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TEMPERIEREN Schnellaufschluss mit hohen Temperaturen

| Autor / Redakteur: Fred Böttcher* und Susanne Gollor* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Der schnelle CSB-Aufschluss, auch als „HSD“ oder „High Speed Digestion“ bezeichnet, hat sich in der Praxis etabliert. Dafür werden unter anderem sog. Hochtemperatur-Reaktoren als Spezialgeräte angeboten.

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Abbildung1
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( Archiv: Vogel Business Media )

Der schnelle CSB-Aufschluss, auch als „HSD“ oder „High Speed Digestion“ bezeichnet, hat sich in der Praxis etabliert. Dafür werden unter anderem sog. Hochtemperatur-Reaktoren als Spezialgeräte angeboten.

Wer nach geltenden Normen messen muss, kommt um Standardverfahren nicht herum. Und will es wohl auch gar nicht: falsche Messwerte kosten das Unternehmen möglicherweise viel Geld. Eine Abwasserabgabeberechnung erfolgt auch weiterhin nach der geltenden Richtlinie, also für die CSB-Bestimmung nach dem titrimetrischen Verfahren gemäß DIN 38409 H41.

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Anders sieht es für das Eigenkontrollverfahren aus: hier ist die CSB (Chemische Sauerstoffbedarf)-Messung in Küvetten nach ISO 15705 behördlich anerkannt, sofern die Voraussetzungen der Qualitätssicherung erfüllt sind. Die ISO 15705 wurde explizit für den Einsatz von CSB-Küvettentests konzipiert und verabschiedet. Der Normenausschuss Wasserwesen hat damit das bereits vorhandene Angebot an CSB-Tests verschiedener Hersteller überprüft und für tauglich befunden. Die festgelegten Rahmenbedingungen (s. Tabelle 1) werden von fast allen handelsüblichen CSB-Küvettentests erfüllt:

Die ISO-Konformität ist somit gegeben, was eine weitere Argumentation basierend auf dieser Regelung überflüssig macht. Mit Einführung der Küvettentests verringerte sich der zeitliche und technische Aufwand für die CSB-Bestimmung gegenüber dem Normverfahren auf ein Minimum:

- Probe in das fertige Reaktionsgemisch pipettieren und mischen,- Aufschluss im vorprogrammierten Thermoreaktor, - Probe abkühlen lassen und - Messwert im geeigneten Photometer ablesen.

Dass es wünschenswert ist, bei der täglichen Arbeit den Zeitaufwand für diese Kontrollmessung weiter zu minimieren, ist nachvollziehbar und hat sich in der Praxis tatsächlich etabliert. Der Schritt, der dabei verkürzt werden kann, ist die Dauer des Probenaufschlusses im entsprechenden Aufschlussreaktor. Chemischen Gesetzmäßigkeiten folgend, führt eine Temperaturerhöhung zu einer schnelleren Reaktionsgeschwindigkeit. Die Regel sollte es ohne Vorüberlegungen dennoch nicht werden.

Moderne Thermoreaktoren

Thermoreaktoren gibt es schon lange, denn bei genauer Betrachtung unterscheiden sich die sog. Hochtemperatur-Reaktoren mit ihrer vermeintlich neue Eigenschaft der Hochtemperatur nicht wesentlich von bewährten Modellen: so wird z.B. mit der CR-Serie der Firma WTW bereits seit Jahren eine Gerätelinie angeboten, die frei einstellbare Temperaturen bis 170°C bietet. Hier lassen sich neben vielen voreingestellten Programmen, die den Normvorschriften der Wasseranalytik entsprechen, sowie einem programmierten Schnellaufschluss für CSB insgesamt acht eigene Programme hinterlegen. Egal ob für ein Dienstleistungslabor mit biotechnischen Arbeiten oder eben für individuelle Aufschlussverfahren im Abwasserbereich kann eine Temperatur von 25 bis 170°C mit einer Laufzeit bis zu 180 Minuten eingestellt und gespeichert werden.

Verkürzung der Abkühlzeit

In der Reagenzlösung einer CSB-Küvette befinden sich als Bodensatz schwerlösliche Chemikalien - Silbersulfat als Katalysator und Quecksilbersulfat zur Maskierung von Chlorid aus der Probe. Während der thermischen Behandlung werden diese Reagenzien üblicherweise nicht vollständig verbraucht und verteilen sich als feindispersive Trübung in der heißen Reaktionslösung. Das Absinken dieser Teilchen zum Boden der Küvette ist zeitabhängig und geschieht meist vollständig innerhalb der vom Hersteller für den betreffenden Test vorgeschriebenen Abkühlphase.

Dies ist notwendig, um den Trübungseffekt zu minimieren und als Störgröße für den Messwert auszuschließen. Wird das Abkühlen von Küvette und Reagenzlösung auf Messtemperatur erzwungen, müsste mit einem zusätzlichen Arbeitsschritt die Trübung eventuell entfernt werden. Ob der Umgang mit freier Chromschwefelsäure zwecks Filtration oder Zentrifugation einen relativ geringen Zeitgewinn rechtfertigt, ist fraglich.

Aufschlussfaktoren beachten

Die zentrale Frage ist jedoch, wer wann und ob überhaupt von den Normbedingungen abweichen sollte, die für den CSB-Aufschluss bei 150 ± 5 °C und zwei Stunden liegen. Wichtig ist hier nicht, was der Hersteller spezifiziert. Für die Betriebsüberwachung steht die Qualitätssicherung im Vordergrund und das heißt, dass der Anwender zeigen muss, was er damit an Genauigkeit und Fehlerfreiheit erreichen kann.

Freiheitsgrade könnten genutzt werden, wenn für die eigene Probenumgebung und Arbeitsweise experimentell verifiziert wurde, dass mit einem Normaufschluss und einem Schnellaufschluss vergleichbare Ergebnisse erzielt werden. Eine Garantie oder eine einheitliche Aussage kann es dazu aber nicht geben.

Die Ergebnisse hängen stark von der jeweiligen Probenmatrix ab. So gibt es derzeit keine allgemeingültigen Studien, wie sich Aufschlüsse bei 170 °C oder geringeren Aufschlusszeiten verhalten, die normgemäß bei 150 ± 5 °C für 120 Minuten erfolgen: möglicherweise werden dann nämlich weitere schwer aufschließbare Verbindungen tatsächlich aufgebrochen, die zu höheren Ergebnissen führen.

Vielleicht ist dies auf einen tatsächlich höheren CSB-Wert zurückzuführen. Oder aber es treten plötzlich Interferenzen mit einem Störparameter auf. Deshalb sollten alle Anwender, die sich für einen Schnellaufschluss - „High Speed Digestion“ - entscheiden, ihre Proben zuvor auf Vergleichbarkeit bezüglich der Ergebnisse mit den beiden unterschiedlichen Verfahren untersuchen und eventuell optimieren.

Weitere Aufschlußfaktoren

Die Chemikalienzusammensetzung ist für Küvettentests möglichst auf Normverfahren optimiert, so daß eine Änderung der Abläufe zu Fehlbefunden führen kann. Außerdem führen schnelles Abkühlen und zu kurze Standzeiten nach dem Aufschluss eventuell zu höheren Trübungswerten in der Küvette, die von heute bedingt möglichen automatischen Trübungskorrekturen nicht abgefangen werden können.

Der Druck in den geschlossenen Küvettensystemen ist abhängig von der Temperatur. Dies ist für Siedepunkte und Aufschlussabläufe bedeutend und kann im Extremfall zu berstenden Küvetten mit auslaufenden Chemikalien und Verunreinigung des jeweiligen Reaktors führen.

Genügt nicht die Standardtemperatur bei einer Zeitverkürzung? Niedrigere Temperaturen bedeuten einen Sicherheitsgewinn, denn höhere Temperaturen bergen immer Gefahr von zusätzlicher Deckel- und Glasbelastung der Küvetten. Vergleichsmessungen mit den WTW-Modellen der Aufschlussreaktoren haben bei CSB-Messungen gezeigt, dass Probenaufschlüsse bei normgerechter Temperatur von 148 °C bereits nach 20 Minuten vergleichbare Ergebnisse gegenüber einem zweistündigen Aufschluss mit derselben Temperatur liefern.

Dieser Schnellaufschluss wurde deshalb als festes Programm in die WTW-Thermoreaktoren implementiert.

Zusammenfassung

Die Möglichkeit für einen Schnellaufschluss bei hoher Temperatur hängt im Prinzip von der jeweiligen Probensituation ab und bedarf nicht unbedingt einer besonderen Gerätschaft. Um böse Überraschungen zu vermeiden, sollte jeder Anwender sicher stellen, dass die Ergebnisse verwendbar sind. Anders ausgedrückt: hauseigene Untersuchungen im Vorfeld sollten gezeigt haben, dass die Messergebnisse mit dem Schnellverfahren zu denselben Resultaten führen wie das normkonforme Verfahren.

*F. Böttcher und S. Gollor, WTW Wissenschaftlich-Technische-Werkstätten GmbH, 82356 Weilheim

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