Arsen, quantitative Analyse

Arsen (As) kommt in keiner Nährstofflösungen vor. Es tritt in folgenden Formen auf: Arsenit (As³⁺) und Arsenat (As⁵⁺). Es ist hoch toxisch.

Zur Bestimmung gibt es folgende Methoden:

• Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) mit Hydrid-Generator (HG-AAS): Hohe Empfindlichkeit.
• Induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS): Sehr präzise.
• Spektralphotometrie mit Silberdiethylthiocarbamat: Farbentwicklung durch Komplexbildung.
• Elektrochemische Methoden (z. B. ASV): Hohe Sensitivität.
• Iodometrische Titration: Geeignet für As³⁺.

Titration von Arsen mit Iodlösung (I₂)

1. Prinzip der Methode

Arsen(III)-Ionen (As³⁺) werden durch Iod (I₂) in saurer Lösung zu Arsen(V) oxidiert:

Der Endpunkt wird mit Stärkelösung als Indikator erkannt (blau → farblos).

• 0,01 mol/L Iodlösung (I₂)
• 1 mol/L Salzsäure (HCl)
• 0,1 mol/L Natriumthiosulfatlösung (Na₂S₂O₃)
• Stärkelösung (Indikator)

Benötigte Geräte:

• Bürette (25 mL, Teilung 0,1 mL)
• Erlenmeyerkolben (250 mL)
• Magnetrührer
• Messpipetten (10 mL, 50 mL)

1. 10 mL Nährstofflösung mit 10 mL 1 mol/L HCl versetzen.
2. Lösung vorsichtig auf 40°C erwärmen.
3. Langsam 0,01 mol/L Iodlösung zugeben, unter Rühren.
4. Nach dem Verschwinden der gelben Farbe Stärkelösung hinzufügen.
5. Weiter titrieren, bis die blaue Farbe verschwindet.

Die Konzentration von As³⁺ berechnet sich nach:

• Verbrauchte Iodlösung: 7,5 mL (0,0075 L)
• Konzentration der Iodlösung: 0,01 mol/L
• Probenvolumen: 50 mL (0,050 L)

Die iodometrische Titration ist eine einfache, kostengünstige Methode zur quantitativen Bestimmung von Arsen in Nährstofflösungen. Alternativ bieten AAS oder ICP-MS höhere Genauigkeit.

Die quantitative Arsen-Analyse gewinnt in hydroponischen Systemen zunehmend an Bedeutung, da Arsen trotz fehlender essenzieller Funktion als Pflanzennährstoff bereits in geringsten Konzentrationen phytotoxisch wirkt und über kontaminiertes Wasser oder verunreinigte Rohphosphate in Nährlösungen gelangen kann. Die toxischen Grenzwerte liegen für die meisten Kulturpflanzen bereits bei 0,1 bis 1,0 mg/l Arsen in der Nährlösung, wobei die Toxizität stark von der vorliegenden Spezies abhängt: Anorganisches Arsenit (As³⁺) ist deutlich giftiger als Arsenat (As⁵⁺) und wird von Pflanzen über Silikat-Transporter aufgenommen. Für die zuverlässige Quantifizierung und Speziation dieser niedrigen Konzentrationen ist die Hydridgeneration-AAS die Methode der Wahl, bei der Arsen zu flüchtigem Arsin reduziert und in einer Quarzküvette atomisiert wird, was Nachweisgrenzen im unteren μg/l-Bereich ermöglicht. Alternativ bieten HPLC-ICP-MS-Kopplungen die Möglichkeit einer vollständigen Speziation aller Arsenverbindungen, was für toxikologische Bewertungen besonders wertvoll ist. In der hydroponischen Praxis dient die regelmäßige Arsen-Analytik der Qualitätssicherung, insbesondere bei Verwendung von Regenwasser oder Brunnenwasser mit potenziell erhöhten Hintergrundbelastungen. Die Interpretation der Messergebnisse muss zudem den Phosphat-Status berücksichtigen, da Phosphat und Arsenat um die gleichen Aufnahmesysteme konkurrieren und eine ausreichende Phosphatversorgung die Arsenaufnahme effektiv reduzieren kann.