Analyse
In der Hydroponik und Aquaponik umfasst die Analyse verschiedene Aspekte, um die Gesundheit der Pflanzen, die Wasserqualität und das allgemeine Systemmanagement zu überwachen. Hier sind einige wichtige Aspekte der Analyse in beiden Systemen:
1. Wasserqualität
Die Überwachung der Wasserqualität ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Nährstoffe in den richtigen Konzentrationen vorhanden sind und dass keine schädlichen Substanzen wie Schwermetalle oder Pestizidrückstände vorhanden sind.
2. Nährstoffgehalt
Die Analyse des Nährstoffgehalts im Wasser ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Pflanzen alle benötigten Nährstoffe erhalten. Dies kann durch regelmäßige Tests auf pH-Wert, Elektrische Leitfähigkeit (EC) und die Konzentration von Makro- und Mikronährstoffen erfolgen.
3. Pflanzengesundheit
Die Überwachung der Pflanzengesundheit umfasst die Beobachtung von Anzeichen für Nährstoffmängel, Krankheiten oder Schädlingsbefall. Visuelle Inspektionen der Pflanzen sowie die Überwachung von Wachstumsraten und Erträgen können wichtige Hinweise auf Probleme geben.
4. Systemleistung
Die Analyse der Systemleistung beinhaltet die Überwachung von Parametern wie Wasserstand, Pumpenfunktion, Belüftung und Temperatur. Abweichungen von den optimalen Bedingungen können auf Probleme im System hinweisen, die behoben werden müssen.
5. Ökologische Auswirkungen
In der Aquaponik ist es wichtig, die Auswirkungen des Systems auf die umgebende Umwelt zu analysieren, einschließlich des Wasserverbrauchs, der Abfallproduktion und des Energieverbrauchs.
Bild: Pipetting equipment inside the NCATS biology lab. Credit: Daniel Soñé Photography
KAT ID: 28
Die Steiner-Universalnährlösung ist eine der bekanntesten hydroponischen Formulierungen und wurde von Dr. Arthur Steiner entwickelt. Sie zeichnet sich durch ein ausgewogenes Verhältnis von Makro- und Mikronährstoffen aus und ist besonders für universelle Anwendungen (z. B. Gemüse, Kräuter, fruchttragende Pflanzen) geeignet. Hier ist die typische Zusammensetzung:
Steiner-Universalnährlösung (Standardrezeptur)
(Angaben in Gramm pro 1000 Liter Wasser, umgerechnet auf Gramm pro Liter)
| Nährsalz | Menge (g/L) | Gelieferte Nährstoffe |
|---|---|---|
| Kaliumnitrat (KNO₃) | 0,6–0,8 g/L | K (Kalium), N (Nitrat-Stickstoff) |
| Calciumnitrat (Ca(NO₃)₂) | 0,6–0,8 g/L | Ca (Calcium), N (Nitrat-Stickstoff) |
| Magnesiumsulfat (MgSO₄) | 0,4–0,5 g/L | Mg (Magnesium), S (Schwefel) |
| Monokaliumphosphat (KH₂PO₄) | 0,2–0,3 g/L | K (Kalium), P (Phosphor) |
| Eisenchelat (Fe-EDTA) | 0,02–0,03 g/L | Fe (Eisen) |
| Spurenelemente-Mix | 0,01–0,02 g/L | Mn, Zn, Cu, B, Mo (als Sulfate/Borate) |
Makronährstoff-Verhältnis (NPK):
- Stickstoff (N): ~100–150 mg/L (aus KNO₃ und Ca(NO₃)₂)
- Phosphor (P): ~30–50 mg/L (aus KH₂PO₄)
- Kalium (K): ~200–250 mg/L (aus KNO₃ und KH₂PO₄)
- Calcium (Ca): ~80–100 mg/L
- Magnesium (Mg): ~40–50 mg/L
Mikronährstoffe
- Eisen (Fe): 2–3 mg/L (als chelatisiertes Fe-EDTA für bessere Verfügbarkeit)
- Mangan (Mn): 0,5–1 mg/L
- Zink (Zn): 0,05–0,1 mg/L
- Kupfer (Cu): 0,02–0,05 mg/L
- Bor (B): 0,1–0,3 mg/L
- Molybdän (Mo): 0,01–0,02 mg/L
Eigenschaften der Lösung
- pH-Wert: Idealerweise zwischen 5,5–6,5 (ggf. mit HNO₃ oder KOH anpassen).
- Leitfähigkeit (EC): ~1,5–2,5 mS/cm, abhängig vom Pflanzenstadium.
- Vorteile:
- Stabilisiert die Nährstoffaufnahme durch hohe Kalium- und Calciumanteile.
- Geeignet für NFT-Systeme, Deep Water Culture (DWC) und Dutch Buckets.
Anpassungstipps
- Für Fruchtpflanzen (Tomaten, Gurken): Erhöhung von Kalium (K) auf 300–350 mg/L.
- Für Blattgemüse (Salate, Spinat): Reduzierung von Kalium und Erhöhung von Stickstoff.
- Bei Eisenmangel: Fe-EDTA auf 0,05 g/L erhöhen.
Hinweis zur Praxis
Die Steiner-Lösung wird oft kommerziell vorgefertigt angeboten (z. B. von Herstellern wie Hydroponic Systems), aber viele Grower mischen sie auch selbst aus Einzelsalzen. Achte auf hohe Reinheit der Salze (≥99%, technische Grade) und löse sie stets in der richtigen Reihenfolge (zuerst Calcium- und Magnesiumsalze, dann Phosphate, zuletzt Eisen und Spurenelemente).
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Hydrokulturd%C3%BCnger#N%C3%A4hrl%C3%B6sung_nach_Abram_Steiner
Bild: https://www.pexels.com/de-de/@sasha-kim/
ID: 698
Aluminium kommt in Nährstofflösungen hauptsächlich als Aluminium-Ion (Al³⁺) oder als Hydroxokomplexe vor. Unentbehrlich für einige Pflanzen (z. B. Erbsen, Mais, Sonnenblumen und Getreide ).Kann für einige Pflanzen über 10 ppm toxisch sein.Wird manchmal zur Herstellung von Blütenpigmenten verwendet (z.B. von Hortensien ). Variabler Mikronährstoff. 
Mit der Titration ist die Prüfung in der Nährslösung (ab 10 ppm toxisch) zu ungenau:
10 ppm Al³⁺ = 10 mg/Liter Al³⁺ ≈ 0,0003707 mol/L Al³⁺ ≈ 0,3707 mmol/L Al³⁺ entspricht 1,56 ml bei der Titration
Zur Bestimmung von Aluminium gibt es verschiedene Methoden:
- Komplexometrische Titration mit EDTA: Bildung eines stabilen Al-EDTA-Komplexes.
- Spektralphotometrie mit Eriochromzyanin R: Farbentwicklung durch Komplexbildung.
- Atomabsorptionsspektroskopie (AAS): Hochpräzise Bestimmung von Aluminium.
Detaillierte Titration von Aluminium mit EDTA
1. Prinzip der Methode
Aluminium-Ionen (Al³⁺) reagieren mit Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, C₁₀H₁₆N₂O₈) zu einem stabilen Chelatkomplex:
Der Endpunkt der Titration wird mit dem Xylenolorange-Indikator erkannt. Die Farbänderung erfolgt von gelb nach rot.
2. Chemikalien
- 0,01 mol/L EDTA-Lösung (C₁₀H₁₆N₂O₈)
- Pufferlösung (pH 5, Acetat-Puffer)
- Xylenolorange (Indikator)
3. Versuchsaufbau
Benötigte Geräte:
- Bürette (25 mL, Teilung 0,1 mL)
- Erlenmeyerkolben (250 mL)
- Pipette (10 mL)
- Magnetrührer
4. Durchführung
- 10 mL der Nährstofflösung in einen 250-mL-Erlenmeyerkolben geben.
- 10 mL Acetat-Pufferlösung (pH 5) hinzufügen.
- 2-3 Tropfen Xylenolorange-Indikator zugeben.
- Mit 0,01 mol/L EDTA titrieren, bis der Farbumschlag von gelb nach rot erfolgt.
5. Berechnung der Aluminium-Konzentration
Die Konzentration von Al³⁺ berechnet sich nach der Formel:
6. Beispielrechnung:
- EDTA-Konzentration: 0,01 mol/L
- Verbrauchtes Volumen: 7,8 mL (0,0078 L)
- Probenvolumen: 50 mL (0,050 L)
Fazit
Die komplexometrische Titration mit EDTA ist eine zuverlässige Methode zur quantitativen Bestimmung von Aluminium in Nährstofflösungen.
Weitere Namen für Xylenolorange:
- C31H32N2O13S
- C31H28N2Na4O13S (Tetranatriumsalz)
- 3,3-Bis(N,N-bis(carboxymethyl)aminomethyl)kresolsulfonphthalein
Umrechnung: 1,56 mmol/L in ppm (mg/L)
Gegeben: 1,56 mmol/L Aluminium(III)-Ionen
1. Umrechnung in mol/L
2. Molare Masse von Al
- Aluminium: 26,98 g/mol
3. Berechnung der Masse in g/L
4. Umrechnung in mg/L = ppm
Ergebnis
1,56 mmol/L ≈ 42,1 ppm (mg/L)
Quellen
- Atkins, P. & Jones, L. – Chemistry: Molecular Nature of Matter and Change, 6th Edition
- PubChem – Aluminium (Al)
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Legende
p.a.: Steht für "pro analysi" oder "analyserein" und bedeutet, dass der Stoff für analytische Verfahren verwendet werden kann, da der Gehalt an Fremdsubstanzen angegeben wird.
ACS: Steht für American Chemical Society und bezieht sich auf Chemikalien, die den Standards der American Chemical Society entsprechen. |
Benötigte Chemikalien und Laborgeräte für Nährstoffanalysen in Hydroponiklösungen
Notwendiges Material
Notwendige Chemikalien
Analyse von Aluminium (Al)
Benötigte Chemikalien:
- 0,01 mol/L EDTA-Lösung (C₁₀H₁₆N₂O₈)
- Pufferlösung (pH 5, Acetat-Puffer)
- Xylenolorange (Indikator)
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Arsen (As)
Benötigte Chemikalien:
- 0,01 mol/L Iodlösung (I₂)
- 1 mol/L Salzsäure (HCl)
- 0,1 mol/L Natriumthiosulfatlösung (Na₂S₂O₃)
- Stärkelösung (Indikator)
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Blei (Pb)
Benötigte Chemikalien:
- 0,01 mol/L EDTA-Lösung (C₁₀H₁₆N₂O₈)
- Essigsäure/Acetat-Pufferlösung (pH 5-6)
- Xylenolorange (Indikator)
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Bor (B)
Benötigte Chemikalien:
- Natriumhydroxid (NaOH, 0,01 mol/L) – zur Titration von Bor.
- Mannitol – zur Bildung des Bor-Mannitol-Komplexes.
- Phenolphthalein – als Indikator zur Farberkennung.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Calcium (Ca)
Benötigte Chemikalien:
- EDTA (0,01 mol/L) – zur Titration von Calcium.
- Eriochromschwarz T – als Indikator zur Farberkennung.
- Ammoniak-Pufferlösung (pH 10) – zur Stabilisierung des pH-Werts.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Chlor (Cl)
Benötigte Chemikalien:
- Silbernitrat (AgNO₃, 0,01 mol/L) – zur Fällung von Chlorid als AgCl.
- Kaliumchromat (K₂CrO₄) – als Indikator für die Mohr-Titration.
- Salpetersäure (HNO₃, 1 mol/L) – zur Kontrolle des pH-Werts.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Eisen (Fe)
Benötigte Chemikalien:
- EDTA (0,01 mol/L) – zur Titration von Eisen.
- Xylenolorange – als Indikator zur Farberkennung.
- Essigsäure/Natriumacetat-Pufferlösung (pH 5-6) – zur Kontrolle des pH-Werts.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Kalium (K)
Benötigte Chemikalien:
- Natriumtetraphenylborat (Na[B(C₆H₅)₄]) – zur Fällung des Kaliums.
- Indikator (z. B. Toluol-Extrakt) – zur Farberkennung.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Kobalt (Co)
Benötigte Chemikalien:
- 0,01 mol/L EDTA-Lösung (C₁₀H₁₆N₂O₈)
- Pufferlösung (pH 10, NH₃/NH₄⁺-Puffer)
- Eriochromschwarz-T (Indikator)
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Kupfer (Cu)
Benötigte Chemikalien:
- EDTA (0,01 mol/L) – zur Titration von Kupfer.
- Indikator (z. B. Eriochromschwarz T) – zur Farberkennung.
- Ammoniak-Pufferlösung (pH 10) – zur Stabilisierung des pH-Werts.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Lithium (Li)
Benötigte Chemikalien:
- 0,01 mol/L Ammoniumtetraphenylborat-Lösung (NH₄BPh₄)
- Ethanol-Wasser-Gemisch als Lösungsmittel
- Phenolphthalein als Trübungsindikator
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Magnesium (Mg)
Benötigte Chemikalien:
- EDTA (0,01 mol/L) – zur Titration von Magnesium.
- Indikator (z. B. Eriochromschwarz T) – zur Farberkennung.
- Ammoniak-Pufferlösung (pH 10) – zur Stabilisierung des pH-Werts.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Mangan (Mn)
Benötigte Chemikalien:
- Kaliumpermanganat (KMnO₄, 0,01 mol/L) – zur Titration von Mangan.
- Schwefelsäure (H₂SO₄, 1 mol/L) – zur Lösung von Manganverbindungen.
- Indikator (z. B. Murexid) – zur Farberkennung.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Molybdän (Mo)
Benötigte Chemikalien:
- Eisen(II)-sulfat (FeSO₄, 0,01 mol/L) – zur Titration von Molybdän.
- Schwefelsäure (H₂SO₄, 1 mol/L) – zur Kontrolle des pH-Werts.
- Destilliertes Wasser – zur Verdünnung.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Nickel (Ni)
Benötigte Chemikalien:
- 0,01 mol/L EDTA-Lösung (C₁₀H₁₆N₂O₈)
- Pufferlösung (pH 9-10, NH₃/NH₄⁺-Puffer)
- Murexid (Indikator)
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Phosphor (P)
Benötigte Chemikalien:
- Lanthan(III)-chlorid (LaCl₃, 0,01 mol/L) – zur Titration von Phosphat.
- Salpetersäure (HNO₃, 1 mol/L) – zur Kontrolle des pH-Werts.
- Natrium-Rhodizonat – als Indikator zur Farberkennung.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Schwefel (S)
Benötigte Chemikalien:
- Bariumsulfatlösung (BaSO₄) – zur Fällung des Schwefels.
- Verdünnte HCl – zur Säureanpassung.
- Indikator (z. B. Methylorange) – zur Farberkennung bei Titrationen.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Stickstoff (N)
Benötigte Chemikalien:
- Formaldehyd (37% Lösung) – zur Komplexbildung mit Ammonium.
- HCl (0,01 mol/L) – zur Rücktitration.
- Indikator (z. B. Thoron) – zur Farberkennung des Endpunkts.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Quecksilber (Hg)
Benötigte Chemikalien:
- 0,01 mol/L Dithizon-Lösung (C₁₃H₁₂N₄S)
- Schwefelsäure (H₂SO₄, verdünnt)
- Chloroform (CHCl₃, zur Extraktion)
- Pufferlösung (pH 4-5)
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Silizium (Si)
Benötigte Chemikalien:
- 0,01 mol/L Natriumfluorid (NaF)-Lösung
- 0,01 mol/L Lanthan(III)-Chlorid (LaCl₃)-Lösung
- Pufferlösung (pH 3, Essigsäure/Natriumacetat-Puffer)
- Alizarin-Komplexon (Indikator)
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
Analyse von Zink (Zn)
Benötigte Chemikalien:
- EDTA (0,01 mol/L) – zur Titration von Zink.
- Indikator (z. B. Eriochromschwarz T) – zur Farberkennung.
- Ammoniak-Pufferlösung (pH 10) – zur Stabilisierung des pH-Werts.
Benötigte Laborgeräte:
- Bürette
- Erlenmeyerkolben
- Pipette
- Magnetrührer
| Alle Angaben ohne Gewähr. Bitte denken Sie daran das auch wir Tippfehler machen können! Zitat:
Sei vorsichtig beim Lesen von Gesundheitsbüchern, der kleinste Druckfehler kann dein Tod sein.
Mark Twain (1835 - 1910), eigentlich Samuel Langhorne Clemens, US-amerikanischer Erzähler und Satiriker |
Arsen (As) ist ein toxisches Halbmetall, das sowohl natürlichen Ursprungs sein kann als auch durch industrielle Prozesse ins Trinkwasser gelangen kann. Langfristige Exposition gegenüber Arsen kann zu ernsthaften gesundheitlichen Problemen wie Hautläsionen, Krebs und neurologischen Störungen führen. Vorab: nur instrumentelle Verfahren sind geeignet: HG-AAS, ICP-MS, etc.
Grenzwerte für Arsen im Trinkwasser
- Aktueller Grenzwert in Deutschland (seit 2013): 10 µg/L (0,01 mg/L) [Quelle]
- Geplanter Grenzwert (ab 24. Juni 2023): 4 µg/L (0,004 mg/L) [Quelle]
Qualitative Nachweisreaktionen für Arsen
Für den qualitativen Nachweis von Arsen in wässrigen Lösungen existieren verschiedene Methoden. Allerdings weisen viele dieser traditionellen Verfahren nicht die erforderliche Empfindlichkeit auf, um die niedrigen Konzentrationen zu detektieren, die gemäß den oben genannten Grenzwerten im Trinkwasser zulässig sind.
1. Bettendorfsche Probe
Prinzip: Reduktion von Arsen(III)-Ionen durch Zinn(II)-chlorid in salzsaurer Lösung, wobei ein brauner Niederschlag von elementarem Arsen entsteht.
Nachweisgrenze: Die genaue Nachweisgrenze ist nicht eindeutig dokumentiert, liegt jedoch typischerweise im Bereich von mg/L.
Bewertung: Aufgrund der relativ hohen Nachweisgrenze ist diese Methode für die Detektion von Arsen in Trinkwasser unterhalb der gesetzlichen Grenzwerte nicht geeignet.
2. Gutzeitsche Probe
Prinzip: Bildung von Arsenwasserstoff (AsH₃) durch Reaktion von Arsen mit Zink und Säure; AsH₃ reagiert mit Silbernitratpapier zu einem gelbbraunen Fleck.
Nachweisgrenze: Diese Methode ist empfindlicher als die Bettendorfsche Probe, kann jedoch immer noch Schwierigkeiten haben, Konzentrationen im Bereich von wenigen µg/L zuverlässig nachzuweisen.
Bewertung: Obwohl empfindlicher, ist auch diese Methode für den Nachweis von Arsen in Trinkwasser nahe der aktuellen Grenzwerte nur bedingt geeignet.
Empfindlichere Methoden für Spurenanalysen
Für eine genaue Bestimmung von Arsen in Trinkwasser werden instrumentelle Verfahren eingesetzt:
- Atomabsorptionsspektroskopie mit hydrierender Technik (HG-AAS): Sehr präzise Methode für Arsenbestimmungen im Spurenbereich.
- ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry): Extrem empfindlich, kann Arsen im ng/L-Bereich nachweisen.
Fazit
Die meisten klassischen qualitativen Nachweismethoden wie die Bettendorfsche oder Gutzeitsche Probe sind aufgrund ihrer höheren Nachweisgrenzen für die Detektion von Arsen in Trinkwasser unterhalb der gesetzlichen Grenzwerte nicht geeignet. Für eine präzise qualitative und quantitative Bestimmung von Arsen in Trinkwasser sind daher instrumentelle Methoden wie HG-AAS oder ICP-MS empfehlenswert.
ID: 674
Arsen (As) kommt in keiner Nährstofflösungen vor. Es tritt in folgenden Formen auf: Arsenit (As³⁺) und Arsenat (As⁵⁺). Es ist hoch toxisch.
Zur Bestimmung gibt es folgende Methoden:
- Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) mit Hydrid-Generator (HG-AAS): Hohe Empfindlichkeit.
- Induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS): Sehr präzise.
- Spektralphotometrie mit Silberdiethylthiocarbamat: Farbentwicklung durch Komplexbildung.
- Elektrochemische Methoden (z. B. ASV): Hohe Sensitivität.
- Iodometrische Titration: Geeignet für As³⁺.
Titration von Arsen mit Iodlösung (I₂)
1. Prinzip der Methode
Arsen(III)-Ionen (As³⁺) werden durch Iod (I₂) in saurer Lösung zu Arsen(V) oxidiert:
Der Endpunkt wird mit Stärkelösung als Indikator erkannt (blau → farblos).
- 0,01 mol/L Iodlösung (I₂)
- 1 mol/L Salzsäure (HCl)
- 0,1 mol/L Natriumthiosulfatlösung (Na₂S₂O₃)
- Stärkelösung (Indikator)
Benötigte Geräte:
- Bürette (25 mL, Teilung 0,1 mL)
- Erlenmeyerkolben (250 mL)
- Magnetrührer
- Messpipetten (10 mL, 50 mL)
- 10 mL Nährstofflösung mit 10 mL 1 mol/L HCl versetzen.
- Lösung vorsichtig auf 40°C erwärmen.
- Langsam 0,01 mol/L Iodlösung zugeben, unter Rühren.
- Nach dem Verschwinden der gelben Farbe Stärkelösung hinzufügen.
- Weiter titrieren, bis die blaue Farbe verschwindet.
Die Konzentration von As³⁺ berechnet sich nach:
- Verbrauchte Iodlösung: 7,5 mL (0,0075 L)
- Konzentration der Iodlösung: 0,01 mol/L
- Probenvolumen: 50 mL (0,050 L)
Die iodometrische Titration ist eine einfache, kostengünstige Methode zur quantitativen Bestimmung von Arsen in Nährstofflösungen. Alternativ bieten AAS oder ICP-MS höhere Genauigkeit.
ID: 652