Stoffdaten mit Bezugsgrößen und Unsicherheit vergleichen

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Stoffdaten mit Bezugsgrößen und Unsicherheit vergleichen

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Stoffdaten mit Bezugsgrößen und Unsicherheit vergleichen

Dieser aiMOOC ist eine methodische Vertiefung für Chemie ab der Sekundarstufe I und enthält Erweiterungen für ältere Lernende. Du lernst, Stoffdaten nur dann zu vergleichen, wenn Bezugsgröße, Einheit und Aussageart zusammenpassen. Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen Angaben, die sich auf die Masse der gesamten Lösung beziehen, und Angaben, die sich auf die Masse des Lösungsmittels beziehen. Außerdem übst Du, Ergebnisse als nachvollziehbare Bereiche anzugeben, statt durch unnötig viele Dezimalstellen eine falsche Genauigkeit vorzutäuschen.

Wichtige Grenze dieses aiMOOCs: Er beansprucht keine vollständige Lehrplanabdeckung. Die Umweltbeispiele sind methodische Modelle, keine persönliche Gesundheitsberatung und keine Einzelfallbewertung realer Umwelt- oder Produktgefahren. Für die Aufgaben genügen Tabellen, Taschenrechner und Papiermodelle; es werden keine gefährlichen Versuche angeleitet.

Einleitung

Zwei Zahlen sehen manchmal vergleichbar aus und sind es trotzdem nicht. Die Angabe „5 g Stoff je 100 g Lösung“ verwendet einen anderen Nenner als „5 g Stoff je 100 g Lösungsmittel“. Im ersten Fall stecken die 5 g Stoff bereits in den 100 g Gesamtmasse. Im zweiten Fall kommen die 5 g Stoff zu den 100 g Lösungsmittel hinzu. Aus 5 g Stoff und 100 g Lösungsmittel entstehen im vereinfachten Massenmodell 105 g Lösung.

Dasselbe Problem tritt bei Produktdaten, Umweltanalytik und Laborberichten auf. Eine Zahl in Prozent, mg/kg oder µg/L ist erst dann sinnvoll interpretierbar, wenn klar ist, worauf sie bezogen ist. Bei Messdaten kommt eine zweite Ebene hinzu: Ein Messwert ist nicht automatisch „exakt“. Messunsicherheit, Nachweisgrenze und Bestimmungsgrenze helfen, die Aussagekraft eines Ergebnisses einzuordnen.

Abbildung: Lösung in einem Messkolben. Wikimedia Commons, Alessandro e Damiano, Aufnahme vom 12.12.2017, CC BY 4.0. Die Abbildung zeigt eine Lösung, legt aber für sich allein noch keine Bezugsgröße einer Stoffangabe fest.

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Ergänzendes englischsprachiges Lernvideo zu verschiedenen Konzentrations- und Anteilsangaben. Es dient der Veranschaulichung; für die Fachdefinitionen dieses aiMOOCs werden die unten genannten IUPAC- und JCGM-Quellen verwendet.

Lernziele

Nach der Bearbeitung kannst Du erklären, warum zwei gleich aussehende Stoffangaben unterschiedliche Bezugsgrößen besitzen können. Du kannst einen Stoffbezug auf die Lösung von einem Stoffbezug auf das Lösungsmittel unterscheiden, einfache Angaben ineinander überführen, Einheiten und Nenner vor einem Vergleich vereinheitlichen, Messwerte mit einem Ergebnisbereich statt mit Scheingenauigkeit berichten, Aussagen unterhalb von Nachweis- oder Bestimmungsgrenzen korrekt einordnen und bei Umweltvergleichen eine Entscheidung mit Modellgrenzen begründen.

G/M/E-Differenzierung nach Operationen

Niveau	Typische Operation	Erwartete Leistung
G – Grundniveau	identifizieren, markieren, zuordnen	Du erkennst Zähler, Nenner, Einheit und Bezugsgröße und unterscheidest Lösung von Lösungsmittel.
M – mittleres Niveau	umrechnen, normalisieren, Bereiche vergleichen	Du wandelst einen Lösungsmittelbezug in einen Lösungsbezug um und vergleichst Ergebnisbereiche.
E – erweitertes Niveau	modellieren, bewerten, Entscheidungsregel prüfen	Du beziehst Messunsicherheit, Nachweis- und Bestimmungsgrenze ein, benennst Modellgrenzen und begründest eine Transferentscheidung.

Fachliche Grundlagen

Lösung, Lösungsmittel und gelöster Stoff

Nach dem IUPAC Gold Book ist eine Lösung eine flüssige oder feste Phase mit mehr als einem Stoff, bei der ein oder mehrere Stoffe als Lösungsmittel und die übrigen als gelöste Stoffe behandelt werden. Die Rolle „Lösungsmittel“ ist also Teil der Beschreibung eines Gemisches; sie ist nicht automatisch gleichbedeutend mit „gesamte Lösung“.

Merksatz: Lösung = Lösungsmittel + gelöste Stoffe. Deshalb ist die Masse der Lösung im vereinfachten geschlossenen Modell die Summe der Massen ihrer Bestandteile.

Abbildung: Messkolben, Lucasbosch, 19.10.2011, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

Massenanteil und Massenverhältnis

Der Massenanteil eines Bestandteils ist nach IUPAC die Masse dieses Bestandteils geteilt durch die Gesamtmasse aller Bestandteile des Gemisches. Für einen gelösten Stoff S gilt daher:

$w=\frac{m_S}{m_L}$

Ein Wert von 0,05 entspricht 5 %. Die Bezugsmasse ist hier die Masse der gesamten Lösung.

Dagegen ist

$r=\frac{m_S}{m_{LM}}$

ein Massenverhältnis zwischen zwei Bestandteilen. Nach IUPAC ist ein Massenverhältnis die Masse eines Bestandteils geteilt durch die Masse eines zweiten Bestandteils im selben System. Die Angabe „5 g Stoff je 100 g Lösungsmittel“ ist daher nicht automatisch ein Massenanteil von 5 %.

Die Bezugsmasse ist nur sinnvoll, wenn die Massenangaben nachvollziehbar bestimmt und berichtet werden. Eine Waage liefert dabei einen Messwert; ihre Anzeige allein macht den Wert noch nicht „exakt“.

Abbildung: Analysenwaage, Ebultoof, 04.04.2008, Wikimedia Commons, gemeinfrei Public Domain.

Bezugsgröße vor Zahl

Bevor Du zwei Stoffdaten vergleichst, prüfe immer vier Felder:

Prüffeld	Leitfrage	Beispiel
Stoff	Welche Komponente wird beschrieben?	Stoff S
Zählergröße	Welche Größe steht oben?	5,0 g Stoff S
Bezugsgröße	Worauf wird bezogen?	100,0 g Lösung oder 100,0 g Lösungsmittel
Einheit und Aussageart	Ist es Anteil, Verhältnis oder Konzentration?	%, g/g, mg/kg, µg/L

Eine Massenkonzentration in µg/L bezieht die Masse eines Stoffes auf das Volumen des Gemisches. Sie ist deshalb nicht ohne Zusatzinformationen wie Dichte und eindeutige Probenzusammensetzung mit einem Massenanteil in % vergleichbar.

Messwert, Messunsicherheit und Ergebnisbereich

Das internationale Vokabular der Metrologie JCGM 200:2012 beschreibt Messunsicherheit als einen nichtnegativen Parameter, der die Streuung der Werte charakterisiert, die einer Messgröße auf Grundlage der verwendeten Information zugeordnet werden. Die Unsicherheit ist also keine peinliche „Schwäche“ einer Messung, sondern Teil einer fachlich vollständigen Aussage über ihre begrenzte Bestimmtheit.

Für diesen aiMOOC gilt sprachlich: Wenn um einen Messwert ein Intervall angegeben wird, nennen wir es Ergebnisbereich oder Messintervall. Der Ausdruck „Messbereich“ wird im Alltag oft weiter verwendet, kann in der Metrologie aber auch den Arbeitsbereich eines Messsystems meinen. Entscheidend ist: Ein Wert wie 4,761904 % soll nicht mehr Genauigkeit vortäuschen, als die Ausgangsdaten tragen.

Abbildung: „Measurement-uncertainty-sum.svg“, MikeRun, 11.04.2022, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

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Erweiterung für ältere Lernende: Aufzeichnung eines BIPM/JCGM-Webinars vom 02.07.2025 zur zukünftigen Definition der Messunsicherheit. Für diesen aiMOOC bleibt die derzeit veröffentlichte VIM-Definition aus JCGM 200:2012 maßgeblich; das Video zeigt, dass Fachbegriffe weiterentwickelt und diskutiert werden.

Nachweisgrenze und Bestimmungsgrenze

Die Nachweisgrenze beschreibt nach IUPAC den Bereich, ab dem ein Analysenergebnis mit festgelegter Wahrscheinlichkeit von einem geeigneten Blindwert unterschieden werden kann. Das bedeutet nicht, dass unterhalb dieser Grenze „gar kein Stoff“ vorhanden sein muss.

Die Bestimmungsgrenze oder LOQ beschreibt einen höheren Anspruch: Eine Konzentration soll quantitativ mit akzeptabler Genauigkeit und Präzision bestimmt werden können. In der EU-Richtlinie 2009/90/EG für die chemische Überwachung des Gewässerzustands wird die LOQ als ein festgelegtes Vielfaches der Nachweisgrenze bei einer Konzentration beschrieben, die vernünftig mit akzeptabler Genauigkeit und Präzision bestimmt werden kann.

Wichtig: LOD, LOQ und Messunsicherheit beantworten unterschiedliche Fragen. Eine Methode kann etwas erkennen, ohne es bereits hinreichend gut quantifizieren zu können.

Eigene beschriftete Skizze zur Bezugsmasse

5,0 g gelöster Stoff	+	100,0 g Lösungsmittel	→	105,0 g Lösung
Zähler		Bezugsmasse beim Massenverhältnis		Bezugsmasse beim Massenanteil

Eigene Skizze dieses aiMOOCs. Modellannahme: geschlossenes System ohne Stoffverlust; die Gesamtmasse ist die Summe der Teilmassen.

Eigenes Datenbeispiel

Das folgende Beispiel ist vollständig für diesen aiMOOC erfunden. Es beschreibt keine reale Marke, keinen realen Schadstoff und keinen realen Gesundheits- oder Umweltgrenzwert.

Datentabelle

Datensatz	Gegebene Daten	Bezugsgröße	Unsicherheit oder Bereich	Zweck
Produkt A	Massenanteil von Stoff S: 5,0 %	100 g gesamte Lösung	erweiterte Unsicherheit U = 0,2 Prozentpunkte, k ungefähr 2; Ergebnisbereich 4,8 % bis 5,2 %	Produktdaten vergleichen
Ansatz B	5,0 g Stoff S plus 100,0 g Lösungsmittel	zunächst 100,0 g Lösungsmittel; nach Umrechnung 105,0 g Lösung als Zentralwert	Stoffmasse 4,9 g bis 5,1 g; Lösungsmittelmasse 99,5 g bis 100,5 g	Lösungsmittelbezug in Lösungsbezug umrechnen
Umweltmodell C	Messwert 0,90 µg/L; LOD 0,08 µg/L; LOQ 0,25 µg/L	1 L Probe	erweiterte Unsicherheit U = 0,20 µg/L, k = 2; im Modell lokal auch für 0,90 µg/L verwendet	Umweltvergleich mit Unsicherheit
Vergleichsniveau Q*	1,00 µg/L	1 L Probe	didaktischer Vergleichswert, kein realer Rechts- oder Gesundheitsgrenzwert	Entscheidung und Methodenprüfung

Modellannahmen des Datenbeispiels

Annahme	Bedeutung
Geschlossenes Massenmodell	Beim Ansatz B gehen weder Stoff S noch Lösungsmittel verloren; deshalb gilt m Lösung = m Stoff + m Lösungsmittel.
Einfache Bereichsrechnung	Für Ansatz B werden die angegebenen unteren und oberen Grenzen konservativ kombiniert. Das ist ein Unterrichtsmodell und kein vollständiges GUM-Unsicherheitsbudget.
Keine Korrelation	Die Eingangsbereiche werden so behandelt, als könnten ihre Randwerte unabhängig auftreten.
Lokale Unsicherheitsannahme	Für Umweltmodell C wird U = 0,20 µg/L in der Nähe von 1,00 µg/L verwendet. In realen Verfahren kann sich die Unsicherheit mit der Konzentration ändern.
Keine Dichteumrechnung	µg/L wird nicht in Massenanteil umgerechnet, weil dafür Dichte und weitere Angaben fehlen.
Kein Rechtsentscheid	Q* = 1,00 µg/L ist nur ein didaktischer Vergleichswert. Ein realer Rechtsentscheid benötigt den tatsächlichen Stoff, die Matrix, die zuständige Regelung, eine validierte Methode und eine festgelegte Entscheidungsregel.

Nachvollziehbarer Lösungsweg

Schritt 1: Produkt A lesen

Produkt A ist bereits als Massenanteil angegeben. Der Nenner ist die Masse der gesamten Lösung.

Zentralwert: 5,0 %.

Mit U = 0,2 Prozentpunkten ergibt sich für dieses Beispiel ein Ergebnisbereich von 4,8 % bis 5,2 %.

Die fachlich sinnvolle Kurzangabe lautet daher nicht „5,000000 %“, sondern zum Beispiel: 5,0 %; Ergebnisbereich 4,8 % bis 5,2 %.

Schritt 2: Ansatz B umrechnen

Zentralwerte:

$m_L=\mathrm{5,0}+\mathrm{100,0}=\mathrm{105,0}$

Damit ist der Massenanteil von Stoff S:

$w=\frac{\mathrm{5,0}}{\mathrm{105,0}}=\mathrm{0,047619}$

Als Prozentwert ergibt die Rechnung 4,7619... %. Wegen der begrenzten Ausgangsdaten ist eine Ausgabe wie 4,76190476 % Scheingenauigkeit. Als Zentralwert reicht etwa 4,8 %.

Schritt 3: Bereich für Ansatz B bestimmen

Für den kleinsten plausiblen Anteil wird die kleinste Stoffmasse mit der größten Lösungsmittelmasse kombiniert:

$w_{min}=\frac{\mathrm{4,9}}{\mathrm{4,9}+\mathrm{100,5}}\cdot 100=\mathrm{4,6489}$

Für den größten plausiblen Anteil wird die größte Stoffmasse mit der kleinsten Lösungsmittelmasse kombiniert:

$w_{max}=\frac{\mathrm{5,1}}{\mathrm{5,1}+\mathrm{99,5}}\cdot 100=\mathrm{4,8757}$

Konservativ nach außen auf eine Dezimalstelle gerundet lautet der Unterrichtsbereich: 4,6 % bis 4,9 %.

Schritt 4: Produkt A und Ansatz B vergleichen

Datensatz	Zentralwert	Ergebnisbereich	Aussage
Produkt A	5,0 %	4,8 % bis 5,2 %	Massenanteil bezogen auf Lösung
Ansatz B nach Umrechnung	etwa 4,8 %	4,6 % bis 4,9 %	aus Lösungsmittelbezug in Lösungsbezug umgerechnet

Die Bereiche überlappen von 4,8 % bis 4,9 %. Deshalb ist die Aussage „Produkt A enthält sicher mehr Stoff S als Ansatz B“ mit diesem vereinfachten Datenstand nicht robust begründbar. Die Zentralwerte unterscheiden sich, aber die Bereiche trennen sich nicht vollständig.

Schritt 5: Umweltmodell C prüfen

Der Messwert lautet 0,90 µg/L mit U = 0,20 µg/L. Das didaktische Ergebnisintervall ist daher:

$\mathrm{0,90}-\mathrm{0,20}=\mathrm{0,70}$ µg/L

bis

$\mathrm{0,90}+\mathrm{0,20}=\mathrm{1,10}$ µg/L.

Das Intervall reicht also von 0,70 µg/L bis 1,10 µg/L und überschneidet das Vergleichsniveau Q* = 1,00 µg/L.

Für die Methodenleistung betrachten wir zusätzlich die in Artikel 4 der EU-Richtlinie 2009/90/EG genannten Kriterien für die dort geregelte chemische Gewässerüberwachung: Messunsicherheit höchstens 50 % bei der relevanten Umweltqualitätsnorm und LOQ höchstens 30 % dieser Umweltqualitätsnorm.

Übertragen auf das rein didaktische Q*:

30 % von 1,00 µg/L sind 0,30 µg/L. Die modellierte LOQ von 0,25 µg/L liegt darunter.

50 % von 1,00 µg/L sind 0,50 µg/L. Die modellierte erweiterte Unsicherheit von 0,20 µg/L liegt darunter.

Aber: Das Bestehen solcher Methodenanforderungen ist nicht dasselbe wie die Entscheidung, ob ein einzelner Messwert einen Vergleichswert einhält.

Zwei typische Fehlschlüsse

Fehlschluss	Warum er falsch ist	Bessere Denkweise
Fehlschluss 1: „5 g je 100 g sind immer 5 %.“	Nur bei 5 g Stoff je 100 g gesamter Lösung ist 5 % der Massenanteil. Bei 5 g Stoff plus 100 g Lösungsmittel beträgt die Gesamtmasse 105 g.	Zuerst den Nenner benennen, dann rechnen.
Fehlschluss 2: „Unter der LOQ ist der Stoff gleich null.“	Unter der Bestimmungsgrenze ist eine verlässliche Quantifizierung mit dem Verfahren nicht gegeben. Daraus folgt nicht automatisch Abwesenheit.	Ergebnis als „unter LOQ“ behandeln und die Regel zur weiteren Auswertung ausdrücklich nennen.

Zusatzwarnung Scheingenauigkeit: Viele Dezimalstellen sind kein Ersatz für Kenntnis von Unsicherheit, Auflösung, Modell und Bezugsgröße.

Begründete Transferentscheidung

Für Umweltmodell C würde eine fachlich vorsichtige Transferentscheidung lauten:

Der Zentralwert 0,90 µg/L liegt unter Q* = 1,00 µg/L, aber der Ergebnisbereich 0,70 µg/L bis 1,10 µg/L überlappt Q*. Deshalb wird aus dem Zentralwert allein keine eindeutige Einhaltung oder Überschreitung abgeleitet. Stattdessen muss eine vorher festgelegte Entscheidungsregel angewendet oder die Datengrundlage verbessert werden.

Diese Entscheidung ist begründet, weil sie Bezugsgröße, Einheit, Unsicherheit und Entscheidungsregel trennt. Sie ist keine Aussage über Gesundheitsgefahr und keine rechtliche Bewertung eines realen Gewässers.

Transparente Modellgrenzen

Grenze des Modells	Folge
Erfundenes Produkt und erfundener Stoff S	Es wird keine reale Marke bewertet.
Didaktisches Q*	Es darf nicht als echter Umwelt- oder Gesundheitsgrenzwert zitiert werden.
Vereinfachte Bereichsrechnung bei Ansatz B	Für reale metrologische Aussagen wären Wahrscheinlichkeitsmodelle, Kalibrierinformationen, Korrelationen und ein Unsicherheitsbudget zu prüfen.
Unterschiedliche Intervalltypen	Produkt A verwendet eine erweiterte Unsicherheit, Ansatz B vereinfachte Randgrenzen. Der Überlappungsvergleich ist didaktisch; reale Vergleiche sollten Intervalle mit vergleichbarer statistischer Bedeutung verwenden.
Gleiche lokale Unsicherheit im Umweltmodell	Reale Messunsicherheiten können konzentrationsabhängig sein.
Keine Dichte bekannt	µg/L kann nicht direkt in % m/m umgerechnet werden.
EU-Richtlinie nur als fachlicher Kontext	Die 30-%- und 50-%-Kriterien gelten im Anwendungsbereich der Richtlinie 2009/90/EG und sind kein allgemeiner Grenzwert für alle Umweltmessungen.

Offene Fachwerkstatt: Datenvergleich mit Modell und Checkliste

Du arbeitest ausschließlich mit Papierdaten oder Tabellen. Wähle zwei bis vier Stoffangaben aus fiktiven Produktdaten, einem bereitgestellten Arbeitsblatt oder selbst formulierten Datensätzen. Keine Laborchemikalien sind erforderlich.

Arbeitsmodell

Schritt	Arbeitsauftrag	Ergebnis im Protokoll
1	Stoff und Aussageart identifizieren	Name des Stoffes; Anteil, Verhältnis oder Konzentration
2	Zähler und Bezugsgröße markieren	zum Beispiel g Stoff je g Lösung
3	Einheiten harmonisieren	gleiche Größenart und passende Einheit
4	Falls nötig den Nenner umrechnen	Lösungsmittelbezug → Lösungsbezug
5	Bereich oder Unsicherheit ergänzen	Wert plus nachvollziehbarer Ergebnisbereich
6	LOD und LOQ prüfen	„nachweisbar“, „quantifizierbar“ oder „unter Grenze“
7	Vergleich durchführen	Bereiche getrennt, überlappend oder nicht direkt vergleichbar
8	Entscheidung und Modellgrenze notieren	ein Satz Entscheidung plus mindestens eine Einschränkung

Checkliste

Prüffrage	Ja	Noch offen
Habe ich den Stoff eindeutig benannt?	☐	☐
Habe ich Zähler und Nenner ausgeschrieben?	☐	☐
Beziehen sich beide Vergleichswerte auf dieselbe Größenart?	☐	☐
Sind die Einheiten vereinheitlicht?	☐	☐
Habe ich Lösung und Lösungsmittel nicht verwechselt?	☐	☐
Habe ich unnötige Dezimalstellen vermieden?	☐	☐
Habe ich einen Ergebnisbereich oder die Unsicherheitsangabe genannt?	☐	☐
Habe ich LOD und LOQ nicht mit „null“ verwechselt?	☐	☐
Habe ich bei einem Schwellenvergleich eine Entscheidungsregel erwähnt?	☐	☐
Habe ich mindestens eine Modellgrenze transparent gemacht?	☐	☐

Quellen und Herkunft

Stand der Quellenprüfung: 04.10.2026. Für Definitionen und metrologische Aussagen werden Primär- oder institutionelle Fachquellen bevorzugt.

Quelle	Herkunft und Datum	Verwendung im aiMOOC
IUPAC Gold Book: solution	International Union of Pure and Applied Chemistry, Compendium of Chemical Terminology, 5. Auflage, Version 5.0.0, 2025; abgerufen 04.10.2026	Definition von Lösung und Lösungsmittel
IUPAC Gold Book: mass fraction	IUPAC, 5. Auflage, 2025; abgerufen 04.10.2026	Definition des Massenanteils
IUPAC Gold Book: mass ratio	IUPAC, 5. Auflage, 2025; abgerufen 04.10.2026	Unterscheidung Massenverhältnis und Massenanteil
IUPAC Gold Book: mass concentration	IUPAC, 5. Auflage, 2025; abgerufen 04.10.2026	Masse eines Bestandteils pro Volumen des Gemisches
IUPAC Gold Book: detection limit	IUPAC, 5. Auflage, 2025; abgerufen 04.10.2026	Nachweisgrenze
JCGM 200:2012, International Vocabulary of Metrology	Joint Committee for Guides in Metrology / BIPM, 2012; abgerufen 04.10.2026	aktuelle veröffentlichte VIM-Grundlage für Messunsicherheit
JCGM GUM-1:2023	JCGM / BIPM, 2023; abgerufen 04.10.2026	Einführung in Bewertung, Ausdruck und Nutzung von Messunsicherheit
Richtlinie 2009/90/EG	Europäische Kommission, 31.07.2009; abgerufen 04.10.2026	Kontext für LOQ ≤ 30 % der relevanten Umweltqualitätsnorm und Messunsicherheit ≤ 50 % bei k = 2 im geregelten Anwendungsbereich
PTB: Messunsicherheit in der Chemie	Physikalisch-Technische Bundesanstalt, institutionelles Fachangebot; abgerufen 04.10.2026	Lehr- und Vertiefungsbezug zur Messunsicherheit in chemischer Analytik

Mediennachweise

Medium	Herkunft	Lizenz oder Status
Solution of CuSO4 in a volumetric flask.jpg	Alessandro e Damiano, 12.12.2017, Wikimedia Commons	CC BY 4.0
Volumetric flask.svg	Lucasbosch, 19.10.2011, Wikimedia Commons	CC BY-SA 3.0
Measurement-uncertainty-sum.svg	MikeRun, 11.04.2022, Wikimedia Commons	CC BY-SA 4.0
Analytical Balance.JPG	Ebultoof, 04.04.2008, Wikimedia Commons	Public Domain
BIPM/JCGM-Webinar zur Messunsicherheit	BIPM/JCGM, Veranstaltung 02.07.2025	eingebettetes YouTube-Video; fachliche Erweiterung
Konzentrationsformen in Lösungen	The Organic Chemistry Tutor, veröffentlicht 21.01.2021	eingebettetes YouTube-Lernvideo; ergänzend, keine Normquelle

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

G – Welche Bezugsmasse steht bei der Angabe 5 g Stoff je 100 g Lösung im Nenner? (Die Masse der gesamten Lösung) (!Die Masse des Lösungsmittels) (!Die Masse des Messgefäßes) (!Die Masse des Stoffes allein)

G – Welche Gesamtmasse hat im vereinfachten Modell ein Ansatz aus 5,0 g Stoff und 100,0 g Lösungsmittel? (105,0 g) (!100,0 g) (!95,0 g) (!500,0 g)

M – Welcher Massenanteil ergibt sich näherungsweise aus 5,0 g Stoff und 100,0 g Lösungsmittel? (Etwa 4,8 Prozent) (!Genau 5,0 Prozent) (!Etwa 0,5 Prozent) (!Etwa 50 Prozent)

M – Produkt A hat den Bereich 4,8 bis 5,2 Prozent und Ansatz B den Bereich 4,6 bis 4,9 Prozent. Welche Aussage ist korrekt? (Die Bereiche überlappen) (!Produkt A ist sicher immer höher) (!Ansatz B ist sicher immer höher) (!Die Bereiche sind identisch)

G – Welche Angabe vermeidet bei Ansatz B am besten Scheingenauigkeit? (Etwa 4,8 Prozent mit dem Bereich 4,6 bis 4,9 Prozent) (!4,76190476 Prozent ohne Zusatz) (!5,00000000 Prozent) (!Eine Zahl ohne Einheit)

G – Was bedeutet ein Ergebnis unterhalb der Bestimmungsgrenze am treffendsten? (Der Gehalt ist mit dem Verfahren nicht verlässlich quantifizierbar) (!Der Stoff ist sicher vollständig abwesend) (!Der Messwert ist automatisch null) (!Die Einheit darf weggelassen werden)

M – Wie unterscheiden sich Nachweisgrenze und Bestimmungsgrenze? (Die Nachweisgrenze betrifft das Erkennen und die Bestimmungsgrenze die verlässliche Quantifizierung) (!Beide Begriffe bedeuten immer exakt dasselbe) (!Die Bestimmungsgrenze liegt immer bei null) (!Die Nachweisgrenze ist eine Masse des Lösungsmittels)

M – Q Stern beträgt 1,00 Mikrogramm pro Liter. Erfüllt eine LOQ von 0,25 Mikrogramm pro Liter im Modell das 30-Prozent-Kriterium? (Ja weil 0,25 kleiner als 0,30 ist) (!Nein weil 0,25 größer als 0,30 ist) (!Nein weil jede LOQ null sein muss) (!Das Kriterium verlangt 3,00 Mikrogramm pro Liter)

E – Der Messwert beträgt 0,90 Mikrogramm pro Liter und der Ergebnisbereich reicht von 0,70 bis 1,10 Mikrogramm pro Liter. Q Stern liegt bei 1,00 Mikrogramm pro Liter. Welche Bewertung passt? (Der Bereich überlappt Q Stern und eine Entscheidungsregel ist nötig) (!Der Zentralwert beweist sicher die Einhaltung) (!Der obere Rand darf ignoriert werden) (!Die LOQ entscheidet allein über die Einhaltung)

E – Wann darf eine Angabe in Mikrogramm pro Liter direkt mit einem Massenanteil in Prozent verglichen werden? (Erst wenn die nötigen Zusatzdaten und Bezugsgrößen eine Umrechnung erlauben) (!Immer weil beide Zahlen Stoffmengen beschreiben) (!Nie weil Einheiten grundsätzlich unveränderlich sind) (!Sobald beide Werte zwei Dezimalstellen besitzen)

Memory

Massenanteil	Stoffmasse bezogen auf Gesamtmasse des Gemisches
Massenverhältnis	Masse eines Bestandteils bezogen auf Masse eines zweiten Bestandteils
Lösungsbezug	Nenner ist die Gesamtmasse der Lösung
Lösungsmittelbezug	Nenner ist die Masse des Lösungsmittels
Nachweisgrenze	Unterscheidbarkeit von einem geeigneten Blindwert
Bestimmungsgrenze	Quantitative Bestimmung mit akzeptabler Genauigkeit und Präzision
Messunsicherheit	Streuungsinformation zu Werten einer Messgröße

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Lösungsbezug	Gesamtmasse der Lösung
Lösungsmittelbezug	Masse des Lösungsmittels
Massenkonzentration	Stoffmasse je Volumen des Gemisches
Nachweisgrenze	Erkennen gegenüber Blindwert
Bestimmungsgrenze	Verlässliche quantitative Bestimmung

Kreuzworträtsel

Massenanteil	Wie heißt der Quotient aus Masse eines Bestandteils und Gesamtmasse des Gemisches?
Lösungsmittel	Wie heißt die Komponente einer Lösung, die als Lösungsmittel behandelt wird?
Bezugsmasse	Wie heißt die Masse, auf die eine Stoffangabe im Nenner bezogen wird?
Unsicherheit	Wie heißt die Information über die begrenzte Bestimmtheit eines Messwertes?
Nachweisgrenze	Wie heißt die Grenze für die Unterscheidbarkeit von einem geeigneten Blindwert?
Quantifizierung	Wie heißt die zahlenmäßige Bestimmung eines Stoffgehalts?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Eine Stoffangabe ist nur sinnvoll vergleichbar, wenn ihre bekannt ist.

Beim Massenanteil steht die Gesamtmasse der im Nenner.

Eine Angabe je 100 g Lösungsmittel beschreibt zunächst ein .

Aus 5,0 g Stoff und 100,0 g Lösungsmittel entstehen im Modell 105,0 g .

Viele überflüssige Dezimalstellen können eine falsche vortäuschen.

Ein Messwert sollte deshalb zusammen mit seiner oder einem nachvollziehbaren Bereich betrachtet werden.

Unterhalb der Nachweisgrenze ist eine sichere Unterscheidung vom geeigneten nicht gegeben.

Die Bestimmungsgrenze betrifft die verlässliche quantitative .

Eine Angabe in Mikrogramm pro Liter ist eine volumenbezogene .

Wenn ein Ergebnisbereich einen Vergleichswert überlappt, braucht die Bewertung eine dokumentierte .

Offene Aufgaben

Leicht

1. G – Bezugsgröße markieren: Markiere in acht vorgegebenen Stoffangaben jeweils Stoff, Zählergröße, Nenner und Einheit und begründe zwei Zuordnungen in einem Satz.
2. G – Skizze erstellen: Zeichne ein Papiermodell zu „Stoff + Lösungsmittel = Lösung“ und beschrifte, welcher Nenner zu Massenanteil und welcher zu Massenverhältnis gehört.
3. G – Darstellung prüfen: Formuliere drei übergenaue Zahlenangaben so um, dass Zentralwert, Einheit und sinnvoller Bereich erkennbar sind.
4. G – Begriffskarten: Erstelle Karten für Lösung, Lösungsmittel, Massenanteil, Massenverhältnis, Nachweisgrenze und Bestimmungsgrenze mit je einem selbst erfundenen Beispiel.

Standard

1. M – Umrechnen: Überführe drei Angaben „g Stoff je 100 g Lösungsmittel“ in Massenanteile bezogen auf die Lösung und gib für jede Rechnung den Nenner ausdrücklich an.
2. M – Vergleichen: Erstelle eine Tabelle für vier fiktive Produkte mit Zentralwert und Ergebnisbereich und kennzeichne, welche Bereiche sich überlappen.
3. M – Klassifizieren: Ordne zehn Aussagen den Kategorien „unter LOD“, „zwischen LOD und LOQ“ oder „oberhalb LOQ“ zu und erkläre, welche Aussage jeweils zulässig ist.
4. M – Tabelle gestalten: Entwirf ein Datenblatt mit den Spalten Stoff, Zähler, Bezugsgröße, Einheit, Zentralwert, Bereich, Quelle und Modellgrenze.

Schwer

1. E – Entscheiden: Entwickle für drei fiktive Schwellenvergleiche eine Regel, wie Du mit vollständig darunterliegenden, überlappenden und vollständig darüberliegenden Ergebnisbereichen umgehst.
2. E – Bewerten: Prüfe einen erfundenen Umweltvergleich darauf, ob LOQ, Messunsicherheit, Einheit und Bezugsgröße tatsächlich eine belastbare Aussage erlauben.
3. E – Modellieren: Ergänze zum Ansatz B mindestens zwei weitere Einflussgrößen, zum Beispiel Rundung oder Probeninhomogenität, und beschreibe qualitativ, wie sie den Ergebnisbereich verändern könnten.
4. E – Quellen prüfen: Vergleiche eine IUPAC-, eine JCGM- und eine institutionelle Lehrquelle hinsichtlich Definition, Veröffentlichungsdatum, Geltungsbereich und möglicher Aktualisierung.

Lernkontrolle

1. Vergleich mit wechselnder Bezugsmasse: Zwei Produkte tragen beide die Zahl 6,0 %, aber eines bezieht sich auf die Lösung und das andere auf das Lösungsmittel. Entwickle einen Rechenweg, der zeigt, welche Zusatzdaten Du benötigst und wann ein direkter Vergleich unzulässig ist.
2. Kritik an Scheingenauigkeit: Ein Bericht nennt 4,76190476 % ohne Unsicherheit. Formuliere eine fachliche Kritik und eine verbesserte Ergebnisdarstellung.
3. Transfer auf Umweltmesswerte: Ein Zentralwert liegt unter einem Vergleichsniveau, sein Ergebnisbereich überlappt es aber. Begründe, warum eine Entscheidungsregel wichtiger ist als die bloße Betrachtung des Zentralwerts.
4. Nachweisgrenze im Datensatz: Erkläre an einem selbst konstruierten Datensatz, warum „unter LOQ“ nicht mit „null“ gleichgesetzt werden darf und welche Information im Bericht erhalten bleiben sollte.
5. Tabellenvergleich: Entwirf ein Schema, mit dem Produktdaten in %, mg/kg und µg/L zunächst getrennt nach Größenart und Bezugsgröße geordnet werden, bevor eine Umrechnung versucht wird.
6. Modellgrenzen bewerten: Wähle zwei Annahmen aus dem eigenen Datenbeispiel und erläutere, wie eine Verletzung dieser Annahmen die Schlussfolgerung verändern könnte.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig:

1. Du kannst Lösung, Lösungsmittel, Massenanteil, Massenverhältnis, Massenkonzentration, Nachweisgrenze, Bestimmungsgrenze und Messunsicherheit fachlich unterscheiden.
2. Du kannst bei einer Stoffangabe Zähler, Nenner, Einheit und Bezugsgröße explizit benennen.
3. Du kannst einen Lösungsmittelbezug in einen Lösungsbezug überführen und die Gesamtmasse korrekt bilden.
4. Du kannst aus begrenzten Eingangsdaten einen nachvollziehbaren Ergebnisbereich ableiten und Scheingenauigkeit vermeiden.
5. Du kannst erklären, warum unter LOD oder LOQ nicht automatisch „null“ bedeutet.
6. Du kannst einen Schwellenvergleich mit Ergebnisbereich und Entscheidungsregel begründen.
7. Du kannst mindestens eine Modellgrenze und die Herkunft der verwendeten Daten transparent dokumentieren.

OERs zum Thema

Zum exakten Titel existiert kein eigener Wikipedia-Artikel. Fachlich eng verwandte OER-Einstiege sind:

Verknüpfte Lernbereiche

Stoffdaten mit Bezugsgrößen und Unsicherheit vergleichen Lösung Lösungsmittel Massenanteil Massenverhältnis Massenkonzentration Messunsicherheit Nachweisgrenze Bestimmungsgrenze Analytische Chemie Umweltchemie