Mein Trick, um teure blaue Messflüssigkeit einzusparen
Die Verlässlichkeit der Messung des H2-Gehalts mit Methylenblau ist nicht immer gegeben und die Messgenauigkeit nicht so hoch wie im Beipackzettel suggeriert. Ich empfehle daher neu gekaufte Tropfen zuerst zu überprüfen und zu kalibrieren, bzw. den Umrechnungsfaktor zur Fehlerkorrektur zu bestimmen.
Da die Tropfen-Methode prinzipiell nicht sehr genau ist, und die Tropfen teuer sind, liegt es nahe, das Messverfahren so zu modifizieren, dass für die Bestimmung des H2-Gehaltes von übersättigtem Wasser deutlich weniger der teuren Tropfen gebraucht werden.
Dazu füllt man einfach nur 3 ml statt 6 ml mit einer 3 ml Einwegspritze in den Messbecher. Oder noch besser ist es, den Messbecher mit 3 ml H2-Wasser und 3 ml Leitungswasser ohne H2 zu füllen. Halb so viel H2-Wasser verbraucht halb so viel Messflüssigkeit, und jeder Tropfen zählt dann einfach für 0,2 ppm statt 0,1 ppm.
Heutige gute H2-Booster bringen das Wasser auf 4-5 ppm H2-Gehalt, und um das zu messen, benötigt man nach Anleitung 40 - 50 Tropfen Messflüssigkeit, mit der Methode nur 20 - 25. Bei der Verwendung einer Spritze ist nur zu beachten, dass das Aufziehen und ausdrücken der Spritze langsam und am Boden des Messbechers erfolgt, damit möglichst wenig H2-Gas bei der Prozedur aus dem Wasser entweicht.
Meine Standard-Methode zur Schnell-Messung eines Wassers mit unbekannter H2-Konzentration ist es, zunächst 3 ml mit einer Spritze einzufüllen und die Tropfen zu zählen bis das Wasser blau bleib. Wenn mir die Genauigkeit dieser ersten Abschätzung genügt, ist die Anzahl der Tropfen mal 2 das Messergebnis. Benötigt der Farbumschlag weniger als 8-10 Tropfen, kann ich die Genauigkeit dadurch erhöhen, dass ich weitere 3 ml H2-Wasser dazu fülle. Das Wasser wird wieder klar und ich kann weiter tropfen, wobei ich dann schon weiß, dass ich für den endgültigen Farbumschlag noch einmal so viel Tropfen brauche, wodurch ich gleich viele Tropfen auf einmal zugeben kann und erst in der Nähe der doppelten Tropfenzahl langsam und vorsichtig sein muss, um den Farbumschlag genau zu treffen.
Zum Messen von sehr hohen H2-Gehalten im Wasser ist es sinnvoller, nicht weniger H2-Wasser mit den Tropfen zu messen, sondern das Wasser zuvor auf einen niedrigeren H2-Gehalt zu verdünnen!
Füllt man 4 ml gewöhnliches Leitungswasser in den Messbecher, welches ja kein H2 enthält, und gibt mit der Spritze 2 ml der zu messenden Wassers dazu, dann ist das Wasser nach dem sanften Umrühren z. B. 3-fach verdünnt, enthält also nur noch ein Drittel des Wasserstoffs. In diesem 3-fach verdünnten Wasser zählt dann auch jeder Tropfen 3-fach, und statt nach 40 - 50 Tropfen, tritt der Farbumschlag schon nach 14 - 18 Tropfen ein.
14 Tropfen ergeben dann ein Messergebnis von mindestens 4,4 ppm, allerdings dann auch mit einer 3-mal so großen Messunsicherheit von 0,3 ppm, der wirkliche Gehalt könnte also auch bei bis zu 4,7 ppm liegen. Für hoch angereichtes H2-Wasser ist die geringere Genauigkeit, mit der ca. 3-mal so viele Messungen mit einer Flasche der blauen Flüssigkeit erreicht werden, aber sicher ausreichend.
Die Messgenauigkeit der Tropfen-Methode erhöhen.
Die Genauigkeit der Messung lässt sich theoretisch dadurch, dass nach dem Farbumschlag in das blaue Wasser nochmal so lange H2-Wasser aus einer anderen Pipette mit genau der gleichen Geometrie dazu getropft wird, bis das Wasser erneut klar wird.
Wie oben beschrieben entzieht jeder Tropfen der "blauen Tropfen" den 6 ml an H2-Wasser etwa 0,1 ppm an gelöstem H2-Gas. Nach Anleitung wird auch der letzte Tropfen noch mitgezählt, der das Wasser nicht mehr vollständig entfärbt. Also ist ungewiss, wie viel von diesem letzten Tropfen noch zur Entfärbung des Wassers "gebraucht" wurde. (Die Tropfengröße im Verhältnis zur gemessenen Wassermenge bestimmt die inhärente Messungenauigkeit dieses Verfahrens.)
Wie viel nun von der Kapazität des letzten Tropfens gebraucht wurde, um alles gelöstes H2-Gas zu binden, lässt sich nun feststellen, indem gerade noch soviel H2-Wasser zugeführt wird, dass auch die Kapazität des letzten Tropfens erschöpft wird. Dazu kann man wieder H2-Wasser nach tropfen, bis der Farbumschlag erneut von blau nach (gelblich) klar erfolgt.
Werden die vorgegebenen 6 ml H2-Wasser im Test verwendet, ist diese Ungenauigkeit von 0,1 ppm akzeptabel. Wird aber weniger H2-Wasser vor dem Testen auf 6 ml verdünnt, so steigt diese Ungenauigkeit an auf 0,2 ppm bei 3 ml, auf 0,3 ppm bei 2 ml und sogar auf 0,6 ppm, wenn 1 ml H2-Wasser vor dem Testen auf 6 ml verdünnt werden.
Herleitung der Formel
dabei gilt:
C ist die H2-Konzentration im ppm, die bestimmt werden soll
XB ist die Anzahl aller "Blauen Tropfen", die benötigt werden um 6 ml Wasser gerade eben blau zu färben (dabei gilt wie bei James Bond: "Gerührt und nicht geschüttelt!")
XW ist die Anzahl der H2-Wassertropfen, die anschließend erforderlich sind, um das bereits entfärbte Wasser wieder blau zu färben, und
WT ist Anzahl der Wassertropfen aus der Pipette, die 6 ml ergeben, welche das Messgefäß aus dem Test-Set bis zum Eichstrich füllen
VT ist das Volumen eines Wassertropfens aus der verwendeten Tropfflasche oder Pipette
Damit die Formel angewendet werden kann, muss natürlich eine weitere, saubere und identische Pipette für das zugetropfte Wasser verwendet werden.
VT kann man recht einfach bestimmen, indem man das bei dem Test-Set Gefäß bis zum Eichstrich bei 6 ml mit Tropfen aus der Pipette füllt, und dann die 6 ml durch diese Tropfen-Anzahl teilt.
Mit der Tropf-Pipette des Produkts "JEDUAOR Reagent for determination of DISSOLVED HYDROGEN" ermittelte ich WT = 130 Tropfen für die 6 ml im Messbecher, also hatte ein Tropfen VT = 6 / 130 = 0,0461 ml
Dann ist die H2-Konzentration, bezogen auf einen Tropfen H2-Wasser, ungefähr ( XB * 0,1 * VT / 6 )
und damit ist die genauer gemessene H2-Konzentration C = ( XB * 0,1 ) - XW * ( XB * 0,1 * VT / 6 ) oder C = 0,1 XB * ( 1 - XW * VT / 6 )
und setzt man noch VT = 6 / WT von oben wieder in die Gleichung ein vereinfacht sich diese zu:
C = 0,1 XB * ( 1 - XW / WT )
Der schwarze Teil der Formel beschreibt dabei die Messung nach Anleitung, und der Rote Teil ist der Korrekturfaktor für das Feintuning mit Wassertropfen.
Für die Pipette aus dem Prüf-Set von JEDUAOR lautet also der rote Korrekturfaktor dann ( 1 - XW / 130 )
und um den maximalen Fehler von 0,1 ppm zu ermitteln werden höchstens 13 Tropfen H2-Wasser benötigt.
JEUDAO®-Flasche mit Glas-Pipette, gasdichter Verschluss-Stopfen, Schraubdeckel für den Stopfen und Messbehälter mit 6 ml Markierung,
mit 130 Wassertropfen aus dieser Glaspipette ist der Messbehälter mit 6 ml angefüllt
Meine Empfehlung zur Verwendung der "blauen Tropfen"
Getestet werden entweder 6 ml unverdünnt, bzw. alternativ 3 ml, 2 ml oder 1 ml H2-Wasser, das jeweils mit Leitungswasser auf 6 ml verdünnt wurde.
(Anmerkung: zur Verdünnung immer erst das Leitungswasser einfüllen und dann das H2-Wasser in das Leitungswasser sehr sanft einspritzen)
bei 6 ml H2-Wasser: C = 0,1 XB empfohlen, wenn erwarteter Wert zwischen 0,5 und 2 ppm liegt (Original-Verfahren),
(für Werte unter 0,5 ppm siehe Verfahren oben unter "Messbereich")
bei 3 ml H2-Wasser: C = 0,2 XB * ( 1 - XW / WT ) empfohlen, wenn erwarteter Wert zwischen 2 und 3 ppm liegt
bei 2 ml H2-Wasser: C = 0,3 XB * ( 1 - XW / WT ) empfohlen, wenn erwarteter Wert zwischen 3 und 6 ppm liegt
bei 1 ml H2-Wasser: C = 0,6 XB * ( 1 - XW / WT ) empfohlen, wenn erwarteter Wert über 6 ppm liegt
Bedeutung der Variablen:
C ist die gesuchte H2-Konzentration im ppm
XB ist die Anzahl aller "blauen Tropfen" die benötigt werden um 6 ml Wasser gerade eben blau zu färben
XW ist die Anzahl der H2-Wassertropfen, die anschließend erforderlich sind, um das bereits entfärbte Wasser wieder blau zu färben, und
WT ist die Anzahl der Wassertropfen aus der Pipette, die insgesamt 6 ml ergeben (das Messgefäß aus dem Test-Set bis zum Eichstrich füllen)
Auf diese Weise genügen immer nur 10 bis 20 "blaue Tropfen" und zusätzlich höchstens 13 Tropfen H2-Wasser, um ein noch genaueres Messergebnis als ohne die Verdünnung zu erhalten!
Anmerkung: Zum Abmessen der Verdünnung hat sich eine 3 ml Einwegspritze bewährt. Dabei immer erst das Leitungswasser in das Messgefäß einbringen, und dann das H2-Wasser in das Leitungswasser sehr langsam einspritzen und sanft umrühren oder schwenken.
Nach jedem Eintropfen immer an James Bond denken! "... nur gerührt und nicht geschüttelt!"
