetzung der Nachsaumlulenderivatisierung 10 Abb 4 Ablassen von Ballastwasser auf offener See 11 Abb 5 Kuumlstennahe Stationen der AWZ 21 Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz 21 Abb 7 Retentionszeit des Bromats 24 Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser 25 Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser 25 Abb 10 Darstellung unterschiedlicher Bromatkonzentrationen 26 Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser 29 Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser und Bromat 29 Abb 13 Spektrum von Bromat 32 Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen 33 Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen 33 Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen 33 Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen 33 Abb 18 Bromat in Meerwasser bei 352 nm und 05 mLmin-1 35 Abb 19 Bromat in Meerwasser bei 352 nm und 07 mLmin-1 35 Abb 20 Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin-1 35 Abb 21 Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 07 mLmin-1 35 Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt 36 Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade 38 Abb 24 Elbewaser vom 25072012 40 Abb 25 Elbewasser vom 28082012 40 Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage 41 Abb 27 Verteilung der Wassertemperatur in der Nordsee 44 Abb 28 Chromatogramm von Probe 26 der Station HELGO Messung 2 47 Abb 29 Chromatogramm von Probe 26 der Station HELGO Messung 1 47
Tabellenverzeichnis
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme 13 Tab 2 Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo 13 Tab 3 Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie 18 Tab 4 Die Vorsaumlule Metrosep RP Guard 18 Tab 5 Die Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 19 Tab 6 Die Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC 20 Tab 7 Triiodid-Methode laut Applikation Nr U-49 30 Tab 8 Signal-Rausch-Verhaumlltnisse 38 Tab 9 Triiodid-Methode fuumlr die Messung von Bromat im Meerwasser 39 Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage 41 Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben 42 Tab 12 Uumlberblick der zu untersuchenden Meerwasser-Proben 45
Einleitung
1
1 Einleitung
Die Bestimmung von Bromat in Trinkwasser ist heute in vielen Laboren
Standard Seit Einfuumlhrung eines Grenzwertes fuumlr Bromat mussten jedoch
empfindlichere Nachweismethoden fuumlr Bromat entwickelt werden Die meisten
heute bestehenden Bromatanalysenverfahren sind nur auf Trinkwasser
anwendbar
Meine Aufgabenstellung besteht darin Bromat im Meerwasser ebenfalls im
Spurenbereich nachzuweisen Meerwasser beinhaltet im Gegensatz zu
Trinkwasser einen sehr hohen Salzgehalt der waumlhrend der Analytik stoumlrt Doch
warum muss Bromat uumlberhaupt im Meerwasser bestimmt werden Weltweit
benutzen Schiffe Ballastwasser zur Stabilisierung Durch Ballastwasser werden
Mikroorganismen und Kleintiere in fremde Oumlkosysteme verschleppt Um diese
Verschleppung zu verhindern werden Ballastwasser-Behandlungsanlagen
unterschiedlichster Arten entwickelt Diese Verfahren muumlssen vom Bundesamt
fuumlr Seeschifffahrt und Hydrographie genehmigt werden um auf Schiffen
eingesetzt zu werden Die Verfahren basieren auf verschiedenen
Aufarbeitungstechniken sowohl physikalischer als auch chemischer Art Da bei
der Behandlung von Meerwasser toxische Nebenprodukte entstehen koumlnnen
wie zB Bromat muss sowohl das Ballastwasser als auch das Meerwasser auf
Bromat analysiert werden
Theoretische Grundlagen
2
2 Theoretische Grundlagen
21 Die Entstehung von Bromat
Die am haumlufigsten vorkommende Bromverbindung im Meerwasser ist das
Bromid das zu 0008 enthalten ist [1] Die Konzentration an Bromid im
Meerwasser betraumlgt 0067 gmiddotL-1 und ist zu 019 am Salzgehalt (35permil) beteiligt
[2] Von Meerwasser wird gesprochen wenn der Salzgehalt zwischen 30permil und
40permil liegt
Bromat ist eine Substanz die unter Verdacht steht kanzerogen zu sein Laut
Trinkwasserverordnung 2001 besitzt Bromat einen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 [3]
Die TrinkwV von 1990 sah fuumlr Bromat noch keinen Grenzwert vor Bromat
wurde erstmals 2001 in die TrinkwV aufgenommen [4] Zur Uumlbergangsloumlsung
wurde vom 01012003 bis zum 31122007 ein Grenzwert von 25 microgmiddotL-1
vorgesehen [5] Ab dem 01012008 gilt der Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 [5] Die
ISO 150612001 sieht die Bestimmung von Bromat in Trinkwasser mit der
Ionenchromatographie und dem Leitfaumlhigkeitsdetektor vor [6] Der
Anwendungsbereich erstreckt sich von Trinkwasser Rohwasser
Oberflaumlchenwasser teilweise behandeltes Wasser sowie Badewasser Eine
neue Norm ISO 11206 uumlber die Bestimmung von Bromat mittels
Nachsaumlulenderivatisierung ist in Vorbereitung [7]
Bei der Behandlung von Ballastwasser in entsprechenden Ballastwasser-
Behandlungsanlagen kann Bromat als Nebenprodukt entstehen Ein Beispiel fuumlr
eine Behandlungsmethode ist die Ozonung Die Parameter wie die Bromid-
konzentration die Ozondosis und Ozonungszeit sowie Wassertemperatur und
pH-Wert haben einen entscheidenden Anteil daran ob und wie viel Bromat
entsteht Theoretisch koumlnnte eine Bromatkonzentration von 0107 gmiddotL-1 im
Ballastwasser entstehen sobald es sich um Meerwasser handelt Wird diese
Konzentration mit den Ballastwasservolumina (vgl Abs 31) verrechnet
bekommt man eine Vorstellung wie viel Bromat in einem Tank entstehen
koumlnnte Fuumlr einen einzigen Tank mit einem Volumen von 1200 m3 koumlnnten
Theoretische Grundlagen
3
theoretisch 1284 kg Bromat entstehen wenn Bromid zu 100 zu Bromat
umgesetzt wird
22 Ionenchromatographie
Weisen zwei Substanzen unterschiedliche Wechselwirkungen mit einem
Material auf so koumlnnen sie voneinander getrennt werden Das Material das in
der Chromatographie Einsatz findet ist die mobile Phase sowie die stationaumlre
Phase Da sich unterschiedliche Substanzen in ihrer chemischen
Zusammensetzung unterscheiden haben sie spezifische Wechselwirkungen
mit der mobilen und stationaumlren Phase und koumlnnen voneinander getrennt
werden Auch aumlhnliche Substanzen also Stoffklassen die aumlhnliche
Wechselwirkungen aufzeigen koumlnnen durch ausgefeilte Methoden in der
Chromatographie getrennt werden Ein groszliger Vorteil der Chromatographie ist
nicht nur Substanzen qualitativ zu erfassen sondern auch gleichzeitig zu
quantifizieren
221 Entstehung der Chromatographie sowie der Ionenchromatographie
Die Grundlagen der Chromatographie gehen in das Jahr 1903 zuruumlck zu dieser
Zeit gelang es MS Tswett Blattpigmente zu trennen [9] Der Grundstein fuumlr die
Chromatographie war gelegt In den darauffolgenden Jahrzehnten folgten viele
weitere Entdeckungen wie zB Duumlnnschichtchromatographie durch Izmailov
und Schraiber im Jahre 1938 [9] Im Jahr 1958 entwickelte Stahl die
Duumlnnschichtchromatographie weiter so wie sie noch heute weltweit
angewendet wird [9] Die ersten gaschromatographischen Trennungen wurden
von Martin und James im Jahr 1952 publiziert [9] Erst uumlber 70 Jahre spaumlter
wurde die Ionenchromatographie entwickelt Im Jahre 1975 publizierten Small
Stevens und Baumann diese Methode zur Trennung von anorganischen Ionen
[9] Seit 1975 entwickelte sich die Ionenchromatographie rasant weiter und
besitzt inzwischen ein breites Anwendungsspektrum (s Abb 1) Der Erfolg der
Trennung mittels Chromatographie ist besonders auf die stetige Verbesserung
und Entwicklung der Trennsaumlulen zuruumlckzufuumlhren
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
II
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Theoretische Grundlagen 2
21 Die Entstehung von Bromat 2
22 Ionenchromatographie 3
221 Entstehung der Chromatographie sowie der Ionenchromatographie 3 222 Anwendungsbereich und Einteilung der Ionenchromatographie 4 223 Trennmechanismen der Ionenchromatographie 5 224 Theorie des chromatographischen Prozesses 7 225 Detektionsmoumlglichkeiten in der Ionenchromatographie 8 226 Nachweis von Bromat mittels Triiodid-Methode 9
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion 24
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat 24 412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser 25 413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser 26
III
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser 27 415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser 28
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen 28
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung 29
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode 30
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat 31 432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser 31 433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat 32 434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm 33 435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten 34 436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten 35 437 Kalibrierung 37 438 Messparameter zur Analytik von Bromat in Meer- und Ballastwasser 39
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse 40
51 Messung von Elbe-Proben 40
52 Messung von Ballastwasser-Proben 41
53 Messung von Meerwasser-Proben 44
6 Zusammenfassung 49
7 Literaturverzeichnis 50
8 Anhang 53
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung 53
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413 53 812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413 54 813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414 55 814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432 55 814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436 57 815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436 58 815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437 59 816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52 60 817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52 60
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser 61
IV
Abkuumlrzungsverzeichnis
AWZ Ausschlieszligliche Wirtschaftszone
cfu Colony forming unit
IEXC Ion Exchange Chromatography
IPC Ion Pair Chromatography
HPLC High Performance Liquid Chromatography
IC Ionenchromatographie
kE Kein Ergebnis
k M Keine Messung
Ggl Gesamtgleichung
LNSW Low Nutrient Seawater
meq Milliaumlquivalent
MW Mittelwert
NWG Nachweisgrenze
nn Nicht nachweisbar
pa pro analysi
PEEK Polyether-Etherketon
RP18 Reversed Phase 18
SEC Size Exclusion Chromatography
TrinkwV Trinkwasserverordnung
US-EPA United States Environmental Protection Agency
UV Ultraviolett
Vis Visuell
V
Abbildungsverzeichnis
Abb 1 Anwendungsmoumlglichkeiten der Ionenchromatographie 4 Abb 2 Darstellung des Trennvermoumlgens in der Chromatographie 7 Abb 3 Technische Umsetzung der Nachsaumlulenderivatisierung 10 Abb 4 Ablassen von Ballastwasser auf offener See 11 Abb 5 Kuumlstennahe Stationen der AWZ 21 Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz 21 Abb 7 Retentionszeit des Bromats 24 Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser 25 Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser 25 Abb 10 Darstellung unterschiedlicher Bromatkonzentrationen 26 Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser 29 Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser und Bromat 29 Abb 13 Spektrum von Bromat 32 Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen 33 Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen 33 Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen 33 Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen 33 Abb 18 Bromat in Meerwasser bei 352 nm und 05 mLmin-1 35 Abb 19 Bromat in Meerwasser bei 352 nm und 07 mLmin-1 35 Abb 20 Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin-1 35 Abb 21 Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 07 mLmin-1 35 Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt 36 Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade 38 Abb 24 Elbewaser vom 25072012 40 Abb 25 Elbewasser vom 28082012 40 Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage 41 Abb 27 Verteilung der Wassertemperatur in der Nordsee 44 Abb 28 Chromatogramm von Probe 26 der Station HELGO Messung 2 47 Abb 29 Chromatogramm von Probe 26 der Station HELGO Messung 1 47
Tabellenverzeichnis
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme 13 Tab 2 Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo 13 Tab 3 Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie 18 Tab 4 Die Vorsaumlule Metrosep RP Guard 18 Tab 5 Die Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 19 Tab 6 Die Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC 20 Tab 7 Triiodid-Methode laut Applikation Nr U-49 30 Tab 8 Signal-Rausch-Verhaumlltnisse 38 Tab 9 Triiodid-Methode fuumlr die Messung von Bromat im Meerwasser 39 Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage 41 Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben 42 Tab 12 Uumlberblick der zu untersuchenden Meerwasser-Proben 45
Einleitung
1
1 Einleitung
Die Bestimmung von Bromat in Trinkwasser ist heute in vielen Laboren
Standard Seit Einfuumlhrung eines Grenzwertes fuumlr Bromat mussten jedoch
empfindlichere Nachweismethoden fuumlr Bromat entwickelt werden Die meisten
heute bestehenden Bromatanalysenverfahren sind nur auf Trinkwasser
anwendbar
Meine Aufgabenstellung besteht darin Bromat im Meerwasser ebenfalls im
Spurenbereich nachzuweisen Meerwasser beinhaltet im Gegensatz zu
Trinkwasser einen sehr hohen Salzgehalt der waumlhrend der Analytik stoumlrt Doch
warum muss Bromat uumlberhaupt im Meerwasser bestimmt werden Weltweit
benutzen Schiffe Ballastwasser zur Stabilisierung Durch Ballastwasser werden
Mikroorganismen und Kleintiere in fremde Oumlkosysteme verschleppt Um diese
Verschleppung zu verhindern werden Ballastwasser-Behandlungsanlagen
unterschiedlichster Arten entwickelt Diese Verfahren muumlssen vom Bundesamt
fuumlr Seeschifffahrt und Hydrographie genehmigt werden um auf Schiffen
eingesetzt zu werden Die Verfahren basieren auf verschiedenen
Aufarbeitungstechniken sowohl physikalischer als auch chemischer Art Da bei
der Behandlung von Meerwasser toxische Nebenprodukte entstehen koumlnnen
wie zB Bromat muss sowohl das Ballastwasser als auch das Meerwasser auf
Bromat analysiert werden
Theoretische Grundlagen
2
2 Theoretische Grundlagen
21 Die Entstehung von Bromat
Die am haumlufigsten vorkommende Bromverbindung im Meerwasser ist das
Bromid das zu 0008 enthalten ist [1] Die Konzentration an Bromid im
Meerwasser betraumlgt 0067 gmiddotL-1 und ist zu 019 am Salzgehalt (35permil) beteiligt
[2] Von Meerwasser wird gesprochen wenn der Salzgehalt zwischen 30permil und
40permil liegt
Bromat ist eine Substanz die unter Verdacht steht kanzerogen zu sein Laut
Trinkwasserverordnung 2001 besitzt Bromat einen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 [3]
Die TrinkwV von 1990 sah fuumlr Bromat noch keinen Grenzwert vor Bromat
wurde erstmals 2001 in die TrinkwV aufgenommen [4] Zur Uumlbergangsloumlsung
wurde vom 01012003 bis zum 31122007 ein Grenzwert von 25 microgmiddotL-1
vorgesehen [5] Ab dem 01012008 gilt der Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 [5] Die
ISO 150612001 sieht die Bestimmung von Bromat in Trinkwasser mit der
Ionenchromatographie und dem Leitfaumlhigkeitsdetektor vor [6] Der
Anwendungsbereich erstreckt sich von Trinkwasser Rohwasser
Oberflaumlchenwasser teilweise behandeltes Wasser sowie Badewasser Eine
neue Norm ISO 11206 uumlber die Bestimmung von Bromat mittels
Nachsaumlulenderivatisierung ist in Vorbereitung [7]
Bei der Behandlung von Ballastwasser in entsprechenden Ballastwasser-
Behandlungsanlagen kann Bromat als Nebenprodukt entstehen Ein Beispiel fuumlr
eine Behandlungsmethode ist die Ozonung Die Parameter wie die Bromid-
konzentration die Ozondosis und Ozonungszeit sowie Wassertemperatur und
pH-Wert haben einen entscheidenden Anteil daran ob und wie viel Bromat
entsteht Theoretisch koumlnnte eine Bromatkonzentration von 0107 gmiddotL-1 im
Ballastwasser entstehen sobald es sich um Meerwasser handelt Wird diese
Konzentration mit den Ballastwasservolumina (vgl Abs 31) verrechnet
bekommt man eine Vorstellung wie viel Bromat in einem Tank entstehen
koumlnnte Fuumlr einen einzigen Tank mit einem Volumen von 1200 m3 koumlnnten
Theoretische Grundlagen
3
theoretisch 1284 kg Bromat entstehen wenn Bromid zu 100 zu Bromat
umgesetzt wird
22 Ionenchromatographie
Weisen zwei Substanzen unterschiedliche Wechselwirkungen mit einem
Material auf so koumlnnen sie voneinander getrennt werden Das Material das in
der Chromatographie Einsatz findet ist die mobile Phase sowie die stationaumlre
Phase Da sich unterschiedliche Substanzen in ihrer chemischen
Zusammensetzung unterscheiden haben sie spezifische Wechselwirkungen
mit der mobilen und stationaumlren Phase und koumlnnen voneinander getrennt
werden Auch aumlhnliche Substanzen also Stoffklassen die aumlhnliche
Wechselwirkungen aufzeigen koumlnnen durch ausgefeilte Methoden in der
Chromatographie getrennt werden Ein groszliger Vorteil der Chromatographie ist
nicht nur Substanzen qualitativ zu erfassen sondern auch gleichzeitig zu
quantifizieren
221 Entstehung der Chromatographie sowie der Ionenchromatographie
Die Grundlagen der Chromatographie gehen in das Jahr 1903 zuruumlck zu dieser
Zeit gelang es MS Tswett Blattpigmente zu trennen [9] Der Grundstein fuumlr die
Chromatographie war gelegt In den darauffolgenden Jahrzehnten folgten viele
weitere Entdeckungen wie zB Duumlnnschichtchromatographie durch Izmailov
und Schraiber im Jahre 1938 [9] Im Jahr 1958 entwickelte Stahl die
Duumlnnschichtchromatographie weiter so wie sie noch heute weltweit
angewendet wird [9] Die ersten gaschromatographischen Trennungen wurden
von Martin und James im Jahr 1952 publiziert [9] Erst uumlber 70 Jahre spaumlter
wurde die Ionenchromatographie entwickelt Im Jahre 1975 publizierten Small
Stevens und Baumann diese Methode zur Trennung von anorganischen Ionen
[9] Seit 1975 entwickelte sich die Ionenchromatographie rasant weiter und
besitzt inzwischen ein breites Anwendungsspektrum (s Abb 1) Der Erfolg der
Trennung mittels Chromatographie ist besonders auf die stetige Verbesserung
und Entwicklung der Trennsaumlulen zuruumlckzufuumlhren
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
III
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser 27 415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser 28
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen 28
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung 29
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode 30
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat 31 432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser 31 433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat 32 434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm 33 435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten 34 436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten 35 437 Kalibrierung 37 438 Messparameter zur Analytik von Bromat in Meer- und Ballastwasser 39
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse 40
51 Messung von Elbe-Proben 40
52 Messung von Ballastwasser-Proben 41
53 Messung von Meerwasser-Proben 44
6 Zusammenfassung 49
7 Literaturverzeichnis 50
8 Anhang 53
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung 53
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413 53 812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413 54 813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414 55 814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432 55 814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436 57 815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436 58 815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437 59 816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52 60 817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52 60
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser 61
IV
Abkuumlrzungsverzeichnis
AWZ Ausschlieszligliche Wirtschaftszone
cfu Colony forming unit
IEXC Ion Exchange Chromatography
IPC Ion Pair Chromatography
HPLC High Performance Liquid Chromatography
IC Ionenchromatographie
kE Kein Ergebnis
k M Keine Messung
Ggl Gesamtgleichung
LNSW Low Nutrient Seawater
meq Milliaumlquivalent
MW Mittelwert
NWG Nachweisgrenze
nn Nicht nachweisbar
pa pro analysi
PEEK Polyether-Etherketon
RP18 Reversed Phase 18
SEC Size Exclusion Chromatography
TrinkwV Trinkwasserverordnung
US-EPA United States Environmental Protection Agency
UV Ultraviolett
Vis Visuell
V
Abbildungsverzeichnis
Abb 1 Anwendungsmoumlglichkeiten der Ionenchromatographie 4 Abb 2 Darstellung des Trennvermoumlgens in der Chromatographie 7 Abb 3 Technische Umsetzung der Nachsaumlulenderivatisierung 10 Abb 4 Ablassen von Ballastwasser auf offener See 11 Abb 5 Kuumlstennahe Stationen der AWZ 21 Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz 21 Abb 7 Retentionszeit des Bromats 24 Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser 25 Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser 25 Abb 10 Darstellung unterschiedlicher Bromatkonzentrationen 26 Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser 29 Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser und Bromat 29 Abb 13 Spektrum von Bromat 32 Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen 33 Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen 33 Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen 33 Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen 33 Abb 18 Bromat in Meerwasser bei 352 nm und 05 mLmin-1 35 Abb 19 Bromat in Meerwasser bei 352 nm und 07 mLmin-1 35 Abb 20 Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin-1 35 Abb 21 Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 07 mLmin-1 35 Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt 36 Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade 38 Abb 24 Elbewaser vom 25072012 40 Abb 25 Elbewasser vom 28082012 40 Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage 41 Abb 27 Verteilung der Wassertemperatur in der Nordsee 44 Abb 28 Chromatogramm von Probe 26 der Station HELGO Messung 2 47 Abb 29 Chromatogramm von Probe 26 der Station HELGO Messung 1 47
Tabellenverzeichnis
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme 13 Tab 2 Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo 13 Tab 3 Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie 18 Tab 4 Die Vorsaumlule Metrosep RP Guard 18 Tab 5 Die Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 19 Tab 6 Die Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC 20 Tab 7 Triiodid-Methode laut Applikation Nr U-49 30 Tab 8 Signal-Rausch-Verhaumlltnisse 38 Tab 9 Triiodid-Methode fuumlr die Messung von Bromat im Meerwasser 39 Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage 41 Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben 42 Tab 12 Uumlberblick der zu untersuchenden Meerwasser-Proben 45
Einleitung
1
1 Einleitung
Die Bestimmung von Bromat in Trinkwasser ist heute in vielen Laboren
Standard Seit Einfuumlhrung eines Grenzwertes fuumlr Bromat mussten jedoch
empfindlichere Nachweismethoden fuumlr Bromat entwickelt werden Die meisten
heute bestehenden Bromatanalysenverfahren sind nur auf Trinkwasser
anwendbar
Meine Aufgabenstellung besteht darin Bromat im Meerwasser ebenfalls im
Spurenbereich nachzuweisen Meerwasser beinhaltet im Gegensatz zu
Trinkwasser einen sehr hohen Salzgehalt der waumlhrend der Analytik stoumlrt Doch
warum muss Bromat uumlberhaupt im Meerwasser bestimmt werden Weltweit
benutzen Schiffe Ballastwasser zur Stabilisierung Durch Ballastwasser werden
Mikroorganismen und Kleintiere in fremde Oumlkosysteme verschleppt Um diese
Verschleppung zu verhindern werden Ballastwasser-Behandlungsanlagen
unterschiedlichster Arten entwickelt Diese Verfahren muumlssen vom Bundesamt
fuumlr Seeschifffahrt und Hydrographie genehmigt werden um auf Schiffen
eingesetzt zu werden Die Verfahren basieren auf verschiedenen
Aufarbeitungstechniken sowohl physikalischer als auch chemischer Art Da bei
der Behandlung von Meerwasser toxische Nebenprodukte entstehen koumlnnen
wie zB Bromat muss sowohl das Ballastwasser als auch das Meerwasser auf
Bromat analysiert werden
Theoretische Grundlagen
2
2 Theoretische Grundlagen
21 Die Entstehung von Bromat
Die am haumlufigsten vorkommende Bromverbindung im Meerwasser ist das
Bromid das zu 0008 enthalten ist [1] Die Konzentration an Bromid im
Meerwasser betraumlgt 0067 gmiddotL-1 und ist zu 019 am Salzgehalt (35permil) beteiligt
[2] Von Meerwasser wird gesprochen wenn der Salzgehalt zwischen 30permil und
40permil liegt
Bromat ist eine Substanz die unter Verdacht steht kanzerogen zu sein Laut
Trinkwasserverordnung 2001 besitzt Bromat einen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 [3]
Die TrinkwV von 1990 sah fuumlr Bromat noch keinen Grenzwert vor Bromat
wurde erstmals 2001 in die TrinkwV aufgenommen [4] Zur Uumlbergangsloumlsung
wurde vom 01012003 bis zum 31122007 ein Grenzwert von 25 microgmiddotL-1
vorgesehen [5] Ab dem 01012008 gilt der Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 [5] Die
ISO 150612001 sieht die Bestimmung von Bromat in Trinkwasser mit der
Ionenchromatographie und dem Leitfaumlhigkeitsdetektor vor [6] Der
Anwendungsbereich erstreckt sich von Trinkwasser Rohwasser
Oberflaumlchenwasser teilweise behandeltes Wasser sowie Badewasser Eine
neue Norm ISO 11206 uumlber die Bestimmung von Bromat mittels
Nachsaumlulenderivatisierung ist in Vorbereitung [7]
Bei der Behandlung von Ballastwasser in entsprechenden Ballastwasser-
Behandlungsanlagen kann Bromat als Nebenprodukt entstehen Ein Beispiel fuumlr
eine Behandlungsmethode ist die Ozonung Die Parameter wie die Bromid-
konzentration die Ozondosis und Ozonungszeit sowie Wassertemperatur und
pH-Wert haben einen entscheidenden Anteil daran ob und wie viel Bromat
entsteht Theoretisch koumlnnte eine Bromatkonzentration von 0107 gmiddotL-1 im
Ballastwasser entstehen sobald es sich um Meerwasser handelt Wird diese
Konzentration mit den Ballastwasservolumina (vgl Abs 31) verrechnet
bekommt man eine Vorstellung wie viel Bromat in einem Tank entstehen
koumlnnte Fuumlr einen einzigen Tank mit einem Volumen von 1200 m3 koumlnnten
Theoretische Grundlagen
3
theoretisch 1284 kg Bromat entstehen wenn Bromid zu 100 zu Bromat
umgesetzt wird
22 Ionenchromatographie
Weisen zwei Substanzen unterschiedliche Wechselwirkungen mit einem
Material auf so koumlnnen sie voneinander getrennt werden Das Material das in
der Chromatographie Einsatz findet ist die mobile Phase sowie die stationaumlre
Phase Da sich unterschiedliche Substanzen in ihrer chemischen
Zusammensetzung unterscheiden haben sie spezifische Wechselwirkungen
mit der mobilen und stationaumlren Phase und koumlnnen voneinander getrennt
werden Auch aumlhnliche Substanzen also Stoffklassen die aumlhnliche
Wechselwirkungen aufzeigen koumlnnen durch ausgefeilte Methoden in der
Chromatographie getrennt werden Ein groszliger Vorteil der Chromatographie ist
nicht nur Substanzen qualitativ zu erfassen sondern auch gleichzeitig zu
quantifizieren
221 Entstehung der Chromatographie sowie der Ionenchromatographie
Die Grundlagen der Chromatographie gehen in das Jahr 1903 zuruumlck zu dieser
Zeit gelang es MS Tswett Blattpigmente zu trennen [9] Der Grundstein fuumlr die
Chromatographie war gelegt In den darauffolgenden Jahrzehnten folgten viele
weitere Entdeckungen wie zB Duumlnnschichtchromatographie durch Izmailov
und Schraiber im Jahre 1938 [9] Im Jahr 1958 entwickelte Stahl die
Duumlnnschichtchromatographie weiter so wie sie noch heute weltweit
angewendet wird [9] Die ersten gaschromatographischen Trennungen wurden
von Martin und James im Jahr 1952 publiziert [9] Erst uumlber 70 Jahre spaumlter
wurde die Ionenchromatographie entwickelt Im Jahre 1975 publizierten Small
Stevens und Baumann diese Methode zur Trennung von anorganischen Ionen
[9] Seit 1975 entwickelte sich die Ionenchromatographie rasant weiter und
besitzt inzwischen ein breites Anwendungsspektrum (s Abb 1) Der Erfolg der
Trennung mittels Chromatographie ist besonders auf die stetige Verbesserung
und Entwicklung der Trennsaumlulen zuruumlckzufuumlhren
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
IV
Abkuumlrzungsverzeichnis
AWZ Ausschlieszligliche Wirtschaftszone
cfu Colony forming unit
IEXC Ion Exchange Chromatography
IPC Ion Pair Chromatography
HPLC High Performance Liquid Chromatography
IC Ionenchromatographie
kE Kein Ergebnis
k M Keine Messung
Ggl Gesamtgleichung
LNSW Low Nutrient Seawater
meq Milliaumlquivalent
MW Mittelwert
NWG Nachweisgrenze
nn Nicht nachweisbar
pa pro analysi
PEEK Polyether-Etherketon
RP18 Reversed Phase 18
SEC Size Exclusion Chromatography
TrinkwV Trinkwasserverordnung
US-EPA United States Environmental Protection Agency
UV Ultraviolett
Vis Visuell
V
Abbildungsverzeichnis
Abb 1 Anwendungsmoumlglichkeiten der Ionenchromatographie 4 Abb 2 Darstellung des Trennvermoumlgens in der Chromatographie 7 Abb 3 Technische Umsetzung der Nachsaumlulenderivatisierung 10 Abb 4 Ablassen von Ballastwasser auf offener See 11 Abb 5 Kuumlstennahe Stationen der AWZ 21 Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz 21 Abb 7 Retentionszeit des Bromats 24 Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser 25 Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser 25 Abb 10 Darstellung unterschiedlicher Bromatkonzentrationen 26 Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser 29 Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser und Bromat 29 Abb 13 Spektrum von Bromat 32 Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen 33 Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen 33 Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen 33 Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen 33 Abb 18 Bromat in Meerwasser bei 352 nm und 05 mLmin-1 35 Abb 19 Bromat in Meerwasser bei 352 nm und 07 mLmin-1 35 Abb 20 Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin-1 35 Abb 21 Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 07 mLmin-1 35 Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt 36 Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade 38 Abb 24 Elbewaser vom 25072012 40 Abb 25 Elbewasser vom 28082012 40 Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage 41 Abb 27 Verteilung der Wassertemperatur in der Nordsee 44 Abb 28 Chromatogramm von Probe 26 der Station HELGO Messung 2 47 Abb 29 Chromatogramm von Probe 26 der Station HELGO Messung 1 47
Tabellenverzeichnis
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme 13 Tab 2 Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo 13 Tab 3 Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie 18 Tab 4 Die Vorsaumlule Metrosep RP Guard 18 Tab 5 Die Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 19 Tab 6 Die Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC 20 Tab 7 Triiodid-Methode laut Applikation Nr U-49 30 Tab 8 Signal-Rausch-Verhaumlltnisse 38 Tab 9 Triiodid-Methode fuumlr die Messung von Bromat im Meerwasser 39 Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage 41 Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben 42 Tab 12 Uumlberblick der zu untersuchenden Meerwasser-Proben 45
Einleitung
1
1 Einleitung
Die Bestimmung von Bromat in Trinkwasser ist heute in vielen Laboren
Standard Seit Einfuumlhrung eines Grenzwertes fuumlr Bromat mussten jedoch
empfindlichere Nachweismethoden fuumlr Bromat entwickelt werden Die meisten
heute bestehenden Bromatanalysenverfahren sind nur auf Trinkwasser
anwendbar
Meine Aufgabenstellung besteht darin Bromat im Meerwasser ebenfalls im
Spurenbereich nachzuweisen Meerwasser beinhaltet im Gegensatz zu
Trinkwasser einen sehr hohen Salzgehalt der waumlhrend der Analytik stoumlrt Doch
warum muss Bromat uumlberhaupt im Meerwasser bestimmt werden Weltweit
benutzen Schiffe Ballastwasser zur Stabilisierung Durch Ballastwasser werden
Mikroorganismen und Kleintiere in fremde Oumlkosysteme verschleppt Um diese
Verschleppung zu verhindern werden Ballastwasser-Behandlungsanlagen
unterschiedlichster Arten entwickelt Diese Verfahren muumlssen vom Bundesamt
fuumlr Seeschifffahrt und Hydrographie genehmigt werden um auf Schiffen
eingesetzt zu werden Die Verfahren basieren auf verschiedenen
Aufarbeitungstechniken sowohl physikalischer als auch chemischer Art Da bei
der Behandlung von Meerwasser toxische Nebenprodukte entstehen koumlnnen
wie zB Bromat muss sowohl das Ballastwasser als auch das Meerwasser auf
Bromat analysiert werden
Theoretische Grundlagen
2
2 Theoretische Grundlagen
21 Die Entstehung von Bromat
Die am haumlufigsten vorkommende Bromverbindung im Meerwasser ist das
Bromid das zu 0008 enthalten ist [1] Die Konzentration an Bromid im
Meerwasser betraumlgt 0067 gmiddotL-1 und ist zu 019 am Salzgehalt (35permil) beteiligt
[2] Von Meerwasser wird gesprochen wenn der Salzgehalt zwischen 30permil und
40permil liegt
Bromat ist eine Substanz die unter Verdacht steht kanzerogen zu sein Laut
Trinkwasserverordnung 2001 besitzt Bromat einen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 [3]
Die TrinkwV von 1990 sah fuumlr Bromat noch keinen Grenzwert vor Bromat
wurde erstmals 2001 in die TrinkwV aufgenommen [4] Zur Uumlbergangsloumlsung
wurde vom 01012003 bis zum 31122007 ein Grenzwert von 25 microgmiddotL-1
vorgesehen [5] Ab dem 01012008 gilt der Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 [5] Die
ISO 150612001 sieht die Bestimmung von Bromat in Trinkwasser mit der
Ionenchromatographie und dem Leitfaumlhigkeitsdetektor vor [6] Der
Anwendungsbereich erstreckt sich von Trinkwasser Rohwasser
Oberflaumlchenwasser teilweise behandeltes Wasser sowie Badewasser Eine
neue Norm ISO 11206 uumlber die Bestimmung von Bromat mittels
Nachsaumlulenderivatisierung ist in Vorbereitung [7]
Bei der Behandlung von Ballastwasser in entsprechenden Ballastwasser-
Behandlungsanlagen kann Bromat als Nebenprodukt entstehen Ein Beispiel fuumlr
eine Behandlungsmethode ist die Ozonung Die Parameter wie die Bromid-
konzentration die Ozondosis und Ozonungszeit sowie Wassertemperatur und
pH-Wert haben einen entscheidenden Anteil daran ob und wie viel Bromat
entsteht Theoretisch koumlnnte eine Bromatkonzentration von 0107 gmiddotL-1 im
Ballastwasser entstehen sobald es sich um Meerwasser handelt Wird diese
Konzentration mit den Ballastwasservolumina (vgl Abs 31) verrechnet
bekommt man eine Vorstellung wie viel Bromat in einem Tank entstehen
koumlnnte Fuumlr einen einzigen Tank mit einem Volumen von 1200 m3 koumlnnten
Theoretische Grundlagen
3
theoretisch 1284 kg Bromat entstehen wenn Bromid zu 100 zu Bromat
umgesetzt wird
22 Ionenchromatographie
Weisen zwei Substanzen unterschiedliche Wechselwirkungen mit einem
Material auf so koumlnnen sie voneinander getrennt werden Das Material das in
der Chromatographie Einsatz findet ist die mobile Phase sowie die stationaumlre
Phase Da sich unterschiedliche Substanzen in ihrer chemischen
Zusammensetzung unterscheiden haben sie spezifische Wechselwirkungen
mit der mobilen und stationaumlren Phase und koumlnnen voneinander getrennt
werden Auch aumlhnliche Substanzen also Stoffklassen die aumlhnliche
Wechselwirkungen aufzeigen koumlnnen durch ausgefeilte Methoden in der
Chromatographie getrennt werden Ein groszliger Vorteil der Chromatographie ist
nicht nur Substanzen qualitativ zu erfassen sondern auch gleichzeitig zu
quantifizieren
221 Entstehung der Chromatographie sowie der Ionenchromatographie
Die Grundlagen der Chromatographie gehen in das Jahr 1903 zuruumlck zu dieser
Zeit gelang es MS Tswett Blattpigmente zu trennen [9] Der Grundstein fuumlr die
Chromatographie war gelegt In den darauffolgenden Jahrzehnten folgten viele
weitere Entdeckungen wie zB Duumlnnschichtchromatographie durch Izmailov
und Schraiber im Jahre 1938 [9] Im Jahr 1958 entwickelte Stahl die
Duumlnnschichtchromatographie weiter so wie sie noch heute weltweit
angewendet wird [9] Die ersten gaschromatographischen Trennungen wurden
von Martin und James im Jahr 1952 publiziert [9] Erst uumlber 70 Jahre spaumlter
wurde die Ionenchromatographie entwickelt Im Jahre 1975 publizierten Small
Stevens und Baumann diese Methode zur Trennung von anorganischen Ionen
[9] Seit 1975 entwickelte sich die Ionenchromatographie rasant weiter und
besitzt inzwischen ein breites Anwendungsspektrum (s Abb 1) Der Erfolg der
Trennung mittels Chromatographie ist besonders auf die stetige Verbesserung
und Entwicklung der Trennsaumlulen zuruumlckzufuumlhren
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
V
Abbildungsverzeichnis
Abb 1 Anwendungsmoumlglichkeiten der Ionenchromatographie 4 Abb 2 Darstellung des Trennvermoumlgens in der Chromatographie 7 Abb 3 Technische Umsetzung der Nachsaumlulenderivatisierung 10 Abb 4 Ablassen von Ballastwasser auf offener See 11 Abb 5 Kuumlstennahe Stationen der AWZ 21 Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz 21 Abb 7 Retentionszeit des Bromats 24 Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser 25 Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser 25 Abb 10 Darstellung unterschiedlicher Bromatkonzentrationen 26 Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser 29 Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser und Bromat 29 Abb 13 Spektrum von Bromat 32 Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen 33 Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen 33 Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen 33 Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen 33 Abb 18 Bromat in Meerwasser bei 352 nm und 05 mLmin-1 35 Abb 19 Bromat in Meerwasser bei 352 nm und 07 mLmin-1 35 Abb 20 Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin-1 35 Abb 21 Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 07 mLmin-1 35 Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt 36 Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade 38 Abb 24 Elbewaser vom 25072012 40 Abb 25 Elbewasser vom 28082012 40 Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage 41 Abb 27 Verteilung der Wassertemperatur in der Nordsee 44 Abb 28 Chromatogramm von Probe 26 der Station HELGO Messung 2 47 Abb 29 Chromatogramm von Probe 26 der Station HELGO Messung 1 47
Tabellenverzeichnis
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme 13 Tab 2 Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo 13 Tab 3 Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie 18 Tab 4 Die Vorsaumlule Metrosep RP Guard 18 Tab 5 Die Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 19 Tab 6 Die Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC 20 Tab 7 Triiodid-Methode laut Applikation Nr U-49 30 Tab 8 Signal-Rausch-Verhaumlltnisse 38 Tab 9 Triiodid-Methode fuumlr die Messung von Bromat im Meerwasser 39 Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage 41 Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben 42 Tab 12 Uumlberblick der zu untersuchenden Meerwasser-Proben 45
Einleitung
1
1 Einleitung
Die Bestimmung von Bromat in Trinkwasser ist heute in vielen Laboren
Standard Seit Einfuumlhrung eines Grenzwertes fuumlr Bromat mussten jedoch
empfindlichere Nachweismethoden fuumlr Bromat entwickelt werden Die meisten
heute bestehenden Bromatanalysenverfahren sind nur auf Trinkwasser
anwendbar
Meine Aufgabenstellung besteht darin Bromat im Meerwasser ebenfalls im
Spurenbereich nachzuweisen Meerwasser beinhaltet im Gegensatz zu
Trinkwasser einen sehr hohen Salzgehalt der waumlhrend der Analytik stoumlrt Doch
warum muss Bromat uumlberhaupt im Meerwasser bestimmt werden Weltweit
benutzen Schiffe Ballastwasser zur Stabilisierung Durch Ballastwasser werden
Mikroorganismen und Kleintiere in fremde Oumlkosysteme verschleppt Um diese
Verschleppung zu verhindern werden Ballastwasser-Behandlungsanlagen
unterschiedlichster Arten entwickelt Diese Verfahren muumlssen vom Bundesamt
fuumlr Seeschifffahrt und Hydrographie genehmigt werden um auf Schiffen
eingesetzt zu werden Die Verfahren basieren auf verschiedenen
Aufarbeitungstechniken sowohl physikalischer als auch chemischer Art Da bei
der Behandlung von Meerwasser toxische Nebenprodukte entstehen koumlnnen
wie zB Bromat muss sowohl das Ballastwasser als auch das Meerwasser auf
Bromat analysiert werden
Theoretische Grundlagen
2
2 Theoretische Grundlagen
21 Die Entstehung von Bromat
Die am haumlufigsten vorkommende Bromverbindung im Meerwasser ist das
Bromid das zu 0008 enthalten ist [1] Die Konzentration an Bromid im
Meerwasser betraumlgt 0067 gmiddotL-1 und ist zu 019 am Salzgehalt (35permil) beteiligt
[2] Von Meerwasser wird gesprochen wenn der Salzgehalt zwischen 30permil und
40permil liegt
Bromat ist eine Substanz die unter Verdacht steht kanzerogen zu sein Laut
Trinkwasserverordnung 2001 besitzt Bromat einen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 [3]
Die TrinkwV von 1990 sah fuumlr Bromat noch keinen Grenzwert vor Bromat
wurde erstmals 2001 in die TrinkwV aufgenommen [4] Zur Uumlbergangsloumlsung
wurde vom 01012003 bis zum 31122007 ein Grenzwert von 25 microgmiddotL-1
vorgesehen [5] Ab dem 01012008 gilt der Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 [5] Die
ISO 150612001 sieht die Bestimmung von Bromat in Trinkwasser mit der
Ionenchromatographie und dem Leitfaumlhigkeitsdetektor vor [6] Der
Anwendungsbereich erstreckt sich von Trinkwasser Rohwasser
Oberflaumlchenwasser teilweise behandeltes Wasser sowie Badewasser Eine
neue Norm ISO 11206 uumlber die Bestimmung von Bromat mittels
Nachsaumlulenderivatisierung ist in Vorbereitung [7]
Bei der Behandlung von Ballastwasser in entsprechenden Ballastwasser-
Behandlungsanlagen kann Bromat als Nebenprodukt entstehen Ein Beispiel fuumlr
eine Behandlungsmethode ist die Ozonung Die Parameter wie die Bromid-
konzentration die Ozondosis und Ozonungszeit sowie Wassertemperatur und
pH-Wert haben einen entscheidenden Anteil daran ob und wie viel Bromat
entsteht Theoretisch koumlnnte eine Bromatkonzentration von 0107 gmiddotL-1 im
Ballastwasser entstehen sobald es sich um Meerwasser handelt Wird diese
Konzentration mit den Ballastwasservolumina (vgl Abs 31) verrechnet
bekommt man eine Vorstellung wie viel Bromat in einem Tank entstehen
koumlnnte Fuumlr einen einzigen Tank mit einem Volumen von 1200 m3 koumlnnten
Theoretische Grundlagen
3
theoretisch 1284 kg Bromat entstehen wenn Bromid zu 100 zu Bromat
umgesetzt wird
22 Ionenchromatographie
Weisen zwei Substanzen unterschiedliche Wechselwirkungen mit einem
Material auf so koumlnnen sie voneinander getrennt werden Das Material das in
der Chromatographie Einsatz findet ist die mobile Phase sowie die stationaumlre
Phase Da sich unterschiedliche Substanzen in ihrer chemischen
Zusammensetzung unterscheiden haben sie spezifische Wechselwirkungen
mit der mobilen und stationaumlren Phase und koumlnnen voneinander getrennt
werden Auch aumlhnliche Substanzen also Stoffklassen die aumlhnliche
Wechselwirkungen aufzeigen koumlnnen durch ausgefeilte Methoden in der
Chromatographie getrennt werden Ein groszliger Vorteil der Chromatographie ist
nicht nur Substanzen qualitativ zu erfassen sondern auch gleichzeitig zu
quantifizieren
221 Entstehung der Chromatographie sowie der Ionenchromatographie
Die Grundlagen der Chromatographie gehen in das Jahr 1903 zuruumlck zu dieser
Zeit gelang es MS Tswett Blattpigmente zu trennen [9] Der Grundstein fuumlr die
Chromatographie war gelegt In den darauffolgenden Jahrzehnten folgten viele
weitere Entdeckungen wie zB Duumlnnschichtchromatographie durch Izmailov
und Schraiber im Jahre 1938 [9] Im Jahr 1958 entwickelte Stahl die
Duumlnnschichtchromatographie weiter so wie sie noch heute weltweit
angewendet wird [9] Die ersten gaschromatographischen Trennungen wurden
von Martin und James im Jahr 1952 publiziert [9] Erst uumlber 70 Jahre spaumlter
wurde die Ionenchromatographie entwickelt Im Jahre 1975 publizierten Small
Stevens und Baumann diese Methode zur Trennung von anorganischen Ionen
[9] Seit 1975 entwickelte sich die Ionenchromatographie rasant weiter und
besitzt inzwischen ein breites Anwendungsspektrum (s Abb 1) Der Erfolg der
Trennung mittels Chromatographie ist besonders auf die stetige Verbesserung
und Entwicklung der Trennsaumlulen zuruumlckzufuumlhren
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
sind kurzkettige bromierte und chlorierte Kohlenwasserstoff-Verbindungen
sowie anorganische Oxohalogenide
232 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme
Zurzeit sind insgesamt vier Ballastwasser-Behandlungsanlagen (Tab 1)
zugelassen Die meisten Behandlungsanlagen sind Kombinationen aus
physikalischen und chemischen Methoden zur Aufbereitung des Ballast-
wassers
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Theoretische Grundlagen
13
Tab 1 Zugelassene Ballastwasser-Behandlungssysteme und die dazugehoumlrige Methodik [15]
Nr Hersteller
evtl Zusammenarbeit mit
Ballastwasser-
Behandlungssystem
Art der Behandlung
1 HAMANN AG Hollenstedt
Evonik Industries
SEDNAreg 250
PERACLEANreg Ocean
Kombination aus Hydrozyklon
Feinfiltration und Desinfektion
2 RWO GmbH ndash Marine Water
Technology Veolia Water
Solutions amp Technologies
Bremen
CleanBallastreg Kombination aus Separator
und Desinfektion
3 MAHLE Industriefiltration
GmbHHamburg
Ocean Protection
Systemreg
Kombination aus Filtration und
UV-Bestrahlung
4 Severn Trent De Nora LLC
USA
BalPurereg Kombination aus Filtration
Elektrolyse und Neutralisation
Die Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo von RWO hat eine
erfolgreiche Zulassung erhalten In deren finalen Zulassung werden
Analysenergebnisse von Bromat aufgefuumlhrt Die Bestimmungsgrenze des IC-
ICP-MS-Systems liegt bei 1 microgmiddotL-1
In dem behandelten Suumlszligwasser wurden 26
microgmiddotL-1 Bromat nachgewiesen Die Kontrolle zeigt eine Konzentration von lt1
microgmiddotL-1 Ebenso wurden Untersuchungen in Brackwasser sowie Meerwasser
durchgefuumlhrt die in Tab 2 zusammengefasst sind
Tab 2 Zusammenfassende Ergebnisse der Ballastwasser-Behandlungsanlage bdquoCleanBallastregldquo
von RWO mittels IC-ICP-MS Die Ergebnisse des behandelten Wassers sind Mittelwerte aus den in den Klammern gemessenen Werten Alle Angaben sind in microgmiddotL
-1 angegeben [13]
Suumlszligwasser Brackwasser Meerwasser
Bestimmungsgrenze Bromat 1
Bromatkonzentration in
unbehandeltem Wasser
lt1 lt1 lt1
Bromatkonzentration in
behandeltem Wasser
26 (lt144) 26 (2429) 99 (6019)
Theoretische Grundlagen
14
Bei den Ergebnissen zeigt sich dass bei Brackwasser die houmlchste
Konzentration mit durchschnittlich 26 microgmiddotL-1 Bromat nach der Behandlung
vorliegt Die Behandlung von Meerwasser zeigt durchschnittlich 99 microgmiddotL-1 das
liegt unterhalb dem vorgeschriebenen Grenzwert von 10 microgmiddotL-1 Doch handelt
es dich bei dem Ergebnis um einen Durchschnittswert das heiszligt dass auch
houmlhere Konzentrationen entstehen koumlnnen und somit den Grenzwert
uumlberschreiten Die Folgen wenn Ballastwasser mit erhoumlhten Bromat-
konzentrationen ins Meerwasser gelangt sind noch nicht abzusehen Wie
schnell sich die Konzentration durch Verduumlnnungseffekte der Stroumlmung und
Dynamik des Wassers nicht mehr nachweisen laumlsst ist zZt noch nicht
bekannt Ob es Schaumlden fuumlr Flora und Fauna in unmittelbarer Umgebung der
Ballastwasser-Abgabe gibt muss erst noch untersucht werden
24 Validierungen von Methoden
Eine Validierung sagt aus ob die Faumlhigkeit einer Methode gegeben ist um die
gewuumlnschten Ergebnisse mit dieser Methode auch zu erreichen
Die wichtigsten Parameter einer Validierung sind die nachfolgenden
Schlagworte die hier nicht weiter erlaumlutert werden sollen
Richtigkeit
Selektivitaumlt
Wiederfindungsrate
Praumlzision
Genauigkeit
Nachweis- und Bestimmungsgrenze
Robustheit der Methode
Diese Parameter sind waumlhrend einer Methodenentwicklung zu beruumlcksichtigen
und zu dokumentieren
Material und Methoden
15
3 Materialien und Methoden
31 Verwendete Chemikalien
Chemikalie Reinheitsgrad Lieferant
Natriumhydrogencarbonat pa Riedel de Haeumln Seeze
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
Verduumlnnungssystem 800 Dosino Dosierkolben 10 mL
(Metrohm Herisau)
Datenaufnahme MagIC Net 23 sowie IC Net 23
(Metrohm Herisau)
332 Geraumlte der Nachsaumlulenderivatisierung und Detektion
Pumpe 800 Dosino Dosierkolben 20 mL
(Metrohm Herisau)
Nachsaumlulenreaktor 62836000 (Metrohm Herisau)
UVVis-Spektrometer 887 Professional UVVis-Detector
333 Verwendete Verbrauchsmaterialien der Ionenchromatographie
Viele der Materialien in der Ionenchromatographie sind aus Kunststoff gefertigt
wie die meisten Schlauchverbindungen Diese haben einen hohen Verschleiszlig
und muumlssen regelmaumlszligig ausgetauscht werden Da Filtrationsmembran und
andere Filter verstopfen muumlssen sie nach einer gewissen Zeit gewechselt
werden Die Wechseltermine von Verbrauchsmaterialien sind Tab 3 zu
entnehmen Zusaumltzlich werden wichtige Merkmale der jeweiligen
Verbrauchsmittel angegeben
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Material und Methoden
18
Material Merkmale Zeitraum des Wechsels
Pumpenschlaumluche
whitewhite
Oslashi=102 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Pumpenschlaumluche
orangeyellow
Oslashi=051 mm
drei Reiter
Alle 4 Wochen Nach Bedarf
Filter der Inline-Ultrafiltration Oslasha=47 mm
Porengroumlszlige 02 microm
Nach 100 oder mehr Proben
Inline-Filter der Vorsaumlule Porengroumlszlige 2 microm Nach Bedarf
Ansaugfilter des Eluenten Porengroumlszlige 20 microm Nach 3 Monaten Bei Gelbfaumlrbung
Fuumlllmaterial des
Trockenrohrs
Natriumhydroxid auf
Traumlger gekoumlrnt 16ndash3
mm
Alle 3 Monate
Vorsaumlule Metrosep RP
Guard
s Tab 4 Nach Bedarf
Trennsaumlule Metrosep A
Supp 5-250
s Tab 5 Nach Bedarf
Trennsaumlule Phenomenex
Ion Star A300 HC
s Tab 6 Nach Bedarf
334 Verwendete Vor- und Trennsaumlulen
Als Vorsaumlule wird waumlhrend der Leitfaumlhigkeits- und Triiodid-Methode die
Metrosep RP Guard-Saumlule verwendet Die Vorsaumlule soll die Trennsaumlule vor
groben Verunreinigungen schuumltzen und deren Lebenszeit verlaumlngern
Tab 4 Kenndaten der Vorsaumlule Metrosep RP Guard laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Traumlgermaterial Polymer
Dimension Saumlule 17 x 35 mm
Tab 3 Uumlberblick wann welche Verbrauchsmaterialien getauscht werden muumlssen
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Material und Methoden
19
Parameter Einstellung
Saumlulenkoumlrper PEEK
Porengroumlszlige 02 microm
Fuumlr die Methodenentwicklung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die Metrosep
A Supp 5-250 verwendet Es handelt sich hierbei um eine Hochleistungssaumlule
die extrem hohe Bodenzahlen besitzt [14] Es wird eine Probenschleife von 20
microL verwendet Laut Herstellerangaben ist die Saumlule fuumlr die Bromatbestimmung
bei hohen Ionenstaumlrken geeignet Laut Hersteller hat die Saumlule eine Kapazitaumlt
von 107 micromol das entspricht 379 mg Chlorid Das Volumen der Trennsaumlule
belaumluft sich auf 31 mL
Tab 5 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Metrosep A Supp 5-250 laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polyvinylalkohol
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 107 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 5 microm
Dimension der Saumlule 250 x 40 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK
Die Phenomenex-Saumlule ist eine sehr kompakte Saumlule sie ist mit 10 cm recht
kurz jedoch mit 1 cm Innendurchmesser sehr dick Das macht sich im Volumen
der Saumlule bemerkbar denn sie hat mit 79 mL ein doppelt so hohes Volumen
wie die Metrosep A Supp 5-250 Die dazu gehoumlrige Probenschleife besitzt ein
Volumen von 1 mL
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Material und Methoden
20
Tab 6 Kenndaten der Anionenaustauscher-Saumlule Phenomenex Ion Star A300 HC laut Herstellerangaben [14]
Parameter Einstellung
Grundgeruumlst Polystyrol Divinylbenzol-Copolymer
Funktionalitaumlt quaternaumlre Ammoniumgruppen
Kapazitaumlt 164 micromol (Cl-)
Partikeldurchmesser 7 microm
Dimension Saumlule 100 x 10 mm
Material Saumlulenkoumlrper PEEK (Stahlmantel)
335 Verwendete Ag+-Kartuschen
Bei der Probenvorbereitung werden PS-Ag+ (M) von der Firma Machery-Nagel
verwendet Es handelt sich um starke PWSDVB-Kationenaustauscher Die
durchschnittliche Fuumlllmenge der Kartusche belaumluft sich auf 480 mg Die
Kapazitaumlt betraumlgt 29 meqmiddotg-1 Laut Berechnungen lassen sich mit einer Ag+-
Kartusche 08 mL Meerwasser aufreinigen Die Kartusche wurde als erstes mit
2x1 mL Reinstwasser konditioniert Danach werden 08 mL der Probe auf die
Kartusche gegeben und mit 08 mL Reinstwasser eluiert und aufgefangen Die
aufgefangene Probe kann analysiert werden
34 Entnahme und Konservierung von Meerwasser-Proben
341 Allgemeine Angaben
Diese Arbeitsanweisung beschreibt die Entnahme und Konservierung von
Meerwasser-Proben fuumlr die Bestimmung von Bromat Mit Entnahme ist hier das
Abfuumlllen von Wasserproben aus einem Wasserschoumlpfer gemeint Die Proben
werden auf der Sommerfahrt CE1211B genommen Der Fahrtabschnitt beginnt
am 300812 in Bergen Norwegen und endet am 090912 in Hamburg Auf der
Sommerfahrt werden die kuumlstennahen Stationen in der AWZ sowie die
Stationen STADE und MEDEM beprobt
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Material und Methoden
21
Abb 5 Die beprobten Stationen der AWZ liegen vor allem kuumlstennah und sind mit einem Rahmen gekennzeichnet
342 Probenahme
Die Meerwasser-Proben werden mit einem mit Niskin-Schoumlpfern bestuumlckten
Kranzwasserschoumlpfer aus unterschiedlichen Tiefen entnommen Die
Entnahmetiefen werden nach dem aktuellen CTD-Profil festgelegt und sollten
homogene Wasserkoumlrper repraumlsentieren Ist keine Sprungschicht vorhanden
werden aus 5 m (Oberflaumlche) ggf niedriger jeweils zwei Wasserproben
entnommen Die Probenahmestellen sind Abb 5 zu entnehmen
343 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie auf See
eingesetzt werden
An Bord werden die PE-Probeflaschen (12 x 1L oder 12
x 2L) zur Abfuumlllung der Proben am Schoumlpfer mit
Seewasser bis zu ihrem Einsatz vorkonditioniert Dies
bedeutet dass alle Flaschen nach und nach mit dem
vorhandenen Restwasser aus dem Niskin-Schoumlpfer
befuumlllt werden bis sie vor ihrem Einsatz mit dem Abb 6 Niskin-Schoumlpfer im Einsatz [17]
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Material und Methoden
22
jeweiligen Seewasser durch dreimaliges Ausspuumllen mit der eigentlichen Probe
konditioniert werden Grundsaumltzlich erfolgt sowohl die Probenahme als auch die
Probenfiltration und Probenkonservierung mit Handschuhen (Nitrilhandschuhe)
Bei jeder Seewasserprobenahme wird der Niskin-Schoumlpfer entsprechend dem
CTD-Protokoll mit einer Bedfordnummer versehen Auch die Probengefaumlszlige
werden zur Ruumlckverfolgbarkeit mit den entsprechenden Bedfordnummern
gekennzeichnet
Fuumlr die Bestimmung von Bromat ist eine Filtration notwendig Dazu wird das
aus den Niskin-Schoumlpfern kontaminationsfrei abgefuumlllte Seewasser in 50-mL-
PE-Flaschen mittels einer Niederdruckfiltrationsapparatur filtriert
Die Filtration erfolgt uumlber Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04
microm Porenweite) (glaumlnzende Filterpapierseite nach oben) und einer
Glasfilterplatte Zuerst erfolgt eine Vorspuumllung der Filtriertulpe und der Filter mit
demineralisiertem Wasser Anschlieszligend erfolgt die Filtration der Probe in eine
50-mL-PE-Flasche die ebenfalls mit der entsprechenden Bedfordnummer
gekennzeichnet ist
Fuumlr die Stationen STADE und MEDEM (stark belastete Stationen) gibt es
spezielle Flaschen und Filterplatten die nur bei der Filtration der Proben dieser
beiden Stationen verwendet werden duumlrfen
Die Vakuum-Filtration erfolgt bei einem Druck von ca 04 bar Die mit
Bedfordnummern versehenen Flaschen werden bis zum Knick (ca 50 mL)
befuumlllt
Die filtrierten Proben werden bei (3plusmn2) degC gelagert Die gekuumlhlten Proben
muumlssen innerhalb von 4 Wochen analysiert werden
344 Bericht
Als Stationsprotokoll wird der Vordruck bdquoAbfuumlllproben fuumlr Naumlhrstoffe
Sonderproben Bromatldquo ausgefuumlllt
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Material und Methoden
23
35 Entnahme von Elbeproben
351 Allgemeine Informationen
Die Probenahme findet in Hamburg-Wittenbergen an der Elbe (Position
5356975 s Abb 5) statt
352 Probenahme
Die Probenahme erfolgt mit einem selbst gebauten Probennehmer des BSH
Labor Suumllldorf Mit diesem Probennehmer koumlnnen Volumen von 250 mL
gesammelt werden Es handelt sich hierbei um einen Probennehmer der
Wasser von der Oberflaumlche abschoumlpft
353 Durchfuumlhrung
Alle Probengefaumlszlige und auch der Probennehmer werden vorgereinigt und mit
demineralisiertem Wasser gespuumllt bevor sie eingesetzt werden
Die Probennehmer-Flasche und auch die Probenflaschen werden dreimal mit
dem Elbewasser vorgespuumllt Danach erfolgt die Abfuumlllung des Elbewassers in
die Probeflaschen
Die Filtration erfolgt mit einer Niederdruckfiltrationsapparatur Es wird ein
Nuclepore-Filterpapier (Polycarbonat Oslash 47 mm 04 microm Porenweite)
verwendet Das Filtrat wird sofort analysiert
354 Bericht
In dem Protokoll werden Datum und Uhrzeit aufgezeichnet Zusaumltzlich werden
Wasser- und Lufttemperatur gemessen und dokumentiert
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
24
4 Methodenentwicklung
Bei der Methodenentwicklung wird mit der Software SQS 2000 Version 106
gearbeitet Alle Ergebnisse wie Standardabweichungen Korrelations-
koeffizienten Nachweisgrenzen sowie Bestimmungsgrenzen wurden mit
diesem Programm berechnet
41 Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Leitfaumlhigkeitsdetektion wird die
Metrosep A Supp 5-250 verwendet Wie im Abschnitt 322 beschrieben wird
bei der Leitfaumlhigkeitsdetektion mit einem Carbonateluent gearbeitet Die
Flieszliggeschwindigkeit des Eluenten betraumlgt 07 mLmin-1 Die Probe wird uumlber
eine Probenschleife auf die Saumlule gegeben das entsprechende
Injektionsvolumen betraumlgt 20 microL
411 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Damit jeder Peak dem richtigen Analyten zugeordnet werden kann wird zuerst
die Retentionszeit von Bromat bestimmt Fuumlr die Bestimmung der
Retentionszeit mit der Metrosep A Supp 5-250 wird Bromat-Stammloumlsung in
Reinstwasser analysiert Die Bromat-Stammloumlsung enthaumllt 1 gL-1 Bromat Die
Loumlsung wird automatisch 150 mit Reinstwasser verduumlnnt und es wird mit einem
Eluentenfluss von 07 mLmin-1 gearbeitet Als erstes ist ein Negativpeak zu
erkennen dabei handelt es sich um den Systempeak der kurz vor der 4
Minute deutlich zu
erkennen ist Die Bromat-
Elution findet nach 88 min
statt Bromat erscheint
somit vor dem Chlorid
welches nach 98 min
eluiert Sulfat eluiert nach
275 min (Abb 7) Abb 7 Ermittlung der Retentionszeit des Bromats die
Konzentration entspricht 20 mgL
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
25
412 Unterschied von Reinst- und Meerwasser
Fuumlr die Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor werden als erstes die
Chromatogramme von Reinst- und Meerwasser aufgezeichnet
Das Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Ionen mehr Auch der Eluent
besitzt nur eine geringe Ionenstaumlrke und fuumlhrt so zu einer rauscharmen
Basislinie Das Chromatogramm von Reinstwasser ist in Abb 8 dargestellt In
dem Chromatogramm ist kurz vor der 4 Minute ein Systempeak erkennbar
Dagegen ist in Abb 9 das Chromatogramm von Meerwasser aufgezeichnet
Hier treten zwei Peaks sehr intensiv auf Bei dem ersten Peak im
Chromatogramm handelt es sich um Chlorid Chlorid ist das haumlufigste Anion im
Meerwasser Es ist in diesem Chromatogramm zu erkennen dass der Chlorid-
Peak abgeschnitten ist Die Konzentration des Chlorids ist so hoch dass der
Detektor uumlberfrachtet wird Der zweitgroumlszligte Peak in dem Chromatogramm ist
der Sulfat-Peak Es ist zu beachten dass die Meerwasser-Probe 150 mit
Reinstwasser verduumlnnt worden ist denn sonst wuumlrden die Saumlule sowie der
Detektor staumlndig uumlberladen werden Dies haumltte zur Folge dass die Saumlule diesen
Anforderungen nicht lange standhalten wuumlrde
Abb 8 Chromatogramm von Reinstwasser Abb 9 Chromatogramm von Meerwasser
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
26
20 mgmiddotL-1
10
mgmiddotL
-1
5
mgmiddotL
-1
4
mgmiddotL
-1
2
mgmiddotL
-1
413 Bestimmung von Bromat in Reinstwasser
Zuerst wird die Proportionalitaumlt der Bromatkonzentration mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektor bestimmt Dazu werden hohe Konzentrationen an Bromat
im Reinstwasser gemessen Die Bromat-Stammloumlsung besitzt eine
Konzentration von 1 gmiddotL-1 Aus der Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von
10000 bis 100000 mgmiddotL-1 hergestellt und an der IC 150 verduumlnnt dh die
Loumlsungen haben eine Konzentration zwischen 200 und 2000 mgmiddotL-1
Abb 10 Darstellung von uumlbereinander gelagerten Peaks unterschiedlicher Bromat-
konzentrationen Die schwarze Kurve zeigt die houmlchste Bromatkonzentration von 20 mgmiddotL-1
und die violette Kurve die niedrigste Konzentration von 2 mgmiddotL
-1
Die Auftragung der Peakflaumlchen gegen die Konzentration zeigt dass ein
quadratischer Zusammenhang besteht Der Korrelationskoeffizient aus den
aufgetragenen Peakflaumlchen gegen die Konzentration betraumlgt 09985 Diese
Ergebnisse zeigen dass der Leitfaumlhigkeitsdetektor geeignet ist Bromat
quantitativ zu bestimmen zumindest in diesem gemessenen
Konzentrationsbereich Die Messergebnisse sind im Abschnitt 811
zusammengefasst
Nachdem nachgewiesen wurde dass die Proportionalitaumlt mittels
Leitfaumlhigkeitsdetektion gewaumlhrleistet ist wurden die Konzentrationen verringert
Es wurden Verduumlnnung von 100 bis 1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen
Konzentrationen betragen zwischen 2000 und 25000 microgmiddotL-1
Die
Messergebnisse sind in Abschnitt 812 zusammengefasst Die Bestimmung
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
27
ergibt einen Korrelationskoeffizienten von 09918 Aus diesem Analysenverlauf
werden die Bestimmungs- sowie Nachweisgrenze berechnet
Die wichtigsten Parameter zur Beurteilung eines Nachweisverfahrens sind die
Bestimmungs- und Nachweisgrenze
Die Bestimmungsgrenze sagt aus bis zu welcher Konzentration Bromat
quantitativ mit dem bestehenden System bestimmt werden kann
Als Bestimmungsgrenze in Reinstwasser wurden 745 microgmiddotL-1
ermittelt Dabei
handelt es sich um eine Grenze welche das System erfassen kann Da mit
einer Verduumlnnung von 150 gearbeitet wird erhoumlht sich die Bestimmungsgrenze
in der Probe um das Fuumlnfzigfache In der Probe liegt also eine Bromat-
konzentration von 37 mgmiddotL-1 vor
Eine weitere wichtige Grenze zur Beurteilung des Systems ist die
Nachweisgrenze ab welcher Konzentration es moumlglich ist die Substanz zu
detektieren und zuzuordnen In diesem Fall betraumlgt die Nachweisgrenze des
Systems 213 microgmiddotL-1 Durch die Verduumlnnung 150 sind in der Probe schlieszliglich
11 mgmiddotL-1 Bromat vorhanden
414 Bestimmung von Bromat in Meerwasser
Die Bestimmung von Bromat in Meerwasser wird analog der Bestimmung von
Bromat in Reinstwasser wiederholt Es wurden Verduumlnnungen von 100 bis
1250 mgmiddotL-1 hergestellt Die letztendlichen Konzentrationen betragen zwischen
2000 und 25000 microgmiddotL-1 Die Konzentrationen 20 sowie 25 microgmiddotL-1 sind im
Meerwasser nicht mehr detektierbar Selbst bei einer starken Vergroumlszligerung ist
ein Peak nicht mehr von der Basislinie differenzierbar Laut der Regression der
Kalibriergeraden von 50 bis 250 microgmiddotL-1 befindet sich die Nachweisgrenze bei
379 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze von Bromat in Meerwasser betraumlgt 1181
microgmiddotL-1 In der Probe muss eine Konzentration von mindestens 59 mgmiddotL-1
vorliegen um diese zu quantifizieren
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
28
415 Vergleich der Bestimmungen in Reinst- und Meerwasser
Auffaumlllig zu den Ergebnissen der Bromatkonzentrationen im Reinstwasser ist
dass die Peak-Flaumlchen des Bromats in Meerwasser signifikant um 30 kleiner
sind Das macht sich auch in den Ergebnissen der Nachweis- sowie
Bestimmungsgrenzen bemerkbar Denn auch die Nachweis- und
Bestimmungsgrenzen von Bromat in Reinst- sowie Meerwasser unterscheiden
sich um 30 Ein Vorteil von Bromat in Reinstwasser ist dass nicht 150
verduumlnnt werden muss da keine stoumlrenden Ionen vorhanden sind Es koumlnnte
sogar das Injektionsvolumen der Probe deutlich erhoumlht werden um eine
bessere Bestimmungsgrenze des Bromats zu erreichen In dieser Arbeit ist
jedoch die Bestimmung von Bromat in Meerwasser vorgesehen Da
Meerwasser eine sehr hohe Salzfracht enthaumllt koumlnnen nur geringe Volumina
aufgebracht werden Ohne die Verduumlnnung mit Reinstwasser wuumlrde die
Saumlulenkapazitaumlt gesprengt werden
Abschlieszligend ist aus vorliegenden Ergebnissen zusammenzufassen dass mit
der Leitfaumlhigkeitsdetektion keine Ergebnisse im Spurenbereich zu erzielen sind
Nach Alternativen wird gesucht
42 Bestimmung mittels Leitfaumlhigkeitsdetektor und Ag+-Kartuschen
Das groumlszligte Problem der Leitfaumlhigkeitsdetektion in Meerwasser ist die zu hohe
Salzkonzentration vor allem Chlorid-Konzentration Da Chlorid mit Silberionen
einen schwerloumlslichen Niederschlag bildet das Silberchlorid kann mit dieser
Probenvorbereitung aus dem Meerwasser das stoumlrende Chlorid entfernt
werden
Abb 11 zeigt den Vergleich zwischen unbehandeltem und behandeltem
Meerwasser mit Ag+-Kartuschen Bei den Proben handelt es sich 1100
verduumlnntes Meerwasser welches direkt injiziert wurde Bei dem ersten Peak bei
10 min handelt es sich um Chlorid In der 28 min ist ein Sulfat-Peak
erkennbar
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
29
Abb 11 Vergleich der Chlorid-Konzentrationen im Meerwasser Linkes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt Rechtes Bild Meerwasser 1100 verduumlnnt und mit einer Ag
+-Kartusche behandelt
Der Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Meerwasser ist
signifikant auch die Konzentration an Sulfat scheint sich verringert zu haben
Doch ist anzumerken dass es sich hier um eine 1100 Verduumlnnung handelt Die
Bestimmung von Bromat im Meerwasser mit Probenvorbereitung ist zu
untersuchen
421 Bromat-Bestimmung mit Probenvorbereitung
Es wurden zwei Proben miteinander verglichen Beide Proben beinhalten 10
mgmiddotL-1 Bromat in Meerwasser Bei der Probe ohne Probenvorbereitung ist keine
Trennung von Chlorid
sowie Bromat erkennbar
da das Chlorid die Saumlule
uumlberflutet Abb 12 zeigt
eine Probe mit Proben-
vorbereitung mit Ag+-
Kartuschen von unver-
duumlnntem Meerwasser und
Bromat Die Abnahme der
Chlorid-Konzentration ist
deutlich erkennbar Doch die Konzentration von Sulfat laumlsst sich damit nicht
senken Sulfat wird konzentriert auf die Saumlule gegeben und verringert die
Empfindlichkeit
Abb 12 Chromatogramm von unverduumlnnten Meerwasser
mit 10 mgmiddotL-1
Bromat mit Probenvorbereitung
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
30
Die Durchfuumlhrung und Ergebnisse zeigen dass die Aufarbeitung mit
Kartuschen wenig erfolgsversprechend ist Die Probevorbereitung kostet viel
Zeit und Geld der Preis einer Kartusche liegt zwischen 5 und 10 euro Wenn bei
jeder Monitoringfahrt Proben zur Bromat-Bestimmung genommen werden
erhaumllt man ca 400 Proben im Jahr Der Preis nur fuumlr die Kartuschen wuumlrde sich
auf 2000 bis 4000 euro belaufen dabei ist die Arbeitszeit noch nicht beruumlcksichtigt
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Wiederfindung Es ist zu klaumlren wie
hoch die Verluste waumlhrend der Probenvorbereitung sind Auch die
Automatisierung der Proben ist ein wichtiges Thema Das IC-System ist mit
einem Autosampler verbunden Um jedoch den Autosampler ohne
Probenverduumlnnung nutzen zu koumlnnen muss die Probe mindestens 8 mL
betragen Bei der Aufarbeitung mit den Kartuschen sind jedoch nur 08 mL
moumlglich Dies hat zur Konsequenz dass per Hand eingespritzt werden muumlsste
Diese Art der Bestimmung bietet keine Verbesserung gegenuumlber der
Leitfaumlhigkeitsdetektion sondern eher eine Verschlechterung Da die
Probenvorbereitung zur Bestimmung von Bromat mehr Zeit und Geld kostet und
nicht automatisiert werden kann ist diese Methode nicht in der Routineanalyse
einzusetzen
43 Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode
Bei der Bestimmung von Bromat mittels Triiodid-Methode wird die Phenomenex
Ion Star A300 HC verwendet Laut der Metrohm IC Applikation Nr U-49 in
Anlehnung an den Entwurf der ISO 11206 kann die Bestimmung von Bromat
mit den folgenden Parametern (s Tab 7) stattfinden
Tab 7 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode laut
Applikation Nr U-49
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 07 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
31
Parameter Einstellung
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 352 nm
Standardreihe 05 ndash 5 microgL-1
431 Bestimmung der Retentionszeit von Bromat
Zur Bestimmung der Retentionszeit wird die Bromat-Stammloumlsung mit 1 gmiddotL-1 in
Reinstwasser 120 verduumlnnt und entsprechend der Parameter aus Tab 7
analysiert Die Retentionszeit von Bromat betraumlgt 102 min bei einem Eluenten-
Fluss von 07 mLmin-1
432 Reproduzierbarkeit der Bromat-Bestimmung in Meerwasser
Die Parameter die in Tab 7 angegeben sind werden fuumlr die Bestimmung von
Bromat in Meerwasser getestet Die Veraumlnderungen sind dass mit Meerwasser
anstatt mit Reinstwasser gearbeitet wird und mit einer Verduumlnnung von 120
und spaumlter mit einer Verduumlnnung von 15 Die Vorschrift sieht vor dass per
Hand eingespritzt wird Saumlmtliche Kalibrierdaten sind in Abschnitt 814
zusammengefasst
Es wird eine Standardreihe von 10 bis 100 microgL-1 aus der Bromat-Stammloumlsung
hergestellt Die Verduumlnnung 120 entspricht Konzentrationen von 05 bis 5 microgL-1
(vgl Tab 7) Anhand der aufgenommenen Chromatogramme ergibt sich fuumlr die
Kalibrierung ein Korrelationskoeffizient von 09358 Die Bestimmungsgrenze
des Bromats in der Verduumlnnung liegt bei 306 microgmiddotL-1 Die Bestimmungsgrenze
in der Probe entspricht demnach 612 microgmiddotL-1
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
32
Um die Bestimmungsgrenze weiter zu senken wird mit einer Verduumlnnung von
15 gearbeitet Durch Verduumlnnungen aus der Bromat-Stammloumlsung werden
Konzentrationen von 25 bis 25 microgmiddotL-1 hergestellt Durch die Verduumlnnung 15
betragen die Absolut-Konzentrationen 05 bis 5 microgmiddotL-1 Die Verduumlnnung 15
zeigt dass vor dem Bromat-Peak bei 10 min eine weitere Substanz
(Retentionszeit von 88 min) im Meerwasser vorhanden ist Es kommt nicht zur
Basislinientrennung der benachbarten Peaks Der Korrelationskoeffizient der
Kalibriergeraden betraumlgt 09779 Die Bestimmungsgrenze des Bromats liegt in
der Verduumlnnung bei 264 microgmiddotL-1 in der Probe bei 132 microgmiddotL-1
Anhand der ersten aufgenommenen Ergebnisse werden einige Modifikationen
in der Methode durchgefuumlhrt
433 Aufnahme des Absorptionsmaximums von Bromat
Um die Empfindlichkeit des Systems zu steigern wird immer bei dem jeweiligen
Absorptionsmaximum gemessen soweit dies moumlglich ist Es wird ein Bromat-
Spektrum von 200 bis 900 nm aufgenommen Die Aufnahme in Abb 13 zeigt
zwei Maxima des Bromats Das erste Maximum welches auch das intensivere
der beiden ist liegt bei 288 nm Das zweite Maximum ist bei ca 350 nm zu
erkennen
Abb 13 Spektrum von Bromat
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
33
434 Unterschiede von Reinst- und Meerwasser bei 288 nm und 352 nm
Werden die Chromatogramme von Reinstwasser bei unterschiedlichen
Wellenlaumlngen verglichen (s Abb 14 und Abb 16) ist zu erkennen dass die
Negativpeak bei 288 nm viel intensiver ausgepraumlgt ist als bei 352 nm Die
Basislinie bei 288 nm erscheint auch ruhiger da die Intensitaumlt von ndash16 bis 16
mAU verlaumluft Die Intensitaumlt des Chromatogramms bei 352 nm erstreckt sich
von ndash1 bis 1 mAU
Der Vergleich der Abb 14 und Abb 15 macht deutlich dass Reinstwasser eine
ruhigere Basislinie hat Das Meerwasser zeigt durchgehend ein sehr unruhiges
Chromatogramm vor allem zwischen 6 min und 10 min sind starke Spruumlnge
zu erkennen (s Abb 15)
Die Chromatogramme bei 288 nm (Abb 16 und Abb 17) zeigen sehr aumlhnliche
stabile Basislinien Bei Meerwasser ist ein Peak mit einer Retentionszeit von 88
Abb 14 Reinstwasser bei 352 nm gemessen Abb 15 Meerwasser bei 352 nm gemessen
Abb 16 Reinstwasser bei 288 nm gemessen Abb 17 Meerwasser bei 288 nm gemessen
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
34
min zu erkennen der schon in Abschnitt 432 erwaumlhnt wurde Auszligerdem
besitzt Meerwasser im Chromatogramm zwei Negativpeaks
435 Veraumlnderung der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten
Es ist bekannt dass Bromat bei 10 min eluiert Die Chromatogramme in den
Abb 15 und Abb 17 zeigen jedoch dass in diesem Bereich die Basislinie sehr
unruhig ist Die Messung von Meerwasser zeigt bei 352 nm ab der 10 min
einen Abfall der Basislinie auch bei 288 nm ist dieser Abfall jedoch viel
intensiver zu beobachten Auch eine Basislinientrennung mit dem
vorhergehenden Peak bei 288 nm ist nicht zu gewaumlhrleisten Eine Veraumlnderung
der Durchflussgeschwindigkeit des Eluenten soll zwei Probleme loumlsen
Eine Erhoumlhung der Durchflussgeschwindigkeit machte keinen Sinn da bei einer
Retentionszeit um 10 min einige Peaks nicht richtig getrennt werden
Schlussfolgernd muss die Durchflussgeschwindigkeit gesenkt werden Durch
Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit eluiert Bromat erst nach 141 min
Der Bromatpeak in den nachfolgenden Abb 18 bis Abb 20 entspricht jeweils 5
microgmiddotL-1 Bromat im Meerwasser Abb 18 und Abb 19 geben die Veraumlnderung
des Retentionsverhaltens von Bromat bei unterschiedlichen Durchfluss-
geschwindigkeiten des Eluenten bei 352 nm wieder Dabei ist zu erkennen
dass bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 07 mLmin-1 keine
Basislinientrennung erfolgt bei 05 mLmin-1 der Bromat-Peak jedoch getrennt
ist Abb 20 und Abb 21 zeigen Chromatogramme von Bromat im Meerwasser
bei 288 nm Dort konnte durch die Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit
der Negativpeak von dem Bromatpeak besser getrennt werden (s Abb 20) Ein
Nachteil ist jedoch dass der Bromat-Peak an Peakhoumlhe verliert und breiter
wird Dies ist sowohl bei 288 nm als auch bei 352 nm zu beobachten
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
35
Die besten Trennergebnisse werden bei einer Durchflussgeschwindigkeit von
05 mLmin-1 erzielt Ein weiterer positiver Effekt durch Verringerung der
Durchflussgeschwindigkeit ist die Abnahme des Rauschens der Basislinie
436 Veraumlnderung der Molaritaumlt der Schwefelsaumlure im Eluenten
Das Trennverhalten der Chromatographie ist im Wesentlichen von dem
Eluenten abhaumlngig Laut Applikation wird ein 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure-
Eluent verwendet Es ist herauszufinden ob dieser Eluent der optimale Eluent
fuumlr die Bestimmung von Bromat in Meerwasser ist Dazu wurden
Zehnfachbestimmungen von 10 microgL-1 Bromat in Meerwasser bei jeweils
unterschiedlichen Molaritaumlten der Schwefelsaumlure durchgefuumlhrt Die Molaritaumlt
von 193 micromolL-1 Ammoniumheptamolybdat blieb unveraumlndert Die
Aufzeichnung der Chromatogramme erfolgte bei 288 nm sowie bei 352 nm Die
Messergebnisse sind den Abschnitten 814 und 815 zu entnehmen
Abb 18 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 05 mLmin-1
Abb 19 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
352 nm und 07 mLmin-1
Abb 20 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei 288 nm und 05 mLmin
-1
Abb 21 5 microgmiddotL-1
Bromat in Meerwasser bei
288 nm und 07 mLmin-1
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
36
Die untersuchten Molaritaumlten sind 50 70 80 90 und 100 mmolL-1
Schwefelsaumlure im Eluenten Die Eluenten von 70 bis 100 mmolL-1 zeigen kaum
Unterschiede in den Mittelwerten bei beiden Wellenlaumlngen Ein deutlicher
Unterschied zeigt der 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluent Dort werden bei 288
nm 10 und bei 352 nm sogar 15 geringere Peakflaumlchen ausgehend vom
Mittelwert aufgezeichnet Ebenso sind die Standardabweichungen mit 0074
(288 nm) und 0105 (352 nm) die houmlchsten in den untersuchten Molaritaumlten Die
Standardabweichung des 70 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten betraumlgt 0109
und liegt damit im Bereich des 50 mmolL-1 Schwefelsaumlure-Eluenten bei 352
nm Die meisten Ausreisser hat es bei dem Eluenten mit 50 mmolL-1 sowie bei
70 mmolL-1 gegeben Zwischen 80 und 100 mmolL-1 gibt es bei 288 nm jeweils
einen Ausreisser und bei 352 nm gar keinen
Die Abb 22 zeigt die Auftragung der Molaritaumlten der Schwefelsaumlure gegen die
Peakflaumlchen Die obere Kurve spiegelt das Verhalten bei 288 nm und die untere
Kurve bei 352 nm wieder Es werden die Mittelwerte sowie die houmlchste und
geringste absolute Abweichung als Toleranzen eingezeichnet Die geringsten
Schwankungen zeigen die Peakflaumlchen bei 288 nm und 100 mmolL-1
Abb 22 Darstellung der Peakflaumlchen gegen die Molaritaumlt bei unterschiedlichen Wellenlaumlngen
und die Abweichung
Allgemein wird festgestellt dass durch houmlhere Schwefelsaumlure-Konzentrationen
geringere Retentionszeiten des Bromats erreicht werden Die Peakflaumlchen bei
Abhaumlngigkeit der Flaumlche zu der Molaritaumlt des Eluenten
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
50 70 80 90 100
Molaritaumlt des Eluenten [mmolL]
Peakflaumlche
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
288 nm
352 nm
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
37
288 nm sind um 30 houmlher als die bei 352 nm Daher wird im Folgenden bei
einer Wellenlaumlnge von 288 nm analysiert
Die nachfolgende Kalibrierungen wird mit bei 100 mmolL-1 Schwefelsaumlure und
bei einer Wellenlaumlnge von 288 nm aufgenommen
437 Kalibrierung
Die Kalibrierung wird als Fuumlnfpunkt-Kalibrierung durchgefuumlhrt Aus der
Stammloumlsung werden Verduumlnnungen von 10 bis 50 microgL-1
hergestellt Nach der
15 Verduumlnnung entsprechen die Kalibrierungspunkte in Zweierschritten 2 bis
10 microgL-1 Es wurden ebenfalls Verduumlnnungen mit einer Konzentration von 1
15 3 sowie 5 microgL-1 hergestellt Diese Ergebnisse zeigten jedoch keine
Verbesserung Die Kalibrierungspunkte 1 und 15 microgL-1 konnten nicht
ausgewertet werden da die Signal-Rausch-Verhaumlltnisse unterhalb von 3 liegen
(vgl Tab 8) Erst der Bromat-Peak ab 2 microgL-1 besitzt ein Signal-Rausch-
Verhaumlltnis groumlszliger 3
Bei den nachfolgenden Ergebnissen der Kalibrierung wurden eine Sicherheit
von 99 sowie eine relative Unsicherheit von 33 gewaumlhlt
Die Kalibrierung bei 100 mmolL-1 zeigt eine Linearitaumlt mit einem
Korrelationskoeffizienten von 09989 Laut DIN 32645 sollte die Nachweis-
grenze um einen Faktor 10 geringer sein als der houmlchste Kalibrierpunkt Die
Nachweisgrenze liegt bei 067 microgL-1 und der houmlchste Kalibrierpunkt liegt bei 10
microgL-1 Da die Kalibrierpunkte 2 4 6 8 und 10 microgL-1 entsprechen ist die
Anforderung von DIN 32645 somit erfuumlllt Eine Bestimmungsgrenze von 1996
microgmiddotL-1 wird erreicht Da diese Werte Konzentrationen nach der Verduumlnnung
(15) angeben sind die Konzentrationen in der Originalloumlsung fuumlnffach houmlher
Dies ergibt eine Bestimmungsgrenze in der Probe von 998 microgmiddotL-1 Da die
Bestimmungsgrenze kleiner ist als der niedrigste Kalibrierpunkt ist die gesamt
Kalibriergerade abgesichert Das bedeutet dass uumlber den gesamten Bereich
der Kalibriergerade quantifiziert werden kann
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
38
Ein Peak kann als Peak quantitativ ausgewertet werden wenn das Signal-
Rausch-Verhaumlltnis mindestens 3 betraumlgt Bei den Konzentrationen im unteren
Kalibrierbereich ergaben sich folgende Verhaumlltnisse
Tab 8 Darstellung der Signal-Rausch-Verhaumlltnisse der verschiedenen Bromatkonzentrationen
Konzentration Bromat
[microgmiddotL-1
]
Peakhoumlhe [mm]
(stark vergroumlszligert)
Rauschen [mm]
(stark vergroumlszligert)
Signal-Rausch-
Verhaumlltnis
1 8 6 13
15 8 3 27
2 7 2 35
Es wurde eine Sicherheit von 99 gewaumlhlt da die Sicherheit von 95 eine
Bestimmungsgrenze von 121 microgmiddotL-1 liefert Diese Bestimmungsgrenze wird
nicht gewaumlhlt da das Signal-Rauschverhaumlltnis kleiner als 3 ist
Abb 23 zeigt die Linearitaumlt von 2 bis 10 microg∙L-1 von Bromat im Meerwasser
Abb 23 Darstellung der Kalibrierpunkte sowie die Regressionsgerade
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Methodenentwicklung
39
438 Zusammenfassung der Messparameter zur Analytik der Meerwasser-und Ballastwasser-Proben
Anhand der aufgefuumlhrten Parameter aus Tab 9 wird die Kalibriergerade
aufgenommen und die Proben gemessen
Tab 9 Chromatographische Parameter der Bromat-Bestimmung mittels Triiodid-Methode fuumlr
die Messung von Bromat im Meerwasser
Parameter Einstellung
Fluss des Eluenten 05 mLmin-1
Fluss des Reagenz 02 mLmin-1
Molaritaumlten im Eluenten 100 mmolL-1
H2SO4
193 micromolL-1
(NH4)6Mo7O24
Molaritaumlt des PCR Reagenzes 027 molL-1
KI
Injektionsvolumen 1000 microL
Wellenlaumlnge 288 nm
Standardreihe 10 ndash 50 microgL-1
Verduumlnnung 15
Nachweisgrenze 335 microgL-1
Bestimmungsgrenze 998 microgL-1
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
40
5 Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
51 Messung von Elbe-Proben
Es wurden jeweils zwei Probenahmen aus der Elbe vorgenommen Die erste
Probenahme fand am 25072012 um 1445 Uhr und die zweite am 28082012
um 1300 Uhr statt Beide Proben wurden vakuumfiltriert und gekuumlhlt gelagert
bis diese gemessen wurden
Wie in und Abb 24 und Abb 25 zu erkennen ist ist dort kein Bromatpeak
erkennbar Der einzige Peak der zu erkennen ist ist der Negativpeak nach der
10 Minute der in jedem Chromatogramm aufgezeichnet wird
Abb 25 Elbewasser vom 28082012
Abb 24 Elbewaser vom 25072012
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
41
52 Messung von Ballastwasser-Proben
Die Ballastwasser-Proben wurden von der Firma Grontmij Nederland BV zur
Verfuumlgung gestellt Es handelt sich um Proben die in einer Pilotanlage
behandelt wurden also nicht in einer Behandlungsanlage auf einem Schiff
Es werden insgesamt fuumlnf Proben
untersucht (s Abb 26) Bei den
Proben handelt es sich um zwei
Kontrollen jeweils eine unbehandelte
Trinkwasserprobe sowie eine
unbehandelte Meerwasser-Probe
Des Weiteren wird sowohl eine
neutralisierte Trinkwasser-Probe
untersucht als auch eine behandelte
Meerwasser-Probe Die Meerwasser-
Probe wurde mittels Elektrochloration behandelt Tab 10 zeigt
zusammenfassend die Proben mit der jeweiligen Behandlungsmethode sowie
Neutralisierung
Tab 10 Wasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based testing)
Nr Name Behandlung Neutralisation
1 Kontrolle Trinkwasser Keine Keine
2 Trinkwasser 8 mg Cl2L-1
NaHSO3
3 Kontrolle Meerwasser Keine Keine
4 Meerwasser 8 mg Cl2L-1
Keine
5 Meerwasser Elektrochloration Keine
Abb 26 Ballastwasser-Proben aus der Pilotanlage [23]
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar
81 Ergebnisse und Kalibrationsdaten der Methodenentwicklung
R2 Regressionskoeffizient
m Anzahl der Messungen
n Anzahl der Kalibrierpunkte
S Standardabweichung
Sy Reststandardabweichung
Sx Verfahrensstandardabweichung
NWG Nachweisgrenze
MW Mittelwert
811 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [mgmiddotL-1
] Peakflaumlche
2 14886
4 32544
5 41847
10 89966
20 192572
Anhang
54
Regressionsgerade y=096881x-03819 R2 =09985
Sx Sy NWG
028125 02725 060 mgmiddotL-1
812 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 413
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=7
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 00160
25 00178
50 00397
100 00566
150 00846
200 01041
250 01392
Regressionsgerade y=000051x+000726 R2=09918
Sx Sy NWG
8919 0005 213 microgmiddotL-1
Anhang
55
813 Kalibrationsdaten der Leitfaumlhigkeitsdetektion aus Abschnitt 414
Anionenaustauschersaumlule Metrosep A Supp 5-250
m=1 n=5
Konzentration an Bromat [microgmiddotL-1
] Peakflaumlche
20 nn
25 nn
50 00174
100 00396
150 00511
200 00682
250 00935
Regressionsgerade y= 000036x-00003 R2=09854
Sx Sy NWG
11102 0004 379 microgmiddotL-1
814 Kalibrationsdaten der Triiodid-Methode aus Abschnitt 432
Anionenaustauschersaumlule Phenomenex Ion Star A300 HC
m=1 n=10 bzw 6
Anhang
56
Regression A (Verduumlnnung 120) Regression B (Verduumlnnung 15)
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
Peakflaumlche
05 00598 05 00522
10 00949 10 00939
15 01221 15 k M
20 01461 20 02298
25 03393 25 k M
30 03140 30 05729
35 03171 35 k M
40 04145 40 07033
45 04575 45 k M
50 04733 50 08760
Regressionsgerade A y=009951x+000021 R2=09358
Sx Sy NWG
0421 0042 094 microgmiddotL-1
Regressionsgerade B y=019467x-00815 R2=09779
Sx Sy NWG
0293 0057 079 microgmiddotL-1
Anhang
57
814 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 288 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 2291 2403 2246 2371 2386
2 2115 2275 2281 2607 2347
3 2145 2219 2308 2354 2361
4 35693 2315 2260 2466 2357
5 2186 2380 2310 2324 2431
6 23353 2413 2306
2 2347 2976
4
7 08123 2554 2348 2362 2389
8 2156 26581 2177 2782 2361
9 2048 26371 2279 2336 2340
10 2161 25411 2254 2331 2339
MW 2157 2366 2274 2389 2368
Sx 0074 0109 0049 0092 0030
Ausreisser 4 6 7 8 9 10 6 8 6
Retentionszeit 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
1 keine Basislinientrennung nicht beruumlcksichtigt
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
3 Spikes im Peak nicht beruumlcksichtigt
4 unruhige Basislinie nicht beruumlcksichtigt
Anhang
58
815 Ergebnisse der Zehnfachbestimmung bei 352 nm aus Abschnitt 436
Peakflaumlchen
der 10-fach
Bestimmung
Molaritaumlt des Eluenten
50 mmolmiddotL-1
70 mmolmiddotL-1
80 mmolmiddotL-1
90 mmolmiddotL-1
100 mmolmiddotL-1
1 1620 1751 1717 1710 1699
2 1451 1775 1690 1721 1643
3 1400 1708 1669 1743 1695
4 3366 1726 1711 1722 1771
5 1481 1782 1762 1645 1710
6 4057 1726 17522 1648 1764
7 0649 1683 1814 1711 1770
8 1476 1791 1603 1658 1641
9 1338 1866 1684 1705 1703
10 1617 1876 1686 1732 1655
MW 1483 1768 1709 1700 1705
Sx 0105 0064 0058 0036 0050
Ausreisser 4 6 7 keine keine keine keine
tR 168 min 145 min 142 min 140 min 138 min
2 tR abweichend tR=1471 min nicht beruumlcksichtigt
Anhang
59
815 Kalibrationsdaten der Triiodidmethode aus Abschnitt 437
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=9
4
m=8
6
m=9
8
m=9
10
m=10
1 0202 0446 0810 0931 1090
2 0205 0395 0729 0968 1136
3 0199 kE (0570) 0887 1274
4 (0077) 0475 0596 0919 1086
5 0217 0542 0696 0752 1065
6 0216 0380 0651 0838 1232
7 0166 (0576) 0636 0893 1120
8 0153 0355 0622 0863 1010
9 0262 0553 0694 0819 1270
10 0221 0413 0677 kE 1022
MW 0205 0446 0679 0874 1131
Sx 0032 0074 0064 0065 0097
Regressionsgerade y=011407x-00178 R2=09986
Sx Sy NWG
0134 0015 067microgmiddotL-1
Anhang
60
816 Messergebnisse der Kalibrierung aus Abschnitt 52
Konzentration an
Bromat [microgmiddotL-1
]
2
m=2
4
m=2
6
m=2
8
m=2
10
m=2
1 0194 0489 0617 0769 1067
2 0203 0437 0690 0836 1076
MW 0199 0463 0654 0803 1071
Sx 0006 0037 0052 00476 0006
Regressionsgerade y=010426x+001236 R2=09908
Sx Sy
0352369 0036736
817 Messergebnisse der Ballastwasser-Proben aus Abschnitt 52
Probe 1 2 3 4 5
Messung 1 0590 0326 0214 nn nn
Messung 2 0658 0270 0286 nn nn
Anhang
61
82 Arbeitsvorschrift zur Bestimmung von Bromat im Meerwasser
1 Herstellen der Reagenzien
Fuumlr die Herstellung des Eluenten werden jeweils zwei Loumlsungen im Vorwege
angesetzt Um eine 1 molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung zu erhalten werden aus
einer 96 -igen Schwefelsaumlure 555 mL auf 1000 mL mit entgastem
Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr eine 2 mmolmiddotL-1 Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen werden 02471 g des Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat
eingewogen und auf 100 mL verduumlnnt Anschlieszligend werden 100 mL der 1
molmiddotL-1 Schwefelsaumlure-Loumlsung sowie 965 mL Ammoniumheptamolybdat-
Loumlsungen auf 1000 mL mit Reinstwasser verduumlnnt Fuumlr die Kaliumiodid-Loumlsung
werden 45 g eingewogen und auf 1000 mL verduumlnnt
2 Ansetzen einer Kalibrierungsstandards
Es werden 01180 g getrocknetes Bromat eingewogen und auf 100 mL mit
entgastem Reinstwasser aufgefuumlllt Daraus wird durch zweifache 1100
Verduumlnnung eine Loumlsung mit der Konzentration von 100 microgmiddotL-1 (nachfolgend
Bromat-Lsg genannt) hergestellt Die nachfolgende Tabelle stellt das
Pipettierschema dar
Standard Bromatkonzentration
[microgmiddotL-1
]
Bromat-Lsg
[mL]
Reinstwasser
[mL]
STD1 10 5 45
STD2 20 10 40
STD3 30 15 35
STD4 40 20 30
STD5 50 25 25
Anhang
62
2 Einlaufen der IC
Vor jeder Messung muss die IC eingefahren werden Nach dem Anstellen aller
Geraumlte wird als erstes die Methode bdquo Bromat Triiodid Methode Startup HWldquo
gestartet Diese Methode dient zum Einfahren des Geraumltes und nimmt uumlber 30
Minuten ein Chromatogramm auf Es muss sich eine stabile Basislinie bilden
3 Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben
Die Messung der Kalibrierungsstandards und der Proben erfolgt mit der
Methode bdquoTriiodid Methode zur Bromat-Bestimmungldquo ausgewaumlhlt
4 Aufnahme eines Spektrums
Zur Aufnahme eines Bromat-Spektrums muss die Methode bdquoBromat Triiodid
Methode Spektrumldquo gewaumlhlt werden
5 Anmerkung
Vor und nach jeder Messung ist Reinstwasser zu messen Dies dient der
Uumlberpruumlfung der Basislinie und ob es zu Verschleppungen im System kommt
6 Entsorgung der Bromatabfaumllle
Bromatabfaumllle sind in einem Kanister zu sammeln und mit einer 01 molmiddotL-1
Natriumthiosulfat-Loumlsung zu neutralisieren
Eidesstattliche Erklaumlrung
Ich erklaumlre hiermit dass
1 ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstaumlndig unter Anleitung verfasst und
keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe
2 die Uumlbernahme woumlrtlicher Zitate aus der LiteraturInternet sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet wurde
3 ich meine Bachelorarbeit bei keiner anderen Pruumlfung vorgelegt habe
Ich bin mir bewusst dass eine falsche Erklaumlrung rechtliche Folgen haben wird
Ort Datum Unterschrift
Anwendung der Methode und Diskussion der Ergebnisse
42
Vor jeder Messung findet eine Kalibrierung statt Die Kalibrierung zeigt einen
Korrelationskoeffizienten von R2=09908 Aus der Geradengleichung werden
die Bromatkonzentrationen berechnet Die Messergebnisse sind in Abschnitt
816 zusammengefasst
Tab 11 Ergebnisse der Ballastwasser-Proben aus eine Ballastwasser-Pilotanlage (Land based
testing) Die erste Angabe der Verduumlnnung bezieht sich auf die manuelle Probenverduumlnnung und die Verduumlnnung in den Klammern auf die automatische Verduumlnnung der Methode und stellt somit den letztendlichen Verduumlnnungsfaktor dar