Wasserqualitätsüberwachung – Chlorophyll im Wasser: Messprinzipien und Überwachungsmethoden

Was ist Chlorophyll?

Chlorophyll ist das wichtigste Photosynthese-Pigment in Pflanzen, Algen und einigen Bakterien. Es absorbiert rotes und blaues Licht und reflektiert grünes Licht, wodurch es grün erscheint. Man unterscheidet üblicherweise zwischen Chlorophyll a, Chlorophyll b, Chlorophyll c, Chlorophyll d, Chlorophyll f, Protochlorophyll und bakteriellem Chlorophyll. Verschiedene Chlorophylltypen kommen an unterschiedlichen Orten vor und weisen unterschiedliche Absorptionsmaxima auf.

Auswirkungen von Chlorophyll auf die Wasserqualität

1. Förderung der Algenvermehrung

Steigt der Chlorophyllgehalt im Wasser, wird die Algenvermehrung weiter angeregt. Diese massive Algenvermehrung verbraucht den gelösten Sauerstoff im Wasser, was zu Sauerstoffmangel führt und eine Gefahr für die Wasserlebewesen darstellt.

2. Herstellung schädlicher Substanzen

Nach ihrem Absterben zersetzen sich die Algen und produzieren schädliche Substanzen wie Schwefelwasserstoff und Methan, die die Wasserqualität weiter verschlechtern und Schäden für Wasserlebewesen und die menschliche Gesundheit verursachen.

3. Umweltprobleme verursachen

Ein hoher Chlorophyllgehalt kann auch das massenhafte Wachstum schädlicher Algen wie Algenblüten und Blaualgen begünstigen, die Toxine produzieren und eine Gefahr für Wasserlebewesen und die menschliche Gesundheit darstellen können. Gleichzeitig beeinträchtigen Phänomene wie Algenblüten auch den landschaftlichen und touristischen Wert von Gewässern.

Chlorophyll-Messmethode

1. Spektralphotometrie

Die Probe wurde durch eine Membran filtriert, um die Algen abzufangen, gemahlen und zerkleinert, und das Chlorophyll wurde mit Aceton extrahiert. Nach der Zentrifugation wurde die Absorption des Extrakts bei Wellenlängen von 750 nm, 664 nm, 647 nm und 630 nm gemessen und der Gehalt an Chlorophyll a, Chlorophyll b und Gesamtchlorophyll nach dem Lambert-Beer-Gesetz berechnet.

2. Fluoreszenzmethode

1966 schlug der amerikanische Wissenschaftler Lorenzen erstmals eine Methode zur kontinuierlichen Messung des Chlorophyll-a-Gehalts im Ozean mittels Fluoreszenz vor. Nach jahrzehntelanger Entwicklung ist die Technologie zur Chlorophyll-a-Messung mittels Fluoreszenz mittlerweile relativ ausgereift.

Die Fluoreszenzmethode nutzt den linearen Zusammenhang zwischen Chlorophyll a und seiner Fluoreszenzintensität in einem bestimmten Konzentrationsbereich. Im Vergleich zur herkömmlichen Spektralphotometrie zeichnet sie sich durch hohe Empfindlichkeit, einfache Handhabung, den Verzicht auf Extraktion und die Möglichkeit der Echtzeitmessung vor Ort aus. Sie hat sich zur Hauptmethode für die Chlorophyll-a-Bestimmung in Wasser entwickelt.

Prinzip der Fluoreszenzmessung

Da unterschiedliche Konzentrationen von Chlorophyll a nach Anregung unterschiedliche Fluoreszenz erzeugen, kann die Konzentration von Chlorophyll a durch Messung der Fluoreszenzintensität und anschließende Verwendung des internen Kalibrierungswerts des Sensors berechnet werden.

Der optische Teil des Fluoreszenz-Chlorophyllsensors besteht aus einer blauen LED und einem Fotodetektor. Da verschiedene Fotodetektoren unterschiedliche Wellenlängenbereiche erfassen, wird üblicherweise ein Filter eingesetzt, um Licht außerhalb des Fluoreszenzbereichs auszublenden. Die Anregungslichtquelle ist in der Regel blaues Licht mit einer Wellenlänge von 430–460 nm, und der Fotodetektor dient der Detektion der Fluoreszenz im Bereich von 660–680 nm.

Der digitale Chlorophyllsensor ist ein digitaler Chlorophyll-A-Sensor mit RS485-Schnittstelle und Standard-Modbus-Protokoll. Das korrosionsbeständige Gehäuse (Schutzart IP68) und die Selbstreinigungsfunktion entfernen regelmäßig Ablagerungen in Wasserproben und machen den Sensor wartungsfrei. Basierend auf kohärenter Fluoreszenzdetektionstechnologie bietet er eine hohe Selektivität und starke Störfestigkeit. Die Proben müssen nicht aufbereitet oder extrahiert werden; die Messung ist zerstörungsfrei, reagenzienfrei und umweltschonend. Eine ultrahelle LED-Lichtquelle verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis und erhöht die Stabilität. Dank der RS485-Schnittstelle und des Standard-Modbus-Protokolls lässt sich der Sensor einfach integrieren.