🔬 Gesamteisen im Wasser
Spektrophotometrische Bestimmung von Gesamteisen im Wasser nach der 1,10-Phenanthrolin-Methode. Messung der Absorption des orangeroten Fe²⁺-Komplexes bei 510 nm.
Übersicht
Eisen ist einer der am häufigsten bestimmten Wasserqualitätsparameter. In natürlichen Gewässern kommt es hauptsächlich in Form von Fe²⁺ (zweiwertiges Eisen, gelöst) und Fe³⁺ (dreiwertiges Eisen, bildend Niederschläge) vor. Erhöhte Eisenkonzentration (>0,2 mg/L) verursacht rostige Verfärbung des Wassers, metallischen Geschmack, Ablagerungen in Installationen und begünstigt das Wachstum von Eisenbakterien.
Die Norm PN-EN ISO 6332 beschreibt eine spektrometrische Methode zur Eisenbestimmung mit 1,10-Phenanthrolin. Die Methode ermöglicht die Bestimmung von Gesamteisen (nach Reduktion von Fe³⁺ zu Fe²⁺), gelöstem Gesamteisen und gelöstem zweiwertigem Eisen. Anwendungsbereich: 0,01–5 mg/L Fe.
Die zulässige Eisenkonzentration im Trinkwasser in Polen beträgt 0,200 mg/L (Verordnung des Gesundheitsministeriums). Bestimmung erforderlich im Routinemonitoring von Trinkwasser, Grund- und Oberflächenwasser und Abwasser.
Prinzip der Methode
Fe³⁺ in der Probe wird mit Hydroxylaminhydrochlorid (NH₂OH·HCl) zu Fe²⁺ reduziert. Die reduzierten Fe²⁺-Ionen reagieren mit 1,10-Phenanthrolin und bilden einen stabilen orangeroten Tris(1,10-phenanthrolin)eisen(II)-Komplex [Fe(phen)₃]²⁺. Die Komplexabsorption wird spektrophotometrisch bei 510 nm gemessen. Die Farbintensität ist proportional zur Eisenkonzentration (Lambert-Beer-Gesetz). Die Reaktion verläuft optimal bei pH 2,9–3,5 in Anwesenheit von überschüssigem Phenanthrolin.
Anwendungen
- Trinkwasserqualitätskontrolle (Gesetzblatt 2017 Pos. 2294 – Grenzwert 200 µg/L)
- Grundwassermonitoring (Brunnen, Fassungen)
- Kontrolle von Enteisungsprozessen
- Oberflächenwasseruntersuchung (Flüsse, Seen)
- Wasserkontrolle in Heiz- und Kühlanlagen
- Untersuchung von Industrie- und Kommunalabwasser
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Messbereich | 0,01–5,0 mg/L Fe |
| Wellenlänge | 510 nm |
| Nachweisgrenze | 0,01 mg/L |
| Genauigkeit | ±5% im Bereich 0,1–5,0 mg/L |
| Reaktions-pH | 2,9–3,5 |
| Farbentwicklungszeit | 15 Minuten |
Norm
- Normnummer
- PN-ISO 6332:2001
- Titel (PL)
- Jakość wody — Oznaczanie żelaza — Metoda spektrometryczna z 1,10-fenantroliną
- Title (EN)
- Water quality — Determination of iron — Spectrometric method using 1,10-phenanthroline
Schritt-für-Schritt-Verfahren
1. Probenvorbereitung
Probe sofort nach Entnahme mit HCl auf pH < 2 ansäuern (Stabilisierung). Durch 0,45 µm filtrieren, wenn gelöstes Fe bestimmt wird (nicht für Gesamt-Fe filtrieren).
2. Probenabmessung
Geeignetes Probenvolumen (z. B. 50 mL) mit Pipette in 100-mL-Messkolben übertragen. Für Proben mit hoher Konzentration – verdünnen.
3. Reduktion von Fe³⁺ zu Fe²⁺
2 mL 10%ige Hydroxylaminhydrochlorid-Lösung zugeben. Mischen. 5 min auf vollständige Reduktion warten.
4. Pufferzugabe
5 mL 10%ige Natriumcitrat-Lösung (oder Natriumacetat) zur pH-Einstellung auf 2,9–3,5 zugeben. Mischen.
5. Phenanthrolin-Zugabe
5 mL 0,25%ige 1,10-Phenanthrolin-Lösung zugeben. Mit deionisiertem Wasser bis zur Marke auffüllen. Mischen und beiseite stellen.
6. Farbentwicklung
Mindestens 15 Minuten auf vollständige Entwicklung der orangeroten Komplexfarbe warten.
7. Absorptionsmessung
Absorption bei 510 nm in 10-mm-Küvette gegen Blindwert (deionisiertes Wasser + Reagenzien) messen. Konzentration aus Kalibrierkurve ablesen.
8. Kalibrierung
Kalibrierkurve mit min. 5 Standards (0–5 mg/L Fe) analog zu Proben vorbereiten. Korrelationskoeffizient r² > 0,999.
9. Qualitätskontrolle
Alle 10 Proben Kontrollprobe (CRM) messen. Blindwert und Duplikate durchführen. Abweichung max ±10%.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| UV-VIS-Spektrophotometer | Hach DR6000, Shimadzu UV-1900i, Agilent Cary 60 | 15.000–60.000 PLN |
| Glasküvetten 10 mm | Hellma 100-QS, optische Borosilikatküvetten | 50–300 PLN/Stück |
| Automatische Pipetten (1–10 mL) | Eppendorf Research Plus, HTL Discovery Comfort | 800–2.500 PLN |
| Messkolben (25, 50, 100 mL) | Klasse A, DURAN / Brand Borosilikat | 30–80 PLN/Stück |
| Wasserbad oder Heizplatte | Memmert WNE 10, IKA C-MAG HP 4 | 3.000–8.000 PLN |
| Analysenwaage (0,1 mg) | Mettler Toledo ME204, Radwag AS 220.R2 | 5.000–15.000 PLN |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| 1,10-Phenanthrolin (Hydrochlorid-Monohydrat) | 5144-89-8 | 0,25%ige Lösung: 0,5 g in 200 mL Wasser mit einigen Tropfen HCl auflösen. In dunkler Flasche aufbewahren. |
| Hydroxylaminhydrochlorid (NH₂OH·HCl) | 5470-11-1 | 10%ige Lösung: 10 g NH₂OH·HCl in 100 mL Wasser. Reduktionsmittel – konvertiert Fe³⁺ zu Fe²⁺. Wöchentlich frisch zubereiten. |
| Natriumacetat oder Natriumcitrat | 6132-04-3 | 10%ige Pufferlösung: zur pH-Einstellung im Bereich 2,9–3,5. |
| Konzentrierte Salzsäure (HCl) | 7647-01-0 | Zum Ansäuern von Proben und Auflösen von Phenanthrolin. p.a. Reinheit. |
| Eisen-Standardlösung 1000 mg/L Fe | 7782-63-0 | Zertifiziertes CRM (z. B. Merck Certipur). Für Kalibrierkurve: 0,05; 0,1; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 mg/L. |
| Deionisiertes Wasser | — | Frei von Eisen, Leitfähigkeit <0,1 mS/m. |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Konzentrierte Salzsäure (HCl) – ätzend, verursacht schwere Verätzungen der Haut und Augenschäden (H314). Unter Abzug arbeiten.
- Hydroxylaminhydrochlorid – gesundheitsschädlich (H302, H312). Handschuhe verwenden.
- 1,10-Phenanthrolin – haut- und augenreizend (H315, H319). Handschuhe und Brille verwenden.
- Schutzbrille, Nitrilhandschuhe und Laborkittel erforderlich.
- Abfall in Chemikalienabfallbehältern sammeln – nicht in Abwasser gießen.