Obtaining stable redox potential readings in gneiss groundwater and mine water: difficulties,meaningfulness, and potential improvement |
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Authors: | Wondemagegnehu A Gezahegne Britta Planer-Friedrich Broder J Merkel |
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Institution: | 1.Department of Geology, Chair of Hydrogeology,Technische Universit?t Bergakademie Freiberg,Freiberg,Germany |
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Abstract: | Natural samples were run in three parallel flow-through cells in the laboratory in order to study the difficulties of obtaining
stable redox potential readings, especially in gneiss groundwater and mine water with little redox buffer capacity. Redox
potentials were recorded every 2 min for up to 5 days. Measured redox potentials were compared to means of partial potentials,
modeled based on species-selective determinations of the most predominant redox-sensitive elements iron and nitrogen. Redox
potentials stabilized reproducibly within minutes for a synthetic redox buffer solution and two well-buffered acid mine water
samples at pH 2.3 and 3.5. For waters in redox disequilibrium, species-selective analytics might still be the better alternative
compared to measuring the redox potential as summary parameter for modeling species distribution. In cases where the redox
potential is the only readily available parameter, filtration and possibly acidification is recommended for quicker stabilization
of redox potential readings and less deviations between measured and modeled values. A minimum of 2% was achieved in the samples
investigated, however, often after measuring significantly longer than the previously suggested 30 min. Final stabilization
could take up to several hours in waters with low buffer capacity.
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Résumé Afin d’étudier les difficultés à obtenir des lectures stables des potentiels redox, notamment sur les eaux souterraines présentes
dans des gneiss et dans les mines, qui présentent un faible pouvoir tampon, des échantillons ont été prélevés régulièrement
en laboratoire, dans trois cellules d’écoulement parallèles. Les potentiels redox ont été enregistrés toutes les deux minutes
durant cinq jours. Ces potentiels redox mesurés ont été comparés aux moyennes des potentiels partiels, modélisés à partir
des déterminations sélectives des espèces chimiques des éléments sensibles aux conditions redox les plus prédominants, le
fer et l’azote. Les potentiels redox se sont systématiquement stabilisés en quelques minutes pour une solution tampon synthétique
et pour deux échantillons d’eaux de mines acides bien tamponnées à pH 2.3 à 3.5. Pour les eaux en déséquilibre redox, des
analyses sélectives des espèces chimiques seraient toujours la meilleure alternative aux mesures sommaires du potentiel redox,
pour modéliser la distribution des espèces. Dans les cas où le potentiel redox est le seul paramètre directement disponible,
une filtration et éventuellement une acidification sont recommandées pour obtenir une stabilisation plus rapide des lectures
des potentiels redox, et pour réduire les écarts entre les valeurs mesurées et modélisées. Un minimum de 2% a été atteint
parmi les échantillons étudiés, mais en prolongeant souvent les mesures au-delà des 30 minutes suggérées initialement. La
stabilisation finale pourrait prendre jusqu’à plusieurs heures dans des eaux à faible pouvoir tampon.
Resumen Se han llevado a cabo experimentos en laboratorio sobre tres muestras naturales en tres células de flujo paralelas, para estudiar
las dificultades en la obtención de medidas de potencial redox estables, especialmente en aguas subterráneas procedentes de
gneisses y en agua de minas con capacidades tampón redox bajas. Los potenciales redox fueron medidos cada dos minutos durante
más de cinco días. Los potenciales redox medidos fueron comparados con medias de potenciales parciales, modelizados en base
a determinaciones selectivas de especies de hierro y nitrógeno, los elementos predominantes redox-sensitivos. Los potenciales
redox se estabilizaron de forma reproducible en minutos en una solución redox tampón y dos muestras de agua ácida de pozos
de mina a pH 2.3 y 3.5. Para aguas en desequilibrio redox los análisis selectivos por especies deberían ser todavía la mejor
alternativa comparados con la medida del potencial redox como una suma de parámetros para modelizar la distribución de especies.
En casos en los que el potencial redox sea el único parámetro fácilmente obtenible, se recomienda una filtración y una posible
acidificación para una estabilización más rápida de las medidas de potencial redox y que haya menos desviaciones entre los
valores medidos y los del modelo. En las muestras investigadas se consiguió un mínimo de un 2%, sin embargo, a menudo incluso
después de medidas significativamente más largas que las previamente sugeridas de 30 minutos. La estabilización final tuvo
lugar después de más de varias horas en aguas con capacidad tampón baja.
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Keywords: | Redox potential Electrochemistry Equipment/field techniques Hydrochemistry Hydrochemical modeling |
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