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Acidität von Meerwasser

Der anthropogene Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre führt zu einem vermehrten Eintrag des Gases in die Weltmeere und damit zu einem Absinken des pH-Wertes. Er hat vor allem einen signifikanten Einfluss auf die Meeresbiologie. So zersetzen sich beispielsweise kalzifizierende Organismen wie Korallen oder Schnecken. Der Einfluss eines sinkenden pH Werts wird derzeit in vielen Projekten untersucht. Ein zuverlässig gemessener pH-Wert ist daher ein wichtiger Parameter für derartige Studien und bei der Beobachtung der Weltmeere.

Die Messung des pH-Wertes mit Glaselektroden, die in anderen Bereichen weit verbreitet sind und auf einer potentiometrischen Messmethode beruhen, gestaltet sich in der Ozeanographie schwierig. Die komplizierte Zusammensetzung des Meerwassers und der variierende Salzgehalt haben einen störenden Einfluss auf die gemessenen Spannungen, der kaum zu kompensieren ist. Deswegen hat sich in der Ozeanographie ein anderes Messverfahren durchgesetzt.

Eine etablierte Alternative zur Glaselektrodenmessung ist die pH-Messung mit Hilfe von Spektrophotometern. Hierbei wird ein pH-sensitiver Farbstoff (z.B. m-cresol purple) eingesetzt, dessen protonierte und deprotonierte Spezies je nach pH-Wert einen unterschiedlichen prozentualen Anteil hat. Die Absorption von Licht durch die beiden Spezies kann durch das Messen eines Spektrums quantifiziert werden. Aus dem daraus ermittelten Absorptionsverhältnis und der Dissoziationskonstante des verwendeten Farbstoffes kann der pH-Wert errechnet werden. Die spektrophotometrische pH-Bestimmung ist sehr präzise, jedoch fehlt hierfür derzeit ein Rückführungskonzept, das über den ganzen relevanten Salzgehaltsbereich gültig ist. Dies ist insbesondere für pH-Messungen in der Ostsee wichtig, in der der Salzgehalt besonders starken Variationen unterliegt.

  Dissoziationsgleichgewicht und Absorptionsspektrum des Farbstoffes m-cresol purple


Kooperationsprojekte
In einer Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Ostseeforschung in Warnemünde (IOW) soll im Rahmen eines weiteren europäischen Forschungsprojekts eine metrologische Basis zur präzisen und rückgeführten Messung des pH-Wertes in der Ostsee etabliert werden. Die Aufgabe unserer Arbeitsgruppe besteht in der Messung des pH-Wertes von geeigneten Pufferlösungen mit einem primären potentiometrischen Verfahren. Die variierenden Salzgehalte der Lösungen sind auf Meerwasser abgestimmt. Das IOW vermisst die gleichen Lösungen spektrophotometrisch unter Verwendung des Farbstoffes m-cresol purple. Die Messergebnisse beider Labore dienen der Bestimmung der Dissoziationskonstanten von m-cresol purple bei verschiedenen Salzgehalten, mit denen es schließlich möglich wird, den spektrophotometrisch gemessenen pH-Wert beim jeweiligen Salzgehalt rückzuführen. Dies ermöglicht die routinemäßige Messung von pH-Werten mittels dieser optischen Methode in der Ostsee, die auf den pH-Wert von potentiometrisch charakterisierten Referenzlösungen zurückgeführt sind.