Messen nach Farben

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. Foto: WH

(Fast) Jeder kennt den pH-Wert als Maß für den Säuregehalt, etwa im Boden oder in Gesichtscremes oder in Cola. Wissenschaftlich betrachtet geht es dabei um die Messung der Wasserstoffionen: je mehr – je saurer. Da es um Ionen geht, wird der pH-Wert häufig mit Elektroden gemessen, die die Wasserstoffionenaktivität durch eine Spannungsmessung erfassen. Viele erinnern sich aus ihrer Schulzeit aber auch an die Indikatorstreifen, die mit einem Farbwert je nach Wasserstoffionen-Konzentration arbeiteten: Je saurer, umso röter, je basischer umso blau-grüner. Oder eine andere Farbskala, je nach Hersteller des Indikatorstreifens. Prof. Dr. Andrea Springer vom Bocholter Studienbereich Bionik hat jetzt gemeinsam mit Matthias Fischer und Fabian Pioch als wissenschaftliche Mitarbeiter eine neuartige pH-Wert-Messung entwickelt, die wieder auf Farben als Indikatoren zurückgreift: ein kolorimetrischer pH-Sensor für Online-Messungen. Projektname: „KOLOpHon“.

(BL) Die derzeit leistungsstärksten pH-Mess-Sensoren bestehen aus einer elektrischen Glaselektrode, der eine Referenzelektrode zur Messung an die Seite gestellt wird: „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. Sie wollte eine robuste Alternative finden, die ähnlich wie ein pH-Messstreifen mit einem Universalindikator funktioniert und quantitative Farbwerte liefert. Der Projektname „KOLOpHon“ des neuen Messprinzips kombiniert drei Elemente: Das „KOLO“ steht für die Farbe, das pH natürlich für den Säuregrad und das „on“ für die Online-Messwerterfassung übers Internet.
Machen wir es konkret: Am Ende der Entwicklungsreihe, die jetzt noch in der Testphase ist, soll der Sensor in einen Bach oder in einen Ackerboden eingebaut werden können und den Säurewert dauerhaft online an ein Messnetz melden.

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 dann von einer Seite mit LED-Licht bestrahlt und mit einer Kamera das Licht aufgezeichnet, welches auf der gegenüberliegenden Küvettenseite austrat. Die damit erhaltenen Rot-Gelb-Blau-Farbwerte nutzten die Wissenschaftler zur Kalibrierung des Sensors. Tests mit unbekannten Lösungen bewerten die Wirksamkeit und die Genauigkeit der Messungen. Der Vergleich mit Standard-pH-Wert-Messmethoden zeigt, ob die neue Messmethode geeignet ist.

Der nächste Schritt wird sein, die Indikatorlösung und die Messlösung räumlich voneinander zu trennen, sodass kein Indikator mehr zugegeben werden muss, sondern es ausreicht, den Sensor mit dem Medium, dessen pH-Wert gemessen werden soll, in Kontakt zu bringen. Dieser Schritt setzt aber ein Anschlussprojekt voraus. Die Zukunft dieser Messmethode bleibt also noch eine Zeit lang spannend.