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Sensorentwicklung für Online-pH-Messung Rot-Gelb-Blau, wie sauer genau?

Autor / Redakteur: Barbara Laaser* / Christian Lüttmann

Der pH-Wert ist als Maß für den Säuregehalt in verschiedensten Bereichen relevant, etwa bei Analysen von Bodenproben, Gesichtscremes oder Cola. Ein Team der Westfälischen Hochschule will einen neuen Sensor entwickeln, der den pH-Wert online über einen Farbindikator misst. Dies soll eine robuste Alternative zu herkömmlichen Methoden mit Glaselektrode sein.

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Mit einem Labor-Teststand haben Prof. Dr. Andrea Springer und ihre Mitarbeiter Muster-pH-Wert-Lösungen angesetzt und mit Licht durchstrahlt, um die Farbwerte auf der Gegenseite als Maß für den pH-Wert zu nutzen.
Mit einem Labor-Teststand haben Prof. Dr. Andrea Springer und ihre Mitarbeiter Muster-pH-Wert-Lösungen angesetzt und mit Licht durchstrahlt, um die Farbwerte auf der Gegenseite als Maß für den pH-Wert zu nutzen.
(Bild: WH)

Bocholt – Schon seit über 100 Jahren ist der pH-Wert in den Naturwissenschaften als Maß für die Säure oder Basizität etabliert. Die derzeit leistungsstärksten pH-Mess-Sensoren bestehen aus einer elektrischen Glaselektrode, der eine Referenzelektrode zur Messung an die Seite gestellt wird. Sie bestimmen das elektrochemische Potenzial der Lösung in Abhängigkeit der Wasserstoffionen-Konzentration. „Diese Messgeräte sind jedoch wegen des Glases bruchempfindlich. Außerdem können sie austrocknen und müssen häufig überprüft werden, ob sie normgerecht arbeiten oder nicht. Deshalb können sie nicht fest verbaut werden“, erläutert Prof. Dr. Andrea Springer die Nachteile dieser Messmethode. Die Forscherin vom Campus Bocholt der Westfälischen Hochschule will deshalb eine robuste Alternative entwickeln.

Springers Ansatz funktioniert ähnlich wie ein pH-Messstreifen mit einem Universalindikator und liefert quantitative Farbwerte. Solche Streifen nutzen viele im Labor oder in der Schule, um schnell und ohne großen Aufwand den pH-Wert zu überprüfen – Ein Tropfen auf den Indikatorstreifen geben, und die Farbe zeigt den pH-Wert an: Meist umso röter, je saurer und umso blau-grüner, je basischer.

Mit einem solchen Farbwechsel möchte Springer eine neue online-Messmethode für den pH-Wert entwickeln. Am Ende des Projekts, das jetzt noch in der Testphase ist, soll ein fertiger Sensor stehen, der in einen Bach oder in Ackerboden eingebaut werden kann und dauerhaft den Säurewert online an ein Messnetz überträgt.

Farbiges Licht in pH-Werte übersetzen

Ganz so weit sind die Wissenschaftler noch nicht. Zunächst haben sie einen Laborteststand gebaut und in Küvetten Lösungen gefüllt, die definierte pH-Werte anzeigen und damit auf dem Labortisch eine Farbreihe bilden. Die rechteckigen, durchsichtigen Küvetten als Messglas haben sie von einer Seite mit LED-Licht bestrahlt und mit einer Kamera das Licht aufgezeichnet, welches auf der gegenüberliegenden Küvettenseite austrat. Mit den so erhaltenen Rot-Gelb-Blau-Farbwerten kalibrierten die Forscher den Sensor. Tests mit unbekannten Lösungen zeigen dann, wie genau die Ergebnisse mit dieser Technik sind. Der Vergleich mit Standard-pH-Wert-Messmethoden soll zeigen, ob die neue Messmethode geeignet ist.

Wenn diese Hürde genommen ist, haben die Wissenschaftler schon den nächsten Schritt geplant. Sie wollen die Indikatorlösung und die Messlösung räumlich voneinander trennen, sodass kein Indikator mehr zugegeben werden muss, sondern es ausreicht, den Sensor mit dem Medium in Kontakt zu bringen, dessen pH-Wert gemessen werden soll. Dieser Schritt setzt aber ein Anschlussprojekt voraus.

* B. Laaser, Westfälische Hochschule, 45897 Gelsenkirchen

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