Chemie - Aquariumchemie
alles über Wasserwerte und deren Messung

Strontiummessung

der von mir entwickelte Strontiumtest dürfte weltweit wohl die einzige veröffentlichte Strontiummessmöglichkeit für Hobbyanwendung sein ... dauert nicht gerade kurz, hat etliche Messschritte ist aber genau und relativ billig.

1.) Allgemeine Grundlagen

Strontium ist im Meerwasser ein Stoff, der u.a. für die Bildung von Korallen  (Steinkorallen) unbedingt erforderlich ist. Die Unsicherheit in Dosierung von Additiven kann man mit der Messung beseitigen.

1.1) Allgemeine Überlegungen:

Wasserhärte: 1 Grad deutscher Härte entspricht 10 mg CaO bzw. 7,14 mg Ca bzw. 7,1 mg MgO bzw. 4,28 mg Mg bzw. 18,18 mg SrO bzw. 15,9 mg Sr.

Anteil von Strontium im Härteanteil von Meerwasser: etwa 0,00177 Prozent und ohne Mg noch immer nur 1,07 Prozent -->> direkte Titration mit und ohne Sr zu ungenau/unmöglich.

1.2) EDTA:

1 ml 1/10 n EDTA auf 100 ml sind 5,6 Grad deutscher Härte

10 mg/Liter Strontium entsprechen 0,63 Grad deutscher Härte

2 mg/Liter Strontium entsprechen recht genau 0,125 (1/8) Grad deutscher Härte

30 mg Sr/Liter - 1,88 Grad Härte (für Vergleichslösung interessant)

usw.

Strontiummessung

2.) Der praktische Teil

2.1) Grundsätzliches

Für Strontium alleine gibt es keine praktikable Meßmethode (für den Hobbychemiker). So kann es an sich nur gemeinsam mit Magnesium und Kalzium gemessen werden (dafür gibt es Farbindikatoren. Das Problem dabei ist, es gibt im Meerwasser ein paarhundert Milligramm Kalzium, viele hundert Milligramm Magnesium und nur so etwa 8 Milligramm Strontium. Das Messverfahren zielt daher darauf ab, Calcium und Magnesium so zu separieren bzw. auszufällen, dass für die Messung eben nur mehr Strontium überbleibt.

2.2) Allgemein:

Die Messung erfolgt nun so:

In etwas Aquariumsalzwasser wird mittels Natronlauge das Magnesium als Magnesiumhydroxyd ausgefällt und nach Absetzen der überstehende klare Teil des Wassers (ohne Magnesium aber mit Calcium und Strontium) weiterverwendet.

Nach Zugabe des Indikators wird mit EDTA genau bis zum Farbumschlag getropft. Jetzt ist alles Ca und Sr mit EDTA gebunden.

Zugabe einer genau bemessenen Kalziumflüssigkeit, dadurch wird das jetzt zugegebene Kalzium das zu messende Strontium aus der Bindung mit EDTA verdrängen, da die Bindung von Strontium viel schwächer ist als die von Kalzium.

Das jetzt ungebundene Strontium kann mit Ammoniak und Natriumbikarbonat gefällt werden.

Das übriggebliebene Kalzium wird wieder mit EDTA genau bis zum Farbumschlag getropft.

Die Anzahl Tropfen, die für die vorher zugegebene genau bemessenen Kalziumlösung verbraucht worden wären, abzüglich der Tropfen die jetzt nach Ausfällung des Strontiums verbraucht wurden, ergibt die Menge des Strontium.

2.3) Die praktische Messung:

Man braucht dazu:

Natronlauge 40 Prozent in einer Tropfflasche (Achtung ätzend).

Calconindikator.

EDTA 1/2 Grad Härte pro Tropfen auf 10 Milliliter in Kunststofftropfflasche.

EDTA 1/8 Grad Härte pro Tropfen auf 10 Milliliter in Kunststofftropfflasche.

Kalziumnormal.

Ammoniak 25 Prozent in Tropfflasche (Achtung ätzend).

Natriumbikarbonat.

Die einzelnen Reagenzien werden ab jetzt mit SR1 bis SR7 bezeichnet. Dann braucht man noch destilliertes Wasser.

Außerdem braucht man noch: 1 Messzylinder (oder ähnliches schlankes, hohes Gefäß) mit Inhalt mindestens 50 Milliliter zum Ausfällen des Magnesium mit Natronlauge. 2 kleine Messbecher (etwa 25 Milliliter) mit Markierung bei 10 Milliliter für die eigentliche Messung. Je 1 kleiner Kunststofflöffel für die Dosierung des Calconindikators und des Natriumbikarbonats. 1 Kunststoffspritze (Apotheke) mit 1 Milliliter Inhalt/Markierung für die genaue Einbringung der Mess-Kalziumlösung.

Messdurchführung:

Bestimmung des Tropfenverbrauchs des Kalziumnormal ( kann man sich sparen, wenn man die Kalziumlösung genau genug und stabil genug herstellen kann):

dazu gibt man in einen der kleinen Messbecher genau 10 Milliliter destilliertes Wasser und anschließend mit der Spritze genau 1 Milliliter SR5 (die Spritze darf NUR für das Kalziumnormal verwendet werden, sonst kommt es zu Fehlmessungen). Dazu kommen 4 Tropfen SR1 und eine kleine Löffelspitze SR2 - dann wird umgeschwenkt (Die Menge SR2 sollte man so bemessen, dass das Wasser eindeutig gefärbt aber noch gut durchscheinend ist, hat man nach ein paar Versuchen gut im Griff). Das Wasser färbt sich rosa.

Jetzt wird solange SR4 zugetropft ( jedes mal nachher etwa 10 Sekunden schwenken), bis die Farbe in violettblau umschlägt. Um es ganz genau zu machen, schüttet man die Hälfte der gefärbten Flüssigkeit in den anderen kleinen Messbecher und gibt noch einen Tropfen in einen der Messbecher zu. Kommt es noch zu einer Andersfärbung (kann man jetzt sehr gut durch Farbvergleich der beiden Messbecher beobachten) so schüttet man wieder zusammen, mischt und trennt wieder gleichmäßig auf beide Messbecher und fährt fort, bis keine Farbveränderung mehr wahrgenommen werden kann. Dann hat man eine Tropfenanzahl, die man sich notiert (es sollten etwa 15 Tropfen sein).

Diese Vormessung muss man nur ab und zu mal machen, damit man auf eventuelle geringfügige Veränderungen der Messflüssigkeiten reagieren kann (in die Berechnung am Schluss richtig einsetzen kann).

In den größeren Messzylinder etc. kommen etwa 50 Milliliter Aquariumsalzwasser und pro 10 Milliliter 5 Tropfen SR1 (also etwa 25 Tropfen). Man rührt um und wartet etwa 1 Stunde, bis sich die trübe weiße Magnesiumhydroxydmenge unten absetzt und schüttet dann aus dem klaren überstehenden Wasser 10 Milliliter in einen der kleinen Messbecher zur weiteren Messung. Sollte die Absetzung nach einer halben Stunde noch nicht richtig funktionieren, rührt man noch einmal kräftig um, damit wird die Absetzung sehr beschleunigt.

Man fügt eine kleine Löffelspitze SR2 zu den 10 Milliliter klarem Probewasser zu (siehe auch Punkt 1) und schwenkt um, die Flüssigkeit färbt sich rosa.

Man tropft so lange SR3 zu (dazwischen immer einige Sekunden umschwenken), bis eine Farbveränderung beginnt (rosa wird dunkler in Richtung violett). Jetzt tropft man SR4 zu und beobachtet bis keinerlei Farbveränderung mehr feststellbar ist. Man verwendet dazu die Methode mit 2 Messbechern wie vorher im Punkt 1 beschrieben.

Man fügt genau 1 Milliliter (mit Spritze) SR5 dazu, die Lösung wird wieder rosa oder lila.

Man fügt 2 Tropfen SR6 und eine kleine Löffelspitze (etwa 3 mal so viel wie Indikator laut Punkt 3 bzw. 1) SR7 zu und schwenkt um, bis das Pulver gelöst ist. Dann wartet man 10 Minuten und schwenkt hin und wieder um.

Jetzt tropft man SR4 zu, bis keine Farbveränderung (in Richtung blau) mehr feststellbar ist (zwischendurch nach jedem Tropfen immer etwa 10 Sekunden schwenken), man nutzt die genaue Meßmöglichkeit mit 2 Meßbechern wie im Punkt 1 beschrieben. 1 Tropfen SR4 entspricht 2 Milligramm Strontium pro Liter; die Ausrechnung erfolgt so:

Wenn bereits mit dem ersten Tropfen keine Farbveränderung mehr zu erreichen ist (Flüssigkeit ist bereits unveränderbar blau bzw. blauviolett), so hat das Wasser 30 Milligramm pro Liter Strontium oder mehr. Ist der Verbrauch genau die Tropfenanzahl der Vormessung gemäß Punkt 1 (also z.B.: 15) so ist der Strontiumgehalt Null. Dazwischenliegende Werte errechnet man aus der Tropfenanzahl gemäß Punkt 1 minus der jetzt verbrauchten Tropfen mal 2.

Beispiel: Der Tropfenverbrauch nach Punkt 1 ist 15, die jetzt verbrauchten Tropfen sind 10, so ergibt sich ein Strontiumgehalt von 15 minus 10 ist 5 mal 2 ist 10 Milligramm Strontium pro Liter.

Zugegeben: einfach ist es nicht - aber genau und wohl die einzige beschriebene Hobbymeßmethode für Strontium weltweit.

Strontiummessung

3.) Zu den Chemikalien

Natronlauge 40 Prozent: 5 Tropfen auf 10 Milliliter ergeben etwa pH 12,5 - ok für Fällung von Mg.

Calcon: 0,2 Gramm Calcon Indikator  (etwa) werden in 20 Gramm Kaliumnitrat vermischt. Es gehen sicher auch andere feinpulverige Salze, die allerdings keinerlei Härtebildner, kein Karbonat, kein Sulfat und kein Ammonium enthalten dürfen und außerdem etwa neutral reagieren sollten.

EDTA (Natriumsalz Dihydrat): entsprechend der Tropfengröße wäre für 1/8 Grad Gesamthärte (2 mg Strontium pro Liter) auf 10 Milliliter Wasserprobe eine etwa 1 zu 22,4 verdünnte 1/10 n EDTA - Lösung erforderlich (für 0,5 Grad Härte also 4 mal so viel). Man gibt also z.B.: 10 Milliliter 1/10 n EDTA-Lösung in einen Messbecher und füllt mit dest. Wasser bis 56 Milliliter auf - das ist die Lösung für 0,5 Härtegrade, bei Auffüllung auf 224 Milliliter ergibt sich die Lösung für 1/8 Härtegrade (2 mg Strontium). Herstellung von 0,1 n EDTA siehe dort.

Kalciumnormal: Gewünscht werden etwa 1,88 Grad deutscher Härte in einem Milliliter für 10 Milliliter Wasserprobe. Eine Lösung von etwa 3,7 Gramm CaCl2*6H2O (Calciumchlorid 6 Hydrat) auf 0,5 Liter Aqua dest. ergibt etwa 188 Grad deutscher Härte -->> 1 Milliliter  dieser Lösung 1/10 verdünnt ergibt auf 10 Milliliter Wasserprobe etwa die gewünschten 1,88 Grad deutscher Härte.

Ammoniak (25 Prozent) 2 Tropfen und eine (kleine) Messerspitze Natriumhydrogenkarbonat bzw. Natriumbikarbonat ("Speisenatron")

Strontiummessung

4.) Weitere Bemerkungen zu durchgeführten Kontrollversuchen

Bei der Fällung von Magnesium mit Natronlauge wird auch ein Gutteil von Calcium mitgefällt (was interessanterweise bei der bekannten Calciummessung in dieser Flüssigkeit nichts ausmacht, weil das Calcium obwohl teilweise gefällt, mitgemessen wird) aber Strontium bleibt praktisch komplett in Lösung, Kontrolle durch Strontiumlösung in dest. Wasser mit Gehalt von etwa 50 bis 100 mg SR pro Liter plus Natronlauge führt auch nach längerer Wartezeit zu keinerlei Trübung, bei Mg schon.

Die Messung ohne Absonderung des Magnesiumhydroxydschlammes ist nicht möglich (keinerlei Möglichkeit einer genauen Endpunktfeststellung im erforderlichen Ausmaß).

Die Zugabe von Ammoniak und Natriumhydrogenkarbonat darf nicht in beliebig hoher Menge erfolgen, da beide den pH-Wert senken.

Natriumbikarbonat in ammoniakalischer Lösung fällt tatsächlich ausschließlich Strontium - Calcium erst beim Erhitzen - in mehreren Testmessungen in Süß- und Salzwasser erprobt.

Strontiummessung

5.) Was entscheidend war

Der Zusammenhang, dass in der Kombination EDTA-Kalcium-Calcon-Strontium das Strontium durch Kalcium aus dem Komplex verdrängt wird und so separat gefällt werden kann (wird bei Zugabe des Kalciumnormals verwendet)

Dass die Messung nach Abtrennung des Magnesiumhydroxydschlammes genau genug funktioniert und Strontium bei pH 12,5 nicht ausfällt sondern in Lösung bleibt.

Dass Strontium ALLEINE bei Zimmertemperatur mit Karbonaten in ammoniakalischer Lösung nach einigen Minuten gefällt wird.

Dass ich meine Geduld und meinen Optimismus beibehielt.

Viel Erfolg und Geduld ;-) !

Aufgestellt 1-8/98 – Ing. Anton Gabriel - Wien - Österreich

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