Messtechnik
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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. NährstoffgehaltDie 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
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Messtechnik
Um den Pflanzenwuchs und die Wachstumsbedingungen für die Fischzucht im optimal Rahmen zu halten, bedarf es verschiedener Messtechniken. Im Bereich der Pflanzenzucht bedarf es eines ganz anderen Ansatzes als bei der Fischzucht. Hinzu kommt, das Pflanzen natürlich verschiedene Wachstumsphasen durchlaufen, die je nach Phase eine teils völlig unterschiedliche Düngung (Nährstoffzufuhr) benötigen. Bei den Fischen gild das natürlich genauso.
Darüber hinaus beeinflussen sich die Nährstoffe je nach Konzentration gegenseitig. Das kann in einigen Fällen zur Blockade der Aufnahme bestimmter Stoffe führen. Und auch die Mangel-Symptome die die Pflanze zeigen sind trotz unterschiedlicher Ursache leicht zu verwechseln. Hier ein, zugegebenermaßen gemeines, Beispiel:
Calcium-Mangel: Nekrotisch (abgestorbene) braune Punkte zwischen den Blattadern welche ungleichmäßig verteilt sind.
Bor-Mangel: Nekrotisch braune Punkte zwischen den Blattadern welche fleckenartig sind.Calciummangel kann mit Bormangel verwechselt werden. Ein Calciummangel blockiert dabei die Aufnahme von Bor.
Also, vom Interpretationsspielraum (Punkte/Flecken) bis zur maximal möglichen Fehlinterpretation, haben Sie die ganze Bandbreite.
In der Analyse der Nährstoffe bieten sich je nach gewünschter Handhabung und den zu testenden Stoffen unter anderem folgende Techniken an.
· Photometrie bezeichnet ein Messverfahren im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes mit Hilfe eines Photometers.
· Titration erlaubt mittels einer Maß-Lösung (eine Lösung von Stoffen deren Zusammensetzung und Konzentration exakt bekannt ist) die Menge eines Stoffes zu bestimmen.
· Colorimetrie ermittelt anhand der Farbanalyse Erkenntnisse auf die Inhaltsstoffe.
· Chemilumineszenz zeigt das Vorhandensein geringster Konzentrationen bis hin zu einzelnen Molekülen.
· ISE dient als Sensor für die Konzentration oder genauer die Aktivität eines bestimmten gelösten Ions.
· Voltametrie ist ein elektrochemisches Analyseverfahren.Technik
Die gesamte von uns verwendete Messtechnik basiert, soweit bereits vorhanden, auf Industriestandards. In einigen Fällen ist für den Bereich der Aqua- und Hydroponik noch keine zuverlässige Messtechnik verfügbar oder nicht standardisiert. Hier entwickeln wir auf Basis existierende Technologie entsprechende Messsysteme.Auch für verwandte aber fachfremde Disziplinen wie den Ackerbauentwickeln wir eigene Messgeräte, etwaTensiometer.
Aquaponik
In der Aquaponik fallen sehr viele Substanzen an die den hydropischen Teil der Anlage empfindlich stören können – von der möglichen Vergiftung der Fische durch einen Überschuss an Ammoniak ganz abgesehen. Da es sich um ein geschlossenes System handelt, das auch noch eine gewisse «Einlaufzeit» benötigt um mit den Biofiltern in ein Gleichgewicht zu kommen, ist eine genaue Analyse der Inhaltsstoffe unerlässlich.
In diesem Bereich ist eine kontinuierliche Kontrolle von Nitrat, Nitrit, Sauerstoffgehalt und Ammoniak zwingend. In diesem Segment gibt es verschiedene Anbieter die sich durch Qualität und Haltbarkeit preislich unterscheiden. Sprechen Sie uns an.
Hydroponik
Die Substanzen und ihre Konzentration in den Nährstoffen entscheiden über Qualität und Ertrag. Je nach Pflanze und ihrer Wachstumsphase ist eine genaue Menge bestimmter Stoffe entscheidend.Hier wird neben den Standardsensoren besonderes Augenmerk auf die für die Pflanzen wichtigen Stoffe gelegt, wie unter anderem: Stickstoff, Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium, Schwefel, Eisen, Mangan, Bor, Zink, Kupfer und Molybdän.
Es gibt noch eine große Menge von Spurenelementen die sich leicht mit der Photometrie analysieren lassen, unter anderem: Al2(SO4)2, KJ, KBr, TiO2, SnCl2, LiCl, MnCl2, B(OH)3, ZnSO4, CuSO4, NiSO4, Co(NO3)2. Diese werden in der Regel mit Analysekits (Mess-Stäbchen, Titrieren, Lakmusstreifen, etc.) kontrolliert oder durch Photometrie wenn es sich um sehr geringe Mengen handelt. Siehe dazu auch den Artikel über Dünger und Mangelerscheinungen.
Photometrie
Photometrie ist eine Technik mit der sich kleinste Mengen an Substanzen kostengünstig testen lassen. Dafür wird aus der Nährstofflösung wenige Milliliter, in eine Küvette gefüllt und vom Photometer analysiert. Einige Hersteller bieten hierfür vorgefertigte Reagenzien an, mit der der gesuchte Stoff im Photometer gemessen werden kann. Als Orientierung hier einige Preisbeispiele eines bekannteren Photometer-Herstellers:
Bor: Messbereich 0,05-2,5 mg/l, Reagenz für 25 Tests: 121.- € / 4.84 € pro Test.
Mangan: 0,005-0,5 mg/l, Reagenz für 50 Tests 145.- € / 2.90 € pro Test
Diese Tests werden in Regelmäßigen Abständen durchgeführt um die Versorgung der Pflanzen zu kontrollieren. Sollten bestimmte Stoffe in zu hoher oder zu niedriger Konzentration vorkommen, können Sie sogar den Pflanzenwuchs so stark beeinträchtigen das die Pflanzen zu Grunde gehen. Hier ein kleiner Ausschnitt der Wechselwirkungen bei Mineralstoffen.
By: Jon Chui
Kontext:
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Mol in Konzentrationsangaben
Das Molare Volumen
Das molare Volumen eines Stoffes ist eine stoffspezifische Eigenschaft, die angibt, welches Volumen ein Mol eines Stoffes ausfüllt. Für ein ideales Gas gilt, dass ein Mol bei Normalbedingungen (273,15 K, 101325 Pa) ein Volumen von 22,414 Liter einnimmt. Für reale Gase, Feststoffe und Flüssigkeiten ist das molare Volumen dagegen stoffabhängig.Molare Masse
molare Masse M ist der Quotient aus Masse und Stoffmenge eines Stoffs. In der Einheit g/mol hat sie denselben Zahlenwert wie die Atom- bzw. Molekülmasse des Stoffs in der Einheit u (atomare Masseneinheit). Ihre Bedeutung ist äquivalent zum früheren „Atomgewicht“ in der Chemie.Berechnung von Stoffmengen
Formel: n = m / M
Dabei bezeichnet n die Stoffmenge, m die Masse und M die molare Masse. M kann für chemische Elemente Tabellenwerken entnommen und für chemische Verbindungen bekannter Zusammensetzung aus solchen Werten errechnet werden.
Die atomare Masse, die für jedes chemische Element in Tabellen angegeben wird, bezieht sich dabei auf das natürliche Isotopengemisch. So ist zum Beispiel als Atommasse für Kohlenstoff 12,0107 u angegeben. Dieser Wert ist zum Beispiel für in 13C angereichertes Material nicht anzuwenden. Während bei stabilen Elementen die Abweichungen von Isotopenmischungen, wie sie in der Natur vorkommen, relativ gering sind, kann insbesondere bei radioaktiven Elementen das Isotopengemisch stark von der Herkunft und dem Alter des Materials abhängen.
Verwendung der Einheit Mol bei Konzentrationsangaben
Konzentrationen (Salzgehalt von Lösungen, Säuregehalt von Lösungen usw.). Eine der häufigsten Verwendungen ist die x-molare Lösung (das x steht darin für eine beliebige rationale positive Zahl).- Beispiele
- Eine 2,5-molare A-Lösung enthält 2,5 mol des gelösten Stoffes A in 1 Liter der Lösung.
Helium hat eine Masse von ungefähr 4 u (u ist die atomare Masseneinheit; ein Helium-Atom hat 2 Protonen und 2 Neutronen). Helium-Gas ist einatomar, daher bezieht sich im folgenden Beispiel das Mol auf He-Atome, ohne dass es einer besonderen Erwähnung bedarf.- 1 mol Helium hat also eine Masse von etwa 4 g und enthält ungefähr 6.022e23 Helium-Atome.
Masse von 1 mol Wasser
- Ein Wassermolekül enthält demnach meistens 18 Nukleonen.
- Die Masse eines Kernteilchens ist ungefähr 1.6605e-24 g.
- 1 Wassermolekül hat somit meistens die Masse 18 · 1.6605e-24 g.
- Die Masse von 1 mol Wasser ist das 6.022e23-fache der Masse eines Wassermoleküls.
- Die Masse von 1 mol Wasser ist somit 6.022e23 · 18 · 1.6605e-24 g = 18 g (der Zahlenwert ist gleich der Molekülmasse in u).
Nimmt man statt der Zahl der Nukleonen die genaueren Atommassen, ergibt sich ein leicht höherer Wert von 18,015 g.
Herstellung von Lithiumhydroxid aus Lithium und Wasser
Bei der Bildung von LiOH werden zwei Wassermoleküle von zwei Lithiumatomen in jeweils einen H- und einen OH-Teil aufgespalten. Weil in jedem Mol von jeder Substanz gleich viele Teilchen vorhanden sind (siehe oben), braucht man beispielsweise 2 mol Lithium und 2 mol Wasser (oder eine beliebige andere Stoffmenge im 2:2-Verhältnis).
Beispielsweise reagieren 2 Mal 6,94 g Lithium und 2 Mal 18 g Wasser zu 2 g Wasserstoff und 47,88 g Lithiumhydroxid.
Siehe dazu auch: Stoffmengenkonzentration, Mol in Gramm, Gramm in Mol
Quelle unter anderem: https://de.wikipedia.org/wiki/Mol
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