Optimization of the Sampling Technique for the Determination of Dissolved Hydrogen in Groundwater

In this study a field-sampling technique for dissolved hydrogen (H2) in groundwater will be presented which allows the transport of gaseous samples into the laboratory for further analysis. The method consists of transferring the headspace trapped in a gas-sampling bulb which is continuously purged by groundwater into previously evacuated vials using a gas-tight syringe. Three transfer steps with preceding evacuation of the vial led to a H2-recovery of 100 % in laboratory experiments. The method has been applied to determine H2 concentrations in an aquifer contaminated with chlorinated solvents. Tests concerning the effect of different pumping techniques on H2 concentrations revealed that most reliable values were obtained with a bladder pump, while an electrically driven submersible pump generated considerable amounts of hydrogen due to electrochemical interactions with the sampled water. Concentrations of dissolved hydrogen in field and laboratory samples were about two orders of magnitude higher when sampling was performed with the electrically driven submersible pump compared to sampling with the bladder pump and a peristaltic pump. Lab experiments with a Plexiglas reservoir to produce H2-enriched water were used to study the effect of two tubing materials (PVC, polyamide) on H2 losses. PVC tubing turned out to allow transfer of H2-enriched water over 25 m without significant losses, while PA-tubing was not suitable for sampling of H2. Optimierung der Beprobungstechnik fur gelosten Wasserstoff in Grundwasser In dieser Studie wird eine Beprobungstechnik fur gelosten Wasserstoff (H2) in Grundwasser vorgestellt, die den Transport gasformiger Proben ins Labor zur Analytik ermoglicht. Die Methode besteht aus dem Transfer der Gasphase in einer von Grundwasser durchflossenen Gasmaus in evakuierte Vials mit Hilfe einer gasdichten Spritze. Drei Transfer-Schritte mit jeweils vorhergehender Evakuierung des Vials fuhrten in Laborexperimenten zu einer H2-Wiederfindung von 100 %. Diese Methode wurde angewendet, um H2-Konzentrationen in einem mit chlorierten Losungsmitteln kontaminierten Grundwasserleiter zu bestimmen. Versuche zum Effekt verschiedener Pumptechniken auf die H2-Konzentration zeigten, dass die verlasslichsten Daten mit einer Membranpumpe erhalten wurden, wahrend eine elektrisch betriebene Tauchmotorpumpe durch elektrochemische Wechselwirkungen mit dem beprobten Wasser betrachtliche Mengen an Wasserstoff erzeugte. Konzentrationen von gelostem Wasserstoff waren in Feld- und Laborproben etwa zwei Grosenordnungen hoher, wenn die Probenahme mit der elektrisch betriebenen Tauchmotorpumpe durchgefuhrt wurde — verglichen mit einer Probenahme durch die Membranpumpe oder eine peristaltische Pumpe. Laborexperimente mit einem Plexiglas-Reservoir, in dem ein kunstlich mit H2 angereichertes Wasser hergestellt werden konnte, wurden durchgefuhrt, um den Effekt zweier Schlauchmaterialien (PVC, Polyamid) auf Verluste von H2 zu studieren. PVC-Schlauchmaterial mit einer Lange von 25 m erwies sich als geeignet fur den Transfer von H2-angereichertem Wasser, wahrend PA-Schlauchmaterial sich als nicht geeignet fur eine H2-Probenahme zeigte.