pH- und Alkalinitäts-Sensoren

Schelfmeere bilden eine wichtige Grenzregion zwischen Land und dem offenen Meer. Daher spielen Prozesse in Schelfmeeren eine zentrale Rolle in globalen biogeochemischen und Kohlenstoffkreisläufen und haben einen starken Einfluss auf die Speicherung von CO2 in den Ozeanen. Eine beständige Überwachung des Kohlenstoffkreislaufes im Meer ist extrem wichtig, um Klimaveränderungen und die Versauerung der Meere zu verstehen. Um das Kohlenstoffsystem in Meerwasser vollständig zu quantifizieren, müssen mindestens zwei der fünf Variablen dieses Systems erfasst werden. Das Helmholtz-Zentrum Geesthacht hat daher autonome Systeme entwickelt, die unterwegs, z.B. an Bord von Schiffen, Alkalinität und pH-Werte mit hoher zeitlicher Auflösung (1/min) messen können.

Schematische Übersicht des Messprinzips

Das pH-Analysesystem fügt der Wasserprobe eine Säure-Base-Indikatorfarbe zu. Die Extinktionskoeffizienten der Indikatorfarbe ändern sich mit dem Säuregehalt der Wasserprobe. Dieses Prinzip kann für eine hochpräzise spektralphotometrische Bestimmung des pH-Wertes benutzt werden. Ein großer Vorteil dieser Technik ist, dass keine Kalibrierung des Indikators im Feld notwendig ist, da es keine Drift gibt. Nur Temperatur und Salzgehalt müssen mit hoher Genauigkeit bekannt sein.

Um die Gesamtalkalinität zu bestimmen wird eine Tracer-kontrollierte Titration mit einer starken Säure durchgeführt. Der Tracer (Bromkresolgrün) ermöglicht es, die Konzentration des Indikators und damit die Säurekonzentration optisch zu messen. Außerdem kann während der Titration, die für die Bestimmung der Alkalinität benötigt wird, der pH-Wert berechnet werden.

Parameter

pH
Gesamtalkalinität