⚗️ Anionische Tenside in Wasser und Abwasser — der Methylenblau-Index (MBAS): Extraktion mit Chloroform und Messung der Extinktion bei 650 nm

Physikochemie PN-EN 903

Übersicht

PN-EN 903:2002 (EN 903:1993, die auf einer modifizierten ISO 7875-1:1984 beruht) legt ein spektrometrisches Verfahren zur Bestimmung anionischer Tenside durch Messung des Methylenblau-Index (MBAS) im aquatischen Milieu fest. Natürliche und synthetische anionische oberflächenaktive Stoffe werden als gegenüber Methylenblau aktive Stoffe bestimmt — ein Summenparameter, der MBAS-Index genannt wird. Das Verfahren (sein Anwendungsbereich nach der neueren Ausgabe, ISO 7875-1:1996, beschrieben) gilt für Trinkwasser, Oberflächenwasser und Abwasser, z. B. zur Beurteilung des Primärabbaus von Tensiden in Prüfsystemen mit natürlichem oder synthetischem Abwasser, im Labor- und im technischen Maßstab; in den Abläufen kommunaler Kläranlagen umfasst der MBAS-Index nicht nur synthetische, sondern in erheblichem Maße auch natürliche anionische oberflächenaktive Stoffe. Der Konzentrationsbereich ist 0,1–5,0 mg/l, die Nachweisgrenze etwa 0,05 mg/l für Standardtenside in destilliertem Wasser. Die Verordnung von 2019 (Dz.U. 2019 Pos. 1311 — poln. Gesetzblatt) nennt PN-EN 903 (molekulare Absorptionsspektrophotometrie) als Referenzverfahren für anionische Tenside im Abwasser.

Die Bestimmung beruht auf der Bildung von Ionenpaaren zwischen dem Methylenblau-Kation und dem Tensidanion, die sich mit Chloroform quantitativ extrahieren lassen; bestimmt werden vor allem organische Sulfate und Sulfonate, es können jedoch positive Einflüsse auftreten (organische Sulfate, Sulfonate, Carboxylate, Phenole, anorganische Anionen wie Cyanat, Nitrat, Thiocyanat, Sulfid) sowie negative (kationische Stoffe — quartäre Ammoniumverbindungen, Proteine —, die mit den anionischen Tensiden Komplexe bilden); deshalb ist es richtiger, das Ergebnis eher als MBAS-Index denn als „anionische Tenside" zu bezeichnen. Die Proben werden nicht durch eine Schaumschicht genommen; die Glasflaschen werden mit Methanol gereinigt; kurze Aufbewahrung bei 4 °C, längere mit einem Konservierungsmittel (1 % von 40%igem Formaldehyd bis zu 4 Tage, Sättigung mit Chloroform bis zu 8 Tage); in Oberflächenwässern unbekannter Zusammensetzung lassen sich die Tenside durch Ausblasen mit Gas (Sublation) in einer Apparatur mit Ethylacetat von anderen aktiven Stoffen abtrennen.

Prinzip der Methode

Bildung der Methylenblau-Salze der anionischen Tenside im alkalischen Milieu, Extraktion dieser Salze mit Chloroform und saure Behandlung der Chloroformlösung; Beseitigung der Störungen durch Extraktion des Komplexes Tensid–Methylenblau aus der alkalischen Lösung und Schütteln mit einer sauren Lösung des Blaus. Messung der Extinktion der abgetrennten organischen Phase beim Absorptionsmaximum von 650 nm und Auswertung anhand einer Kalibrierkurve. Der Standard ist der Methylester der Dodecylbenzolsulfonsäure (Typ Tetrapropylen, Molmasse 340 g/mol; 400–450 mg werden 1 h unter Rückflusskühler in 50 ml ethanolischer NaOH verseift, mit H₂SO₄ 0,5 mol/l gegen Phenolphthalein neutralisiert und auf 1000 ml verdünnt; mindestens 6 Monate haltbar; zugelassen sind auch die Natriumsalze der Dodecan-1-sulfonsäure, des Dodecan-1-yl-hydrogensulfats (Dodecylsulfat) oder der Dioctylsulfobernsteinsäure), und der MBAS-Index wird als Natriumdodecylbenzolsulfonat berechnet. Reagenzien: neutrale Methylenblaulösung (0,350 g/l, mindestens 24 h vor der Verwendung angesetzt, mindestens 2 Wochen haltbar; die Extinktion der blinden Chloroformphase muss ≤ 0,2 je 10 mm sein, andernfalls wird sie durch Extraktion gereinigt: auf 100 ml der Lösung 200 ml Puffer und 200 ml Chloroform, 30 s schütteln, die Chloroformschicht ablassen und die wässrige Schicht mit 60 ml Chloroform nachspülen, zweimal), saure Methylenblaulösung (0,350 g in 500 ml Wasser + 6,50 ml H₂SO₄ von 1,84 g/ml, auf 1000 ml aufgefüllt; Blindwert ≤ 0,02 je 10 mm), Puffer pH 10 (24 g NaHCO₃ + 27 g wasserfreies Na₂CO₃ auf 1000 ml; für sehr harte Wässer alternativ eine alkalische Boratlösung aus gleichen Volumina 0,05 mol/l Na₂B₄O₇·10H₂O und 0,1 mol/l NaOH), Chloroform, Ethanol 95 %, Methanol, H₂SO₄ 0,5 mol/l, ethanolische NaOH und Phenolphthalein. Apparatur: ein Spektrometer, das bei 650 nm messen kann, mit Küvetten von 10 mm, Scheidetrichter (z. B. 250 ml), Messkolben von 50 ml, Glasfaser- oder weiche Cellulosefilter und — optional — eine Apparatur zum Ausblasen (zur Sublation).

Anwendungen

• Kommunales und industrielles Abwasser (Wäschereien, Kosmetik, Detergenzien) — Referenzverfahren für anionische Tenside nach Dz.U. 2019 Pos. 1311
• Abläufe von Kläranlagen — Beurteilung des Primärabbaus von Tensiden im Labor- und im technischen Maßstab
• Oberflächenwässer (Flüsse, Seen) — Überwachung der Verunreinigung durch Detergenzien; bei unbekannter Matrix mit Sublation
• Trinkwasser — Bestätigung, dass keine Rückstände anionischer Tenside vorliegen (bis 0,05 mg/l)
• Laboratorien von Wasserwerken und des Umweltschutzes — die klassische Extraktion mit spektrophotometrischer Messung

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN 903:2002 (EN 903:1993; ISO 7875-1:1984 MOD)

Titel (PL)

Jakość wody — Oznaczanie surfaktantów anionowych przez pomiar indeksu błękitu metylenowego MBAS

Title (EN)

Water quality — Determination of anionic surfactants by measurement of the methylene blue index MBAS

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Probenahme und Aufbewahrung

   Nimm die Probe — nicht durch die Schaumschicht — in eine saubere, mit Methanol gereinigte Glasflasche; kühle sie auf 4 °C; gib bei einer Aufbewahrung über 24 h 1 % (V/V) von 40%igem Formaldehyd zu (bis zu 4 Tage) oder sättige sie mit Chloroform (bis zu 8 Tage). Schwebstoffe können abzentrifugiert werden (an Schwebstoffen adsorbiertes Tensid wird nicht bestimmt).

2. Extraktion

   Überführe in einen Scheidetrichter ein abgemessenes Probenvolumen, das 20–200 µg MBAS enthält (fülle weniger als 100 ml mit Wasser auf 100 ml auf), gib 5,0 ml der neutralen Methylenblaulösung, 10 ml des Puffers pH 10 und 15 ml Chloroform zu; schüttle gleichmäßig (am besten in der senkrechten Ebene) mindestens 1 min und lass die Phasen sich trennen.

3. Waschen des Extrakts

   Überführe die Chloroformschicht möglichst vollständig in einen zweiten Scheidetrichter mit 110 ml Wasser und 5 ml der sauren Methylenblaulösung; schüttle mindestens 1 min und lass sie sich trennen.

4. Filtration und Wiederholung

   Filtriere die Chloroformschicht über ein mit Chloroform angefeuchtetes Glasfaserfilter in einen 50-ml-Messkolben; wiederhole die Extraktion aus dem ersten und dem zweiten Scheidetrichter (z. B. zweimal mit 10 ml Chloroform) und filtriere in denselben Kolben; fülle mit Chloroform bis zur Marke auf und mische.

5. Messung

   Miss die Extinktion des Extrakts bei 650 nm in einer Küvette von 10 mm gegen reines Chloroform; führe für jede Probenserie einen Blindwert mit 100 ml destilliertem Wasser durch das gesamte Verfahren.

6. Kalibrierung

   Gib in die Scheidetrichter 0; 1; 2; 4; 6; 8 ml der verdünnten Standardlösung (z. B. 20 µg/ml Natriumdodecylbenzolsulfonat), fülle mit Wasser auf 100 ml auf und verfahre wie mit einer Probe; zeichne die Kurve Extinktion gegen Konzentration (einschließlich der Nulllösung).

7. Berechnung

   Lies den MBAS-Index (als Natriumdodecylbenzolsulfonat) aus der Kurve ab oder berechne ihn: c = (A₁ − A₀)·f₁/V, wobei A₁ die Extinktion der Probe ist, A₀ die des Blindwerts, f₁ der Kalibrierfaktor (die Masse an MBAS, die eine Extinktion von 1,000 ergibt) und V das Volumen der Probe; gib ihn in mg/l (µg/l) an.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Chloroform ist giftig und steht im Verdacht, krebserzeugend zu sein — alle Extraktionen im Abzug ausführen, lösungsmittelbeständige Handschuhe tragen, Chloroformabfälle entsorgen
• Ethylacetat (Sublation) — leicht entzündlich; die Apparatur in einem gut belüfteten Abzug betreiben
• Formaldehyd (Konservierung) — Arbeit im Abzug, Handschuhe
• Schwefelsäure und ethanolische NaOH — Schutzbrille und Handschuhe

Häufige Fragen