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Redoxpotential

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Einleitung

Das Redoxpotential (englisch Reduction-Oxidation Potential, kurz ORP) charakterisiert eine Messgröße von chemischen Redoxreaktionen. Der dominierende Sauerstoff hat maßgeblich Einfluß auf das Potenzial.

Das Potential ist absolut wichtig für alle biologischen Prozesse, insbesondere für die Nitrifikation und Denitrifikation:

Die Nitrifikation ist ab 289 mV möglich, je höher, desto besser
Die Denitrifikation ist bis 675 mV möglich, je niedriger desto besser

Die Betonung liegt auf möglich, denn das Vorhandensein eines Potential ist nur die Grundlage, die die entsprechnden Bakterien brauchen, um die Umwandlung durchzuführen.

Eine laufende Messung ist geeignet stark negative und zügige Veränderungen frühzeitig zu erkennen, z.B. wenn Tiere sterben und dadruch das Wasser stark belasten.

Einfluss auf das Potenzial

Folgende Prozesse haben maßgeblich Einfluß auf das Redoxpotential:

steigert das Potenzial
  • Bessere Abschäumung trägt Biomaterial aus, das sonst sauerstoffzehrend wäre
  • kräftige Photosynthese
  • Ozonzufuhr bringt Werte bis auf über 450 mV, wenn nötig
  • Aktivkohle hat einen deutlichen Einfluss, da Gelbstoffe entfernt werden
  • Absaugen / Reinigung von Bodensubstrat
  • Mechanische Filter (z.B. Filterwatte), die regelmäßig gewechselt werden
lässt das Potenzial sinken
  • Verwesungsprozesse, also organische Zersetzungsprozesse (z.B. tote Fische, Detritus) die Sauerstoff verbrauchen
  • Fütterung

Im Detail

Die Reaktion zwischen zwei Reaktionspartnern findet wie folgt statt: Der eine wird reduziert, der andere oxidiert, indem die Elektronen bei den Redox-Reaktionen wechseln. Jener Partner, welcher Elektronen aufnimmt, wird reduziert. Der andere Partner wird oxidiert. Somit kann die Redoxreaktion in zwei Halbreaktionen unterteilt werden. In der einen wird oxidiert mit dem Oxidationspotential als Triebkraft, in der anderen reduziert mit dem Reduktionspotential als Triebkraft. Das Redoxpotential zweier Partner ist die Summe von Oxidationspotential und Reduktionspotential. Je "lieber" ein Partner oxidiert wird und je "lieber" der andere reduziert wird, desto größer ist deren gemeinsames Redoxpotential bei der Reaktion. Zutreffend spricht man hier von einem “Redox-Paar”. Das Ausmaß der Reduktionskraft einer Substanz wird durch ihr Redoxpotential beschrieben; dies ist die Bereitschaft Elektronen abzugeben und damit in die oxidierte Form überzugehen.

  • Je negativer ein Redoxpotential desto stärker die Reduktionskraft
  • Elektronen fließen vom Redoxpaar mit negativerem Potential zum positiveren (bzw. weniger negativen) Redoxpaar

Messung

Das Standard-Redoxpotential eines Systems lässt sich durch eine Sonde und Messung der elektrischen Spannung ermitteln. Üblich ist die Messung im Bereich von 0 bis 500 mV. Das theoretische Maximum in Meerwasser liegt bei 740 mV (Sauerstoffsättigung und einem pH von 8). Im Handel sind meerwassertaugliche Redox-Sonden weit verbreitet - wichtig ist dabei die Verwendung von Platin für die Standhaftigkeit. Diese Sonden können dauerhaft installiert werden, und in Verbindung mit einer Digitalanzeige aktuelle Werte anzeigen. Es können auch Schalt- oder Alarmfunktionen mit sogenannten Controllern realisiert werden.

Optimaler Bereich im Aquarium
300 - 400 mV
Nitratfilter
-150 bis -300 mV

Die Spannung der üblich verwendeten Sonden entspricht nicht dem Standard-Redoxpotential, deshalb hilft eine Messung mit einem Digital-Multimeter wenig.

Der Redoxwert ist eher behäbig und neue Sonden brauchen meist mehrere Wochen, bis sie zuverlässige Werte anzeigen.

Die Sonden werden durch Biofilme schnell verschmutzt und zeigen dann deutlich zu hohe Werte an. Grundsätzlich sind die Sonden in einem dunklen Bereich (Technikbecken) unterzubringen, um Algenbewuchs zu unterbinden.

Kalibrierung der Sonde

Die üblichen Messgeräte / Controller verfügen über eine Kalibrierfunktion und im Handel sind Kalibrierlösungen erhältlich. Eine Kalibrierung ist nicht nur obligatorisch mit Betriebsaufnahme, sondern auch als vierteljährlicher Wartungsintervall.

Vorgang:

  1. Sonde reinigen (siehe Reinigung der Sonden).n die Pufferlösung 230 mV gestellt.
  2. Sonde mit Reinstwasser abspülen. Eine Verunreinigung der Pufferlösung ist unbedingt zu vermeiden, da sonst Abweichungen für zukünftige Messungen wahrscheinlich werden.
  3. Sonde in die Pufferlösung stellen und mehrere Minuten warten, bis der Messwert stabil bleibt.
  4. Referenzwert mit Anzeige abgleichen, ggf. das Messgerät justieren

Reinigung der Sonden

Im Bereich einer kräftigen Strömung können Biofilme deutlich reduziert und der Wartungsintervall (Reinigung) dadurch deutlich verlängert werden. Bei langsamer Strömung gilt als Anhaltspunkt eine wöchentliche Reinigung, im Optimalfall etwa eine monatliche Reinigung.

Verschmutzte Sonden lässt sich einfach reinigen:

  • leichte Verschmutzungen mit einem weichem Küchenpapier und Haushaltsessig vorsichtig abreiben
  • stärkere Verunreinigungen lassen sich durch ein Tauchbad in Essig für max. 20 min. effektiv entfernen
  • organische Verschmutzungen und Fette können durch ein mit Ethanol getränktes Küchenpapier sicher entfernt werden

Die gereinigte Sonde ist einsatzbereit und zeigt allerdings erst nach mehreren Stunden den richtigen Messwert an.

Controller

Auch sehr günstige Controller sind nicht nur für die Anzeige des Redoxwertes gut genug; sie verfügen auch über die nötigen Kalibrierfunktionen. Das wichtigste am Gesamtsystem ist eine sehr gute Sonde und die dauerhafte "Reinheit" derselben, denn Biofilme sind ein großes Problem. Erst wenn man sich sicher ist auch über mehrere Wochen verlässliche Messungen zu haben, kann der Controller mit Schaltfunktionen betraut werden. Üblich ist ab einem unteren Schwellwert die Zufuhr von Ozon.

Einzelnachweise

Weblinks