Als freies Chlor bezeichnet man den Chlorwert, den der DPD1-Test anzeigt – also das Chlor, das nach der Zugabe (egal ob flüssig, gasförmig, in Tablettenform oder per Elektrolyse) frei im Wasser vorliegt. Häufig wird angenommen, dass dieser Messwert dem wirksamen Desinfektionsmittel entspricht. Tatsächlich wirkt aber nur der Anteil desinfizierend, der als hypochlorige Säure (HOCl) vorliegt; der DPD1-Wert umfasst zusätzlich das deutlich schwächere Hypochlorit (OCl⁻) und – bei stabilisiertem Wasser – das an Cyanursäure gebundene Chlor. Von entscheidender Bedeutung für die Desinfektion des Schwimmbadwassers ist also, wie viel HOCl aus dem freien Chlor tatsächlich entsteht.
Abhängigkeiten von zugegebenem Chlor zu freiem Chlor
Wesentliche Faktoren, wie viel HOCl (und somit Desinfektionsmittel) aus dem zugegebenen Chlor tatsächlich entsteht, sind der pH-Wert und der Cyanursäure-Gehalt des Poolwassers.
1. pH-Wert
Bei einem pH-Wert von 6,5 entstehen etwa 85 % HOCl, die restlichen 15 % bilden OCl⁻, das kaum Desinfektionsleistung besitzt. Bei einem pH-Wert von 7,0 entstehen etwa 74 % HOCl, bei 7,5 nur noch etwa 50 % HOCl, und bei einem pH-Wert von 8,0 entstehen bereits nur noch weniger als 20 % HOCl (das, was wir im Allgemeinen als freies Chlor bezeichnen). Dieses Dissoziationsgleichgewicht zwischen HOCl und OCl⁻ ist reversibel. D. h., ändert man den pH-Wert eines Wassers, in dem sich bereits HOCl/OCl⁻ befindet, erhöht oder verringert sich auch der Anteil an HOCl im Wasser.
2. Cyanursäure
Nahezu alle langsam löslichen Chlortabletten und Granulate bestehen aus Dichlor- oder Trichlorisocyanuraten. In diesen Produkten, die als organisches Chlor bezeichnet werden, ist Cyanursäure enthalten, die als „Stabilisator“ wirkt. Das bedeutet, dass sich dem Poolwasser zugegebenes Chlor zu großen Teilen an vorhandene Cyanursäure bindet und somit vorerst nicht zur Bildung von HOCl (aktivem Chlor) zur Verfügung steht. Es ist vollständig „inaktiv“, da es vorerst eine anderweitige chemische Verbindung eingegangen ist. Es bildet sich ein Hydrolyse-Gleichgewicht zwischen an Cyanursäure gebundenem Chlor und HOCl (aktivem Chlor). Die Gesamtmenge an Chlor in cyanursäurehaltigem Poolwasser (DPD1-Test) ist in diesem Fall also eher als „gesamt verfügbares Chlor“ zu bezeichnen statt als „freies Chlor“.
Bereits ein Gehalt von 10 mg/l Cyanursäure im Wasser bindet etwa 40 % des zugegebenen Chlors an sich, und nur noch etwa 60 % der Zugabemenge stehen zur Bildung von freiem Chlor zur Verfügung. 20 mg/l Cyanursäure binden etwa 50–55 %, danach flacht die Kurve langsam ab, und ab einem Cyanursäuregehalt von über 50 mg/l werden bereits über 65 % des Chlors an die Cyanursäure gebunden. Noch höhere Cyanursäurewerte beeinflussen das Ergebnis kaum noch. Folgendes Diagramm veranschaulicht die Gegebenheiten:
In Kombination mit einem zu hohen pH-Wert ergeben sich dadurch teilweise wesentlich zu niedrige Werte an tatsächlich aktiv wirkendem Chlor im Schwimmbadwasser.
Gibt man z.B. eine theoretische Menge von 1,0 mg/l Chlor in Poolwasser, das 50 mg/l Cyanursäure enthält und einen pH-Wert von 7,4 aufweist, werden in diesem Wasser etwa 65–70 % der Zugabemenge an die Cyanursäure gebunden, und aus den restlichen 30–35 % (0,3–0,35 mg/l) entstehen durch den erhöhten pH-Wert nur noch etwa 55–60 % HOCl. Der tatsächliche Anteil an freiem bzw. aktiv wirkendem Chlor liegt also nur bei etwa 0,17–0,2 mg/l.
Wir stellen hier einen Online-Rechner zur Verfügung, mit dem sich der Anteil aktiv wirksamen Chlors und die notwendigen Dosiermengen zur Anhebung des Chlorgehalts auf einen bestimmten Wert annähernd berechnen lassen: Online-Rechner.
DPD1-Messung – warum der Test unter diesen Voraussetzungen irreführende Ergebnisse liefert
Wenn man mit einem üblichen Tablettentester oder Fotometer das „freie Chlor“ mittels DPD1 bestimmen will, reagiert der DPD1-Indikator im ersten Moment nur auf die vorhandene hypochlorige Säure (HOCl) und das Hypochlorit-Anion (OCl⁻). Die Verfärbung der Probeflüssigkeit resultiert dabei aus der Oxidation des Indikators durch die HOCl. Die HOCl wird dabei im Probenwasser vollständig verbraucht. Durch das Hydrolysegleichgewicht zwischen dem an Cyanursäure gebundenen Chlor und der jetzt verbrauchten HOCl gibt die Cyanursäure das restliche, an sie gebundene Chlor frei, und es entsteht in der Probenkammer neue hypochlorige Säure, die den DPD1-Indikator weiter verfärbt. Des Weiteren puffert die DPD1-Tablette die Probelösung auf einen pH-Wert zwischen 6,2 und 6,5. Auch hierdurch entsteht mehr HOCl, als es tatsächlich in unserem Beckenwasser aus obigem Beispiel mit pH 7,4 der Fall ist. Der DPD1-Test wird also nahezu die zu erwartenden 1,0 mg/l freies Chlor anzeigen – obwohl faktisch im Poolwasser zu keiner Zeit mehr als etwa 0,2 mg/l HOCl vorliegen und wirksam sind.
Selbst bei Cyanursäure-freiem Wasser, das nur einen erhöhten pH-Wert aufweist, liefert der DPD1-Test (da die Probe auf pH 6,2 bis 6,5 gepuffert wird) einen vermeintlich ausreichenden Messwert. Tatsächlich liegt im Beckenwasser aber nur ein deutlich kleinerer Teil als wirksames Desinfektionsmittel (HOCl) vor.