Erfassung kleinräumiger pH-Heterogenität im Boden mit Hilfe von Antimon- Mikroelektrodenmatrices

Göttingen

1995

178 S.

zahlr. Lit. Ang.

Bandaufführung

47435

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Erfassung der kleinräumigen pH-Heterogenität im Boden. Dazu wurden Antimon-Elektrodenmatrices mit 64 Mikroelektroden (Durchmesser 0,3mm) auf einer Fläche von 40 x 2,3mm (Entfernung zwischen den Elektrodenmittelpunkten 1,3mm) zur räumlich hochauflösenden pH-Messung an Bodenoberflächen eingesetzt. Da für eine exakte pH-Messung der Kontakt zwischen der Elektrodenoberfläche und dem Boden gewährleistet sein muss, wurde ein Verfahren zur Kontakt-Überprüfung getestet. Diese Methode basiert auf einer Testspannung von 100 mV, die für 5 Sekunden an die Elektrodenkette angelegt wird und sich zum Elektrodenpotential addiert. In Abhängigkeit vom elektrischen Widerstand des Bodens relaxiert das Elektrodenpotential unterschiedlich schnell. Als Beurteilungskriterium für den Bodenkontakt diente der Anteil der 100m V Testspannung, der am Ende der 5 Sekunden bereits in das Messmedium abgeleitet war. Es wurden nur solche Messungen verwendet, bei denen am Ende der Testspannungszeit bereits 90% der Testspannung abgeleitet waren. Wenn der Boden sehr trocken ist oder die Elektroden Kontakt zu Luft haben, ist der Widerstand des Messmediums so hoch, dass innerhalb der 5 Sekunden keine Relaxierung des Elektrodenpotentials beobachtet werden kann. Tendenziell relaxiert das Elektrodenpotenial umso schneller, je feuchter der Boden ist, eine quantitative Beziehung zwischen der Relaxierungszeit und dem Bodenwassergehalt besteht jedoch nicht. In den methodischen Untersuchungen zur Anwendbarkeit von Antimonelektroden für bodenkundliche Fragestellungen wurde der Schwerpunkt auf die Kalibrierung, die Reproduzierbarkeit sowie die Langzeitstabilität des Elektrodenpotentials in Bodenpasten gelegt. Kalibrierungen in Pufferlösungen spielten nur eine untergeordnete Rolle, da bei Messungen mit Antimonelektroden die Zusammensetzung von Kalibrier- und Messmedium möglichst gleich sein sollte (Wühenberger 1977). Als Beurteilungskriterien für die Kalibrierung wurden die Elektrodensteilheit (- mV/pH) sowie das Bestimmtheitsmass (Anpassung der Messwerte an die Kalibriergerade) herangezogen. Diese beiden Parameter verbesserten sich mit der Messdauer und dementsprechend mit zunehmender Stabilisierung des Elektrodenpotentials. Nach 4 Minuten Messdauer hatte sich das Elektrodenpotential in der Regel stabilisiert und für die Elektrodensteilheit sowie das Bestimmtheitsmass wurden die im Vergleich zu kürzeren Messzeiten besten Werte ermittelt. Da die Ergebnisse für die Elektrodensteilheit und das Bestimmtheitsmass sich nach 10 Minuten Messdauer im Vergleich zu 4 Minuten nur minimal verbessert hatten, wurde über eine Dauer von 4 Minuten gemessen, um Kalibrierungen innerhalb einer annehmbaren Zeitdauer durchführen zu können. Die Kalibrierungen wurden mit jeweils 7 bis 10 Bodenpasten im Bereich von pH 3 bis pH 7,6 durchgeführt, da hier eine lineare Beziehung zwischen dem Potential der Antimonelektrode und dem pH-Wert beobachtet werden konnte. Die Bestimmtheitsmasse lagen im Mittel bei 0,983 plus minus 0,011 und die Elektrodensteilheiten bei -54,8 plus minus 2,69 mV/pH (25 Grad C; n=392), was 93% der theoretischen Steilheit (-59,2 mV/pH; 25 Grad C) entspricht. Eine Beziehung zwischen der Qualität der Kalibrierung und der Reihenfolge der Messungen in den Bodenpasten der verschiedenen pH-Bereiche wurde nicht festgestellt. Wesentlichen Einfluss auf die Qualität der Kalibrierung sowie die Reproduzierbarkeit hatte die pH-Homogenität der Bodenpasten, die von der Bodenart sowie der Herstellungsweise der Paste abhängt.