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Neuartige pH-Wert-Messung – mit Farben und Licht

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KOLOpHon – bahnbrechendes ph-Wert-Projekt aus dem Münsterland: Am Bocholter Studienbereich Bionik haben Forscher eine innovative Methode zur Messung des pH-Wertes entwickelt. Es handelt sich dabei um einen kolorimetrischen pH-Sensor, der mit Blick auf die Durchführung von Online-Messungen zur Anwendung kommen soll. Das Projekt mit dem vielversprechenden Namen „KOLOpHon“ schlägt schon jetzt hohe Wellen in den unterschiedlichsten Bereichen der Wissenschaft. 

Mit Farben pH-Werte messen 

Die Bezeichnung des Projektes „KOLOpHon“ vereint drei Segmente in sich: Das Kürzel „KOLO“ symbolisiert das Element der Farbe, „pH“ steht für den Säuregrad, und das „on“ gibt an, dass es sich um eine Messwerterfassung über das Internet handelt. Ziel des KOLOpHon-Projektes ist es, eines Tages einen Sensor zu konzeptionieren, welcher in einen Ackerboden gesteckt oder in einen Bach eingelassen werden könnte. Damit sollen Untersuchungen des Säuregehaltes in der Natur deutlich erleichtert werden. 

Hochgesteckte Ziele bei der pH-Wert-Messung

Prof. Dr. Andrea Springer und ihr Team vom Campus Bocholt der Westfälischen Hochschule haben es sich zur Aufgabe gemacht, den Säuregehalt von Gewässern und Böden dauerhaft messen und die generierten Daten über das World Wide Web an ein Messnetz transferieren zu wollen. Die Neuentdeckung der pH-Wert-Messung steckt zwar noch in den Kinderschuhen, aber schon jetzt erscheint das Vorhaben äußerst vielversprechend. 

Die klassische Methode zur pH-Wert-Messung 

Es ist eine bewährte Vorgehensweise, pH-Messstreifen in ein halbfestes Medium oder in eine Lösung zu halten und somit den pH-Wert zu ermitteln. Was zu Lernzwecken an Schulen und Universitäten durchaus von Vorteil ist, reicht in der Welt der Wissenschaft jedoch nicht aus. Die Teststreifen sind zwar recht hilfreich, um einen ersten Überblick zu bekommen. Von exakten Messwerten kann dabei aber nicht die Rede sein. Die Forscher machen sich demnach hochsensibler Geräte zunutze, welche die gängigen pH-Messstreifen ersetzen sollen. In all jenen Bereichen, in denen Präzision und Effizienz gefordert sind, sind exakt arbeitende, moderne Messtechnologien unabdingbar. 

Eine besondere Form der Sensor-Kalibrierung 

Alles begann mit einem einfachen Teststand im Labor: Prof. Dr. Andrea Springer und ihre Mitarbeiter füllten in rechteckige, transparente Küvetten flüssige Substanzen mit jeweils fest definierten pH-Werten. Auf der Basis ihrer Beschaffenheit bildeten die Lösungen eine Farbreihe. Die befüllten Messgläser wurden anschließend von einer Seite mit hellem LED-Licht beleuchtet, während mit einer Spezialkamera der Lichtstrahl aufgezeichnet wurde, welcher auf der gegenüber liegenden Seite austrat. Auf diese Weise generierte das Team Rot-Gelb-Blau-Werte, welche für die Sensor-Kalibrierung verwendet werden konnten. 

Im Rahmen der Testphasen kommen klassische pH-Wert-Messverfahren zur Anwendung, mit denen belegt werden kann, ob die neuartigen Messmethoden tatsächlich halten, was sich das Bocholter Forschungsteam davon verspricht. Sind die Resultate zufriedenstellend, wird es darum gehen, die Indikator- und die Messlösungen jeweils voneinander zu separieren. Es soll folglich kein zusätzlicher Indikator mehr hinzugegeben werden müssen. Stattdessen soll es auf lange Sicht genügen, den kalibrierten Sensor mit dem jeweiligen Medium, das zu messen ist, in Berührung zu bringen. Um das jedoch zu gewährleisten, muss ein weiteres Untersuchungsprojekt in die Wege geleitet werden. Bis die erhofften Endresultate erzielt werden, könnte es noch eine Weile dauern. Nichtsdestotrotz ist das Forschungsteam bereits jetzt mehr als zufrieden mit dem, was bisher realisiert wurde. 

Das soll die pH-Messtechnologie der Zukunft leisten: 

  • mehr Effizienz 
  • einfaches Handling 
  • höchste Präzision 
  • dauerhaft zuverlässiges Leistungsportfolio 
  • hochfunktional und zugleich wartungsarm 

Messtechnologie auf dem Prüfstand 

Die pH-Wert-Messtechnologie, welche bisher zur Verfügung steht, ist durchaus leistungsstark. Allerdings besteht sie aus einer elektrischen Elektrode mit gläsernen Bauteilen. Aus Sicherheitsgründen muss daher eine Referenz-Elektrode genutzt werden, weil die Glasbruchgefahr im Zuge der Durchführung der Messungen gegenwärtig noch recht hoch ist. Obendrein besteht die Gefahr, dass die Elektroden austrocknen, sodass innerhalb kurzer Zeitabstände Überprüfungen durchgeführt werden müssen. Denn nur so lässt sich herausfinden, ob sie noch normgerecht funktionieren oder nicht. Dies ist einer der Gründe dafür, dass eine feste Implementierung zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch nicht möglich ist. 

Prof. Dr. Springer gibt nicht auf. Sie und ihr Team werden auch weiterhin mit hohem Engagement daran arbeiten, pH-Messstreifen zu finden, die mit einem normalen Universal-Indikator arbeiten und präzise Farbwerte abliefern. Auch soll die bauliche Konzeptionierung verändert werden, um eine höhere Bruchsicherheit zu gewährleisten. Mit klarem Ziel vor Augen geht es weiter – in Richtung Zukunft. 

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