Messverfahren für den pH-Wert im Süßwasseraquarium

Zur Bestimmung des pH-Wertes bieten sich für den Aquarianer grundsätzlich drei Verfahrensweisen: Tauchtests (Teststreifen), Indikatorflüssigkeiten (Tropfentests) oder aber die Benutzung eines pH-Meters. Alle diese Methoden haben individuelle Vorteile, aber auch Nachteile.

Teststreifen

Noch eine Bemerkung vorab: Mit dem Begriff Karbonathärte ist in der Aquaristik gemeinhin die Säurekapazität oder das Säurebindevermögen bis pH 4,3 (SBV) gemeint.
Dies ist in der Praxis quasi-identisch mit der Konzentration von Carbonat-Ionen (HCO32-) und Hydrogencarbonat-Ionen (HCO3). Ich werde hier ebenso verfahren, um der in der Aquaristik gebräuchlichen Terminologie Tribut zu zollen und Verwirrungen beim Leser zu vermeiden. Der Begriff Karbonathärte (in Anführungszeichen) oder dessen Abkürzung KH ist in diesem Text gleichbedeutend mit Säurebindevermögen zu verstehen.
Aquaristische pH-Teststreifen, insbesondere Multisticks (Mehrfachtest-Streifen), sind im Vergleich zu anderen Nachweisverfahren, recht ungenau. Bei pH-Teststreifen fär den Laboreinsatz, beispielsweise von Merck oder Macherey-Nagel, sieht das anders aus. Qualitativ hochwertige pH-Teststreifen kosten allerdings auch um einiges mehr als vergleichsweise einfache Modelle. Aber auch unter den pH-Teststreifen aquaristischer Anbieter gibt es einige erfreuliche Ausreißer, die vergleichsweise gute Ergebnisse liefern.
Der pH Streifentest pH 5-10 Tauchtest von Dennerle ist beispielsweise nach meinem Dafürhalten eine Private Label Variante der pH-Indikatorstäbchen pH 5,0 – 10,0 von Merck. Generell zeigen pH-Teststreifen in gut gepuffertem Wasser mit hoher Karbonathärte genauer an als in nur schwach gepuffertem (niedrige KH, ≤ 5°d) weicherem Wasser. Um auch nach länger Zeit verlässliche Ergebnisse zu erzielen, ist die korrekte Lagerung der Testsreifen besondes wichtig. Kühl und trocken sollte es sein. Der Unterschrank des Aquariums ist nicht der Aufbewahrungsort erster Wahl.

Tropfentests

Am weitesten verbreitet sind Tropftests zur pH-Wert Bestimmung, die auf Indikatorlösungen basieren.
Säure-Base-Indikatoren, von lateinisch indicare = anzeigen, sind Farbstoffe, die abhängig vom pH-Wert ihre Farbe ändern. Ursächlich hierfür ist, dass sie selbst schwache Säuren oder Basen sind und damit Protonen oder Hydroxid-Ionen aufnehmen und abgeben können. Sie können somit jeweils in einer geladenen als auch ungeladen Form vorliegen. Diese Zustandsänderung gibt der Indikator optisch durch eine Farbänderung preis. Als Indikatoren werden beispielsweise Bromthymolblau, Methylrot und Methylorange verwandt. Es gibt aber auch vorkommende Indikatoren. So enthält der Saft des Rotkohls oder Blaukrauts den Farbstoff Cyanidin. Aus dieser Eigenschaft erklärt sich auch, warum das Gemüse regional unterschiedlich entweder Rotkohl oder Blaukraut genannt wird. Je nach Art der Zubereitung, beispielweise sauer mit Äpfeln, oder alkalisch mit Speisenatron, färbt sich der Kohl rötlich oder bläulich.
Als Indikatorlösung wird bei handeslüblichen Testreagenzien in der Regel ein Mischindikator aus verschiedenen Einzelindikatoren verwendet, um eine gute Farbabstufung über den gesamten Meßbereich zu gewährleisten. Nachdem entsprechend der Anleitung die benötigte Probenmenge in den beiligenden Messbehälter (Küvette) gegeben wurde, werden nach Anleitung einige Tropfen der Indikatorflüssigkeit dazu gegeben und durch leichtes Schwenken in der gesamten Wasserprobe gleichmäßig verteilt. Den entstehenden Farbton vergleicht man nun mit den einzelnen Werten auf der beiliegenden Farbkarte. Schwächen zeigen flüssige pH-Indikatoren bei sehr weichen und ungepuffertem Wasser (destilliertes / vollentsalztes / RO-Permeat / Regenwasser), da sie hier oft deutlich saurere Werte anzeigen als tatsächlich gegeben sind. Hervozuheben sind hier besonders die Testssets von JBL, welches durch einen Komparatorblock auch eine mögliche Eigenfärbung des Aquarienwassers berücksichtigen. Je nach Auflösung des Tests fällt die Messgenauigkeit zwischen 0,3 bis 1 pH-Stufen. Dies ist bei den abgelesenen Werten zu berücksichtigen. In der Regel sind Angaben in 0,5er Schritten die sinnvollste Angabe. Zwischenwerte lassen sich abschätzen.
Eine weitere Möglichkeit bietet die Bestimmung des Ergebnisses mit Hilfe eines Photometers.
Hier wird die Funktion des menschlichen Auges durch eine Photozelle übernommen. Die mit Indikator versehene Probe wird dabei inm Gerät mit Licht (entsprechend einer bekannten Energiemenge) durchleuchtet. Eine Photozelle wandelt das Licht, welches die Probe Passiert hat, in elektrischen Strom um. So kann die Energiemenge dargestellt werden, welche bei der Photozelle angekommen ist. Da jeder chromatische (farbige) Stoff bestimmte Teile des Lichtes zurückwirft (reflektiert) und andere absorbiert oder bei Flüssigkeiten auch durchlässt (transmittiert), kann man ihn anhand seines spezifischen Adsorptions- (ausgefiltertes Licht) und Transmissions- (durchgelassenes Licht) Spektrums sowohl identifizieren als auch seine Konzentration bestimmen. Anhand der Differenz von eingesandter Energie durch die Lichtquelle (insgesamt oder auf eine bestimmte Wellenlänge bezogen) und der Energiemenge, welche an der Photozelle angekommen ist, kann man die Energiemenge erkennen, die in der Probe absorbiert wurde. Die absorbierte Energie in einem bestimmten Wellenlängenbereich, die Extinktion bei x nm (Nanometer), ist äquivalent zur Konzentration des Indikator-Farbstoffs in der Probe. Da pH-Indikatoren abhägig vom pH-Wert unterschiedlich gefärbt sind, kann aus der Extinktion bei einer besstimmten Wellenlänge der pH-Wert in der Probe mit entsprechenden Vergleichsmustern bekanntem pH-Wertes (Pufferlösungen) bestimmt werden.

elektronische pH-Meter

Da der pH-Wert sich bereits durch die Probennahme verändert und so neben anderen Anwendungsfehlern verfälschte Ergebnisse produziert werden, ist die genaueste Methode die pH-Wert Messung direkt im Aquarium mit einem elektronischen pH-Meter. Zu bevorzugen sind solche Geräte, bei denen man die die Elektrode austauschen kann. Ich persönlich benutze das GPH014 der Firma Greisinger. Das Gerät ist relativ erschwinglich, leicht zu bedienen und für die aquaristische Praxis hinreichend genau.
Zu beachten ist bei Verwendung von pH-Metern die korrekte Behandlung und Lagerung der Elektrode sowie regelmäßiges Kalibrieren (Eichen) der Messkette. Außerdem ist auch die Haltbarkeitsdauer und korrekte Lagerung der Kalibierlösungen (Pufferlösungen) der Elektrode zu beachten.

Belegstellen, weiterführende Literatur und externe Links

  1. Sigg, L. & Stumm, W. (1995): Aquatische Chemie: eine Einführung in die Chemie wässriger Lösungen und in die Chemie natürlicher Gewässer. 3. Auflage, B.G. Teubner GmbH, Leipzig. ISBN 978-3519136514