🧫 Wassergehalt — Destillationsverfahren mit Xylol

Petrochemie ASTM D 95

Übersicht

ASTM D95 ist das amerikanische Gegenstück zur Norm ISO 3733 und beschreibt die destillative Bestimmung des Wassergehalts in Mineralölerzeugnissen und bitumenhaltigen Stoffen. Das Verfahren beruht auf demselben Phänomen der azeotropen Destillation wie ISO 3733, weist jedoch gewisse verfahrenstechnische Unterschiede bei der Auswahl der Apparatur, dem Lösungsmittelvolumen und den Bewertungskriterien auf.

Wasser ist eine der häufigsten Verunreinigungen von Mineralölerzeugnissen; es tritt bei der Förderung (Lagerstättenwasser), der Verarbeitung (technologische Prozesse), der Lagerung (Kondensation, Undichtheiten von Tanks) und der Distribution (Regenwasser in Tankwagen) auf. Seine Anwesenheit verursacht: Korrosion von Tanks und Rohrleitungen, Einfrieren in Kraftstofffiltern (Dieselkraftstoff), Abbau von Additiven, Vermehrung von Mikroorganismen (Biofilm in Kraftstofftanks), Abnahme der Durchschlagfestigkeit von Transformatorenölen sowie Fahrbahnschäden im Fall von Bitumen.

Das Destillationsverfahren D95 erfasst sowohl freies als auch emulgiertes Wasser. Es ist einfacher und kostengünstiger als das Karl-Fischer-Verfahren (ASTM D6304), hat aber eine höhere Nachweisgrenze (~0,02 % v/v). Für Proben mit sehr niedrigem Wassergehalt (<0,05 %) wird das coulometrische Karl-Fischer-Verfahren empfohlen. Das Verfahren D95 ist dagegen unersetzlich bei dunklen, hochviskosen Proben, die Asphaltene oder Schwefel enthalten (die die KF-Titration stören).

Die Norm ASTM D95 hat eine lange Geschichte — die erste Ausgabe stammt aus dem Jahr 1930, was sie zu einem der ältesten Standardverfahren für die Prüfung von Mineralölerzeugnissen macht. Trotz der vergangenen Jahre ist das Prinzip des Verfahrens unverändert geblieben, was seine Zuverlässigkeit und Universalität bestätigt.

SUCHSCHLÜSSEL KORRIGIERT (23.09.2026). Das Schlüsselfeld hatte die Form „ASTM D95" ohne Leerzeichen und ergab null, während die Akkreditierungsbereiche diese Nummer mit Leerzeichen schreiben — „ASTM D 95-23ɛ1" zweimal, „ASTM D 95-23e1" einmal und nur „ASTM D 95" einmal, zusammen 4 Einträge bei 3 Laboratorien. Das ist dieselbe Familie wie das gesperrt geschriebene Präfix bei PN-Normen, nur in der amerikanischen Bezeichnung. Vor der Änderung geprüft: das Präfix „ASTM D 95" zieht keine anderen Nummern der Reihe D mit hinein.

Prinzip der Methode

Die eingewogene Probe des Mineralölerzeugnisses wird in den Destillierkolben gegeben und mit einem Überschuss eines mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittels vermischt (Xylol, Toluol oder ein anderer Kohlenwasserstoff — ASTM D95 bevorzugt Xylol). Der Kolben wird erhitzt — Xylol bildet mit Wasser ein Azeotrop, das bei ~95 °C siedet (niedriger als reines Xylol mit ~140 °C). Die Dämpfe des Azeotrops kondensieren im Rückflusskühler und fließen in die kalibrierte Dean-Stark-Vorlage. Das Wasser (dichter) sammelt sich am Boden der Vorlage, und das Xylol (leichter) fließt über den Überlauf in den Kolben zurück. Die Destillation dauert, bis sich kein Wasser mehr ansammelt (konstanter Stand über mind. 5 min). Das Wasservolumen wird an der Skala abgelesen und als Prozentanteil der Probe berechnet.

Anwendungen

• Qualitätskontrolle von Rohöl (Abnahme an der Lagerstätte)
• Prüfung neuer und gebrauchter Schmieröle
• Kontrolle von Transformatorenölen (Energiewirtschaft)
• Prüfung von Kraftstoffen — Dieselkraftstoff, schwere Heizöle (HFO)
• Analyse von Straßenbaubitumen und Bitumenemulsionen
• Prüfung von Schmierfetten und Erdölwachsen
• Kontrolle von Altölen vor der Aufbereitung
• Prüfung von Teeren und bitumenhaltigen Dämmstoffen

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

ASTM D95-13(2018)

Titel (PL)

Zawartość wody w produktach naftowych i materiałach bitumicznych metodą destylacji

Title (EN)

Standard Test Method for Water in Petroleum Products and Bituminous Materials by Distillation

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Zusammenbau und Prüfung der Apparatur

   Dean-Stark-Destillationsapparatur zusammenbauen: Kolben 500 mL + Vorlage + Kühler. Dichtheit der Schliffe prüfen (Silikonfett). Kühlwasserkreislauf prüfen.

   ⏱ Zeit: 10 min

2. Reinigung der Vorlage

   Vorlage mit Chromschwefelsäure oder Aceton reinigen. Mit Wasser, danach mit Aceton ausspülen. Im Luftstrom trocknen. Die Vorlage muss absolut sauber und trocken sein.

   ⏱ Zeit: 10 min

3. Kalibrierung der Vorlage (optional)

   Genau abgemessenes Wasservolumen (z. B. 1,0 mL mit der Pipette) zu 100 mL Xylol geben. Destillieren. Die Ablesung in der Vorlage sollte 1,0 ±0,05 mL betragen (Wiederfindung ≥95 %).

   ⏱ Zeit: 90 min

4. Einwaage der Probe

   100–200 g Probe des Mineralölerzeugnisses in den Destillierkolben einwägen. Bei hohem erwartetem Wassergehalt — kleinere Einwaage (50–100 g). Masse auf 0,1 g genau notieren.

   ⏱ Zeit: 5 min

5. Zugabe des Lösungsmittels

   100–200 mL Xylol zugeben (Verhältnis ~1:1 v/m zur Probe). Bei viskosen Proben (Asphaltene, HFO) — mehr Lösungsmittel zugeben. 2–3 Siedesteine zugeben.

   ⏱ Zeit: 3 min

6. Destillation

   Kolben langsam erhitzen. Heizleistung so einstellen, dass die Kondensationsrate 2–5 Tropfen/s beträgt. Eine zu schnelle Destillation kann zum Übertragen von Probe in die Vorlage führen (Fehler).

   ⏱ Zeit: 60–120 min • 🌡 Temperatur: 138–144 °C

7. Überwachung der Wasseransammlung

   Ansammlung des Wassers am Boden der Vorlage beobachten. Xylol (obere Schicht) fließt über den Überlauf in den Kolben zurück. Destillation fortsetzen, bis sich der Wasserstand mind. 5 min nicht ändert.

   ⏱ Zeit: 30 min

8. Klären der Wasserschicht

   Wenn die Phasengrenze Wasser/Xylol undeutlich ist (Emulsion), 1–2 Tropfen Tensid zugeben oder länger warten. Die Vorlage kann auch im kalten Wasserstrom gekühlt werden.

   ⏱ Zeit: 10 min

9. Ablesung und Berechnungen

   Vorlage auf Raumtemperatur abkühlen. Wasservolumen [mL] an der Skala ablesen. Berechnen: Wassergehalt [% v/m] = (V_Wasser × 100) / m_Probe [g]. Für % v/v durch die Dichte der Probe dividieren.

   ⏱ Zeit: 5 min

10. Reinigung nach der Analyse

    Kolbeninhalt (nach dem Abkühlen!) in den Abfallbehälter gießen. Kolben und Vorlage mit Xylol, danach mit Aceton ausspülen. Trocknen.

    ⏱ Zeit: 15 min

11. Qualitätskontrolle

    Blindprobe (nur Xylol, 100 mL): Wasserablesung ≤0,05 mL. Probe mit Zusatz einer bekannten Wassermenge (spiked): Wiederfindung 95–105 %. Doppelbestimmung: Übereinstimmung ±0,05 mL.

    ⏱ Zeit: 90 min

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Xylol — entzündbar, gesundheitsschädlich (H312, H332), neurotoxisch, Arbeit ausschließlich unter dem Abzug
• Xyloldämpfe — schwerer als Luft, sammeln sich am Boden, Lüftung verpflichtend
• Heiße Apparatur — Kolben, Kühler, Heizpilz — Verbrennungsgefahr, Hitzeschutzhandschuhe
• Mineralölerzeugnisse — entzündbar, Zündquellen vermeiden (Brenner, Funken)
• Bitumen und HFO — können beim Erhitzen H₂S freisetzen, Abzug verpflichtend
• Destillationsrückstände — als gefährliche Abfälle entsorgen (Abfallschlüssel 16 07)

Häufige Fragen