Sensoren für PH-Messung (Wasser, Kaffee, u.s.w): DFRobot pH vs. EZO TM class embedded pH circuit

[Martin K. (dilbert_man)]

Hallo und guten Tag,


ich bin auf der Suche nach einem geeigneten Ansatz - bzw. einem Sensor 
für PH-Messung (Wasser, Kaffee, u.s.w): DFRobot pH vs. EZO TM class 
embedded pH circuit

Das Ziel: ich will zu Demonstrationszwecken den pH Wert bestimmen in den 
Getränken - Wasser, Kaffee, Mineralwasser, Tee.
Am liebten wäre mir, wenn ich das nicht kalibrieren muss - vor jeder 
Messung. M.a.W. ich suche ein einfaches u. robustes Verfahren - in 
Verbindung mit dem Einsatz von Raspi, Arduino oder ESP32


Vorweg: In der Chemie ist der pH-Wert eine Skala, die verwendet wird, um 
anzugeben, wie sauer oder basisch eine Lösung auf Wasserbasis ist. gut: 
Saure Lösungen haben einen niedrigeren pH-Wert, während basische 
Lösungen einen höheren pH-Wert haben.
Somit hat der pH-Sensor die Fähigkeit, den pH-Wert jeder Lösung zu 
bestimmen, d.h. er sagt, ob die Substanz sauer, basisch oder neutral 
ist.

der Ph-Sensor hat ein breites Anwendungsspektrum wie Abwasserbehandlung, 
Pharmazeutika, Chemikalien und so weiter - oder schlicht nur die Messung 
von Werten im Aquarium.

Mein Ziel: Ich möchte einen pH-Sensor entwickeln, der hilft, den pH-Wert 
in Flüssigkeiten wie Kaffee, Wasser, Cola, Bier und dergleichen zu 
messen.
Ich möchte eine konstengünstige Lösung haben, eine, die - wenn möglich - 
auch ohne Kalibirierung auskommt.



Ich dachte hier an mehrere Optionen:

DFRobot Gravity Analog pH vs. EZO TM class embedded pH circuit

Frage: Kann ich den Gravity Ph Sensor mit Arduino verbinden?

Ich möchte ein einfaches Ph-Messgerät erstellen und den Ph-Wert auf 
einem OLED / LCD-Display anzeigen. Ich denke, dass ich mit diesem 
Projekt viel lernen kann; Etwas über den Aufbau und die Funktionsweise 
des Ph-Sensors.
Last but not least - wenn das System kalibriert werden muss  (was ich 
nicht unbedingt haben "muss" - dann würde ich das halt auch noch 
"mitnehmen".
M.a. W. Dann lerne ich die Kalibrierungsmethode, die die Richtigkeit und 
Genauigkeit des Sensors bestimmt.

Aber - wie gesagt: eigentlich will ich gerne um das Kalibrieren 
herumkommen.
Wenn es denn geht.


Freue mich  von Euch kurz zu hoeren.


PS. - update:
Habe noch was zum Dfrobot gefunden.  Der würde mir wohl auch ausreichen 
was die Genauigkeit anbelangt:

https://eckstein-shop.de/DFRobotGravityAnalogpHSensor2FMeterKitForArduino

zur Kalibrierung: vgl. https://community.dfrobot.com/makelog-308048.html

Zitat:
>in this video is an overview and tutorial for an analog pH sensor that's 
>compatible with both Arduino and Raspberry Pi but I'll also give a general 
>overview of linear functions and interpolation. Plus I'll show you how to >write 
a custom code to use this sensor on an unsupported platform >(Espruino).

>Measuring pH is pHun! (...I'm here all night folks.)

/* DF Robot Analog pH Sensor */
https://www.dfrobot.com/product-1782.html
Arduino Library: https://github.com/DFRobot/DFRobot_PH
Python Library: 
https://github.com/DFRobot/DFRobot_PH/tree/master/RaspberryPi/Python
/* DF Robot ADC Converter */ https://www.dfrobot.com/product-1730.html

[MaWin (Gast)]

Martin K. schrieb:
> Ich möchte eine konstengünstige Lösung haben, eine, die - wenn möglich -
> auch ohne Kalibirierung auskommt.

Kein Sensor kommt ohne Kalibrierung aus.

Nicht jeder Sensor gilt als lebensmitteltauglich.

Wasser,  also sauberes reines Wasser, ist am schwierigsten zu messen 
weil sehr hochohmig. Mineralwasser aber einfach, ist jedoch wegen der 
Kohlensäure immer sauer.

Milch verkleistert die Elektrode ind muss z.B. mit Pepsin wieder 
abgeätzt werden.

Echt billig sind https://www.ebay.de/itm/143740785751

Dein DfRobot Arduino-Sensor ist aber auch nicht unverschämt teuer.

[martin kaspar (Gast)]

llo und guten Tag,


vielen Dank für die Antwort.
wg. der des hohen R bei H2O _ da müsste ich eben mit einer hohen 
Eingangsimpedanz arbeiten. m.a.W. die halt recht hoch setzen wählen  
auslegen.


Schade dass ich alles immer kalibrieren muss.

MaWin schrieb:
> Martin K. schrieb:
>> Ich möchte eine konstengünstige Lösung haben, eine, die - wenn möglich -
>> auch ohne Kalibirierung auskommt.
>
> Kein Sensor kommt ohne Kalibrierung aus.
>
> Nicht jeder Sensor gilt als lebensmitteltauglich.
>
> Wasser,  also sauberes reines Wasser, ist am schwierigsten zu messen
> weil sehr hochohmig. Mineralwasser aber einfach, ist jedoch wegen der
> Kohlensäure immer sauer.
>
> Milch verkleistert die Elektrode und muss z.B. mit Pepsin wieder
> abgeätzt werden.
>
> Echt billig sind Ebay-Artikel Nr. 143740785751
>
> Dein DfRobot Arduino-Sensor ist aber auch nicht unverschämt teuer.


An Milch werde ich nicht rangehen.
Nein  - ich denk dass ich das mit dem DFRobot machen sollte.

[martin kaspar (Gast)]

geplante weitere Schritte: ich überlege mir, welches Interface ich mir 
aussuche.
a. Arduino
b. raspberryPi
c. ESP 32 /8266 ....!?

Ferner überlege ich mir ob ich den DFRobot oder die Atlas-Technologie. 
verwende?  Dann werde ich ein Frizzing anlegen - und überlegen was ich 
noch an Peripherie benötige

. Netzteil
. Display
. Passive Bauteile
. OP-AMP etc. etx.


Klasse wäre ( wie oben bereits erwähnt: wenn ich ein System hätte, das 
ich nicht stets kalibrieren muss)

[Wolle G. (wolleg)]

martin kaspar schrieb:
> Klasse wäre ( wie oben bereits erwähnt: wenn ich ein System hätte, das
> ich nicht stets kalibrieren muss)
Ob, bzw. wie oft man kalibrieren muss, das ist eine Frage, wie genau die 
Messung sein soll.
Es gibt zur Bestimmung des pH-Werts nicht nur die elektrochemischen 
Verfahren, sondern z.B. auch die einfache Methode mit sogn. pH-Papier.
Dann fehlt Dir allerdings das elektronische Spielzeug wie z.B.
 pH-Verstärker
. Netzteil
. Display
. Passive Bauteile
usw.

[Manfred (Gast)]

Wolle G. schrieb:
> Es gibt zur Bestimmung des pH-Werts nicht nur die elektrochemischen
> Verfahren, sondern z.B. auch die einfache Methode mit sogn. pH-Papier.

Das ist sogar für recht wenig Geld zu bekommen.

Mir zeigt es eindeutig die Qualität von LED-Licht, da scheitere ich am 
Farbvergleich und muß mir Tageslicht suchen.

> Dann fehlt Dir allerdings das elektronische Spielzeug

Da muß jetzt eine Optik an den µC, wo man den Teststreifen einlegt und 
am Display den abgelesenen Wert gezeigt bekommt. Vermeidet das Risiko, 
den elektronischen Sensor zu versauen und wäre eine sehr interessante 
Aufgabe.

[martin kaspar (Gast)]

Hallo Manfred, hallo Wolle,

vorweg: vielen vielen Dank für Eure Rückmeldungen und Beiträge. Also 
mich interessiert das Verfahren sehr - die Auswertung des pH-Papiers 
mittels optoelektronischer Verfahren. Meint ihr denn dass das Sinn macht 
.- Ich bräuchte halt hier noch einen Messwertaufnehmer - diesmal nicht 
ein Sensor der die el. Leitfähigkeit misst - sondern praktisch das 
pH-Papier auswertet.

Manfred schrieb:
> Wolle G. schrieb:
>> Es gibt zur Bestimmung des pH-Werts nicht nur die elektrochemischen
>> Verfahren, sondern z.B. auch die einfache Methode mit sogn. pH-Papier.
>
> Das ist sogar für recht wenig Geld zu bekommen.
>
> Mir zeigt es eindeutig die Qualität von LED-Licht, da scheitere ich am
> Farbvergleich und muß mir Tageslicht suchen.
>
>> Dann fehlt Dir allerdings das elektronische Spielzeug
>
> Da muß jetzt eine Optik an den µC, wo man den Teststreifen einlegt und
> am Display den abgelesenen Wert gezeigt bekommt. Vermeidet das Risiko,
> den elektronischen Sensor zu versauen und wäre eine sehr interessante
> Aufgabe.

ich überlege - wie ich das aufbauen könnte.

Freue mich von Euch zu hoeren. VG

[Martin K. (dilbert_man)]

ich hab mal noch bzgl. der Genauigkeit der pH-Messung mittels pH-Papier 
noch weiter recherchiert und folgenden Artikel gefunden

Accuracy of the pH meter

https://sciencing.com/potential-error-using-ph-strips-8582444.html


Zitat: Accuracy of pH paper
>The use of pH paper is similar to the use of a Galileo thermometer. Particular 
colors indicate certain values, and each measurement is only accurate within a 
unit or two. While pH paper is great for quick qualitative work, it fails at 
highly accurate quantitative work. If the accuracy you desire is within one pH 
value or two, paper is the way to go. Litmus paper can give you a quick check to 
see if your solution is acidic, neutral or basic. That is one place pH paper 
shines. On a side note, pH paper will be difficult to work with accurately if you 
are color blind.

vgl. https://sciencing.com/potential-error-using-ph-strips-8582444.html



Davon abgesehen, also von der moeglichen Ungenauigkeit des 
Auswerte-Verfahrens via ph-Papier einmal abgesehen halte ich Euren Weg 
für sehr interessant.  Er hört sich interessant an - ist quasi ein 
anderer Weg:

[Wolfgang (Gast)]

Manfred schrieb:
> Mir zeigt es eindeutig die Qualität von LED-Licht, da scheitere ich am
> Farbvergleich und muß mir Tageslicht suchen.

Du musst nicht die Farben vergleichen, da die Farben Mischfarben sind.
Die Farbänderung bei Indikatorpapier beruhen auf wenigen Substanzen mit 
Farbumschlag um meist einen Umschlagpunkte. Für die Auswertung braucht 
man je Substanz im wesentlichen die Reflektivität bei den für die beide 
Molekülzustände charakteristischen Wellenlängen. Bei weißen LEDs als 
Beleuchtung ist das Spektrum voll abgedeckt, d.h. nur der Empfänger muss 
ausreichend schmalbandig messen und dann ist es nur ein bisschen 
Rechnerei für die Komponentenanalyse um aus dem Reflektionsverhältnis 
bei den beiden Wellenlängen den Indikatorgleichgewichtszustand und damit 
den pH auszurechnen.

Bekannte Stoffe mit pH-Umschlag sind z.B. diese
https://www.ch.ic.ac.uk/vchemlib/course/indi/indicator.html

[Wolle G. (wolleg)]

Martin K. schrieb:
> Das Ziel: ich will zu Demonstrationszwecken den pH Wert bestimmen in den
> Getränken - Wasser, Kaffee, Mineralwasser, Tee.

Eine Frage: Was soll hier demonstriert werden?
Wenn es nur um den pH-Wert geht, dann ist pH-Papier völlig ausreichend. 
Es kommt doch dabei nicht auf einen Schnaps an. Ob der pH-Wert 5 oder 6 
beträgt, das sollte doch von untergeordneter Bedeutung sein. Das kann am 
nächsten Tag schon wieder anders aussehen.
Wie schon gesagt: Gefahr der Einschränkung des Spiel- und Basteltriebes 
besteht!

[Manfred (Gast)]

martin kaspar schrieb:
> Hallo Manfred, hallo Wolle,
> vorweg: vielen vielen Dank für Eure Rückmeldungen und Beiträge. Also
> mich interessiert das Verfahren sehr - die Auswertung des pH-Papiers
> mittels optoelektronischer Verfahren.

Au weiah, ich meinte das eher ironisch. In wieweit es für Heimwerker 
machbar und bezahlbar ist, die Farbe auszuwerten - keine Ahnung.

Wolfgang schrieb:
>> Mir zeigt es eindeutig die Qualität von LED-Licht, da scheitere ich am
>> Farbvergleich und muß mir Tageslicht suchen.
>
> Du musst nicht die Farben vergleichen, da die Farben Mischfarben sind.
> Die Farbänderung bei Indikatorpapier beruhen auf wenigen Substanzen mit
> Farbumschlag um meist einen Umschlagpunkte.

Ich nehme ein handelsübliches Indikatorpapier, siehe Anhang. Das tauche 
ich ein und vergleiche danach dessen Farbe mit dem Aufdruck auf dem 
Umschlag. Egal, wie das chemisch funktioniert, unter meiner LED-Leuchte 
kann ich das nicht, bei Tageslicht habe ich kein Problem.

[Manfred (Gast)]

Martin K. schrieb:
> Zitat: Accuracy of pH paper

Das habe ich gestern einer Frau vom Fach geschickt und ja, diese 
Standardblättchen bezeichnet sie als mies.

Weitaus besser sollen Teststreifen mit je vier Feldern sein, sowas habe 
ich noch nie gesehen. Das mir zugeschickte Bild hänge ich an, solche 
Streifen lassen sich u.a. auch beim Ali finden.

[Marvin (Gast)]

Manfred schrieb:
> Ich nehme ein handelsübliches Indikatorpapier, siehe Anhang. Das tauche
> ich ein und vergleiche danach dessen Farbe mit dem Aufdruck auf dem
> Umschlag. Egal, wie das chemisch funktioniert, unter meiner LED-Leuchte
> kann ich das nicht, bei Tageslicht habe ich kein Problem.

Ich vermute, dass die gedruckten Referenzfarben auf der Vergleichsskala 
sich bei farbigem Licht ("weiße" LED) sich anders zeigt als das 
Indikatorpapier.

Was spricht gegen eine Mehrfachmessung unter wirklich farbigem Licht, 
also z.B. nacheinander schmalbandige LED rt, ge, gn, uv ...

Sicher müsste man die Geschichte anhand von Probemessungen kalibrieren.

[Olaf (Gast)]

> Was spricht gegen eine Mehrfachmessung unter wirklich farbigem Licht,

Was hilft ist die Verwendung von LED-Licht mit einem hohen RA-Wert, also 
95 oder so.

Mir ist vergleichbares vor Jahren auch mal aufgefallen als ich die 
bunten Farben von Widerstaenden auseinanderhalten wollte. Insbesondere 
rot/orange war bei billigen Lampen ein Problem. Seitdem ich darauf nur 
gute Lampen zu kaufen, kein Problem mehr.

> Weitaus besser sollen Teststreifen mit je vier Feldern sein, sowas habe
> ich noch nie gesehen.

Sowas ist im Laborbereich Standard. Einfarbige Teile kenne ich nur aus 
meinem Chemiekasten als Schueler.

Olaf

[Purzel H. (hacky)]

Der Poster sollte eine Eigenentwicklung eines chemischen Sensors 
vergessen. Das waere guten Chemikern schon lange gelungen.
Und die Teststreifen sind so eine Sache. Man sollte das Sample nachher 
entsorgen, da ich diese Streifen als kontaminierend betrachten wuerde. 
Zudem ist keine kontinuierliche Messung moeglich.

[micha (Gast)]

Ist halt die Frage der Genauigkeit und was es kosten darf. Die standard 
Glaselektroden sind im Prinzip kleine Batterien bzw Kondensatoren. In 
Abhängigkeit von der H+ Konzentration stellt sich eine Spannung ein. 
Daher müsssen sie regelmäßig kalibriert und gewartet werden und sind 
auch vom Aufbau her recht empfindlich.

Dann gibt es Stoffe, die je nach vorliegendem pH ihre Farbe änderen, pH 
Indikatoren (z.B. rote-Beete Saft). Die gibt es als Flüssigkeit oder ein 
Papier/Feststoff ist damit gefärbt. Je nach pH Bereich gibt es zig 
verschiedene und durch Kombination mehrere Stoffe lassen sich größere pH 
Bereiche kombinieren.

Mittlerweile gibt es auch Sensoren, die sich per Glasfaser auslesen 
lassen (z.B. von PreSense 
https://www.presens.de/products/detail/ph-sensor-spots-sp-hp5). Die 
funktionieren nach einem etwas anderen Prinzip also die normalen 
Indikatoren, d.h. Änderung ders Floureszens-Verhaltens in Abhängigkeit 
vom pH wert 
(https://www.presens.de/knowledge/basics/detail/measurement-principle-of-chemical-optical-sensors-901)

Zum selbst-Experimentieren ist der Indikator-Ansatz wohl am einfachsten 
geeignet. Alles andere zieht erst mal deutliche Kosten nach sich.

[Martin K. (dilbert_man)]

hallo Micha
vielen Dank für die Rückmeldung und den ausführlichen Exkurs in die 
Basics. Das ist sehr sehr wertvoll. Merke immer wieder, dass dieses 
Forum hier wirklich dermaßen in die Tiefe geht - und man regelmäßig ganz 
neue Perspektiven bekommt.

Das mit der Glasfaser-Technologie hab ich noch nicht gekannt. Ich werde 
mir das von PreSense auf alle Fälle mal durchlesen.


Mittlerweile gibt es auch Sensoren, die sich per Glasfaser auslesen
lassen (z.B. von PreSense
https://www.presens.de/products/detail/ph-sensor-spots-sp-hp5). Die
funktionieren nach einem etwas anderen Prinzip also die normalen
Indikatoren, d.h. Änderung ders Floureszens-Verhaltens in Abhängigkeit
vom pH wert 
(https://www.presens.de/knowledge/basics/detail/measurement-principle-of-chemical-optical-sensors-901)

Vielen Dank

PS - das wäre der Ansatz mit einem einfachen Sensor - jenem von 
DF-Robot:

dfrobot - i have seen this - and y es: i really like it. : cf: 
https://www.dfrobot.com/product-1025.html
Gravity: Analog pH Sensor / Meter Kit For Arduino

INTRODUCTION Gravity: Analog pH Sensor / Meter Kit For Arduino Overview
You may check the latest version - Gravity: Analog pH Sensor/Meter Kit 
V2 to meet your requirements and Liquid Sensor Selection Guide to get 
better familiar with our liquid sensor series.
Need to measure water quality and other parameters but haven't got any 
low-cost pH meter? Find it difficult to use with Arduino? DFRobot analog 
pH meter, specially designed for Arduino controllers and has a 
convenient and practical "Gravity" connector and a bunch of features. 
Instant connection to your probe your Arduino to get pH measurements at 
± 0.1pH (25 ℃). For most hobbyists, this great accuracy range and its 
low cost make this a great tool for biorobotics and other projects! It 
has an LED that works as the Power Indicator, a BNC connector, and a 
PH2.0 sensor interface. To use it, just connect the pH sensor with the 
BND connector, and plug the PH2.0 interface into the analog input port 
of any Arduino controller. If pre-programmed, you will get the pH value 
easily. Comes in a compact plastic box with foams for better mobile 
storage.
Build your own PH meter gadget or a water monitoring station for your 
water tanks. This and our other water sensor devices could make for the 
ultimate water control device. Use it for your aquaponics or fish tanks 
or other materials that need measurements.
This is a laboratory probe, it can't be immersed in the liquid for too 
long time. You can check here for the whole Analog pH Sensor / Meter Pro 
Kit For Arduino or a spare Industrial Probe as a replacement

vgl. auch 
https://eckstein-shop.de/DFRobotGravityAnalogpHSensor2FMeterKitForArduino

Aber hier muss man halt die Kalibrierungsorgien durchführen.


viele Grüße

btw. wie genau wird hier zitiert. - mit > denke ich.

[Martin K. (dilbert_man)]

hallo und guten Abend,

ja also vorweg: ihr habt gute Ideen - und der Hinweis, dass man 
kontinuierliche Messungen am allerbesten mit einem Sensor durchfüht wie 
es weiter oben beschrieben worden ist - I(ATLAS-EZO oder DFRobot etc. 
etx)

Was wäre - wenn wir so ansetzen:

> Optical Sensing and Imaging of pH Values: Spectroscopies, Materials, and
> Applications Andreas Steinegger, Otto S. Wolfbeis, and Sergey M. Borisov*
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.0c00451
> This is the first comprehensive review on methods and materials for use in
> optical sensing of pH values and on applications of such sensors. The Review > 
starts with an introduction that contains subsections on the definition of
> the pH value, a brief look back on optical methods for sensing of pH, on the > 
effects of ionic strength on pH values and pKa values, on the selectivity,
> sensitivity, precision, dynamic ranges, and temperature dependence of such
> sensors.

der oben beschriebene Weg würde dann so weitergehen, dass wir 
Universalindikatorpapier bei den verschiedenen pH-Werten spektroskopisch 
(also vermutlich vom IR bis zum UV) untersuchen, um die relevanten 
Wellenlängen der Indikatorsubstanzen zu bestimmen.  Dann kann man einen 
optischen Sensor mit ausreichend vielen Kanälen heraussuchen und das 
Gerät aufbauen.

Und daraufhin könnten wir zur ersten Messung fortfahren - hier kann eine 
DIY-Apparatur dienen: Video Spectrometer Construction
https://publiclab.org/wiki/video-spectrometer-construction
> This page documents the construction of the video spectrometer, which is no > 
longer actively supported. Please see one of the following newer designs:
> Foldable Mini-spectrometer - small paper model which attaches to a
> smartphone Desktop Spectrometry Kit - similar, but built in a conduit box
> Smartphone Spectrometer - high-precision rigid plastic version which
> attaches to a smartphone

das Ganze führt dann im folgenden auf

Foldable Spectrometry Starter Kit
https://publiclab.org/wiki/foldable-spec
> New to spectrometry? On a budget? Looking for something to introduce a group > 
to spectrometry? You might like to try the Papercraft Spectrometry Starter
> Kit, a simple foldable paper spectrometer which you can attach to a
> smartphone or webcam. It’s made of paper to reduce cost and complexity, and > is 
mainly intended as a low cost “introductory” or educational kit.
> Get a kit now  You can use the PDF in the assembly instructions below or get > a 
kit from the Public Lab store:

Von dort geht es weiter zu

Papercraft Spectrometer Intro Kit
https://publiclab.org/wiki/papercraft-spectrometer
> After a few years, we're returning to one of our oldest kits to update and
> improve it, building on lots of community-contributed ideas, improvements,
>  and refinements. This page collects resources, questions and activities
> related to the design. Already assembled your Papercraft Spectrometer? Visit > 
SpectralWorkbench.org to get started on recording and analyzing spectra.


Wie findet ihr diesen Ansatz ... M.e. ist das ggf. doch noch eine 
Alternative zum oben genannten Ansatz mit den Kalibrierungsorgien.

VG

[Marvin (Gast)]

Olaf schrieb:
>> Was spricht gegen eine Mehrfachmessung unter wirklich farbigem Licht,
>
> Was hilft ist die Verwendung von LED-Licht mit einem hohen RA-Wert, also
> 95 oder so.

Hab mich da wohl unklar ausgedrückt:

Anstatt den PH-Teststreifen mit möglichst weißem Licht zu beleuchten, 
dabei das reflektierte Licht über einen mehrkanaligen Farbsensor zu 
analysieren, lautete mein Vorschlag:

Den gleichen Teststreifen nacheinander mit verschiedenfarbigen LEDs 
beleuchten und (im einfachtsen Fall) über eine einzelne, dafür 
breitbandige Fotodiode betrachten um so per Messreihe eine Aussage über 
die Art des Farbumschlags zu gewinnen.

Also nacheinander:
1. Messung: LED rot ein -> Fotodiode misst die Rot-Komponente
2. Messung: LED grün ein -> Fotodiode misst die Grün-Komponente
3. Messung: LED blau ein -> Fotodiode misst die Blau-Komponente

Aus den 3 Messwerten den Farbumschlag bestimmen.

Noch breitbandiger ginge es über mehr als drei LEDs sowie 
Parallelmessung über verschiedenartige Fotodioden (verschiedene 
Empfindlichkeitskurven).

[Martin K. (dilbert_man)]

Hallo Manfred hallo Wolfgang, hallo Marvin, und Olaf,


vielen Dank für Eure Beiträge - das ist wirklich alles sehr sehr 
interessant.


Die Idee mit der Mehrfachmessung unter wirklich farbigem Licht,
also z.B. nacheinander schmalbandige LED rt, ge, gn, uv ... die klingt 
echt sehr interessant

>Was hilft ist die Verwendung von LED-Licht mit einem hohen RA-Wert, also  95 oder 
so.
Mir ist vergleichbares vor Jahren auch mal aufgefallen als ich die
bunten Farben von Widerstaenden auseinanderhalten wollte. Insbesondere
rot/orange war bei billigen Lampen ein Problem. Seitdem ich darauf nur
gute Lampen zu kaufen, kein Problem mehr.

Sehr gut auch diese Idee von Marvin und Olaf.

Mittlerweile gibt es auch Sensoren, die sich per Glasfaser auslesen 
lassen
(z.B. von PreSense 
https://www.presens.de/products/detail/ph-sensor-spots-sp-hp5).

Die funktionieren nach einem etwas anderen Prinzip also die normalen 
Indikatoren, d.h. Änderung ders Floureszens-Verhaltens in Abhängigkeit 
vom pH wert

>The combination of non-invasive pH and oxygen sensors in shake flasks provide new 
insights into metabolic activity and changes in metabolic pathways.
Bioprocess Development: pH Monitoring in Shake Flasks
The pH is one of the major issues in the cultivation of cells, yeast or 
bacteria. Shake flask cultures are widely applied in academic and 
industrial bioprocess development. As adequate methods for real 
monitoring of pH were not available, cumbersome at-line sampling was 
used. The combination with non-invasive oxygen sensors in shake flasks 
provides new insights into metabolic activity and changes in metabolic 
pathways.


technical Specifications
>* provided pH sensors are used without further handling in physiological 
solutions
** equilibrated sensor kept in well stirred solution at + 37 °C
Measurement range  5.5 - 8.5 pH
Resolution  at pH = 7: ± 0.01 pH
Accuracy  at pH = 7: ± 0.05 sensor spot calibration
at pH = 7: ± 0.10 sensor batch calibration
Drift  at pH = 7: < 0.005 pH per day (sampling interval of 1 min.)
Measurement temperature range  from + 5 to + 50 °C
Response time (t90)**  < 120 sec.
Properties*
Compatibility:  Aqueous solutions, ethanol (max. 10 % v/v), methanol 
(max. 10 % v/v), pH 2 - 10
Cross-sensitivty: Reduced to ionic strength (salinity); a high 
concentration of small fluorescent molecules in the visible range can 
>interfere
Cleaning procedure:  pH spots are delivered either beta-irradiated or 
untreated, a second irradiation or ethylene oxide treatment is >not 
recommended
Calibration  pH spots are pre-calibrated; re-calibration is possible
Storage stability: 18 months provided the sensor is stored in the dark

und weiters:

>Zum selbst-Experimentieren ist der Indikator-Ansatz wohl am einfachsten geeignet. 
Alles andere zieht erst mal deutliche Kosten nach >sich.

>(https://www.presens.de/knowledge/basics/detail/measurement-principle-of-chemical-optical-sensors-901)

Measurement Principle of Chemical Optical Sensors
The Smart Measurement Method
A fluorescent indicator dye - sensitive to the respective analyte - is 
embedded in a polymer matrix, which can be coated on diferent supports, 
allowing for most different sensor designs.
Watch a short animated video on how our optical sensor spots and 
non-invasive measurement through transparent vessel walls work!

mit

Optical Oxygen Sensors
>The light from an LED excites the optical oxygen sensor to emit fluorescence. If 
the sensor encounters an oxygen molecule, the excess energy is transferred to this 
molecule in a non-radiative transfer, decreasing or quenching the fluorescence 
signal. The degree of quenching correlates to the oxygen partial pressure of the 
analyte in the matrix, which is in dynamic equilibrium with the oxygen in the 
sample. The decay time measurement is internally referenced.

>Schematic illustration of optical pH and CO2 sensor measurement principle
Optical pH and Carbon Dioxide Sensors
For our optical pH and CO2 sensors a patented Dual Lifetime Referenced 
(DLR) method is used, which enable internally referenced measurements. A 
combination of different fluorescent dyes detects intensity changes in 
the time domain. The luminescence lifetime measured is a superposition 
of the signals of an analyte sensitive indicator and an inert reference 
indicator, where both indicators exhibit very different luminescence 
lifetimes and the luminescence of the analyte sensitive indicator can be 
supressed by the analyte. It is essential for the pre-calibrated 
measurements and the easy parallelisation of measurements through the 
identical calibration of large numbers of sensors.



Wie gesagt - seh interessante Ideen - die alle spannend sind - und nun 
hab ich mehrere Ansätze - das umzusetzen.
Die Idee mit der Mehrfachmessung unter wirklich farbigem Licht,
also z.B. nacheinander schmalbandige LED rt, ge, gn, uv ... die klingt 
echt auch sehr interessant

[Hp M. (nachtmix)]

Martin K. schrieb:
> ich will zu Demonstrationszwecken den pH Wert bestimmen in den
> Getränken - Wasser, Kaffee, Mineralwasser, Tee.

Also alles nahezu neutrale Lebensmittel.
In diesem ungefährlichen Bereich dürften Rollmöpse und Zitronen noch am 
sauersten sein, und Kernseife am alkalischsten.
Rohrreiniger (stark alkalisch) und Klosettreiniger (stark sauer) an den 
Enden der pH-Skala gehören nicht zu deinem Programm?

Warum nimmst du dann nicht, wie der Rest der Menschheit es macht, eine 
Einstabmesskette und einen Elektrometerverstärker?
https://de.wikipedia.org/wiki/PH-Einstabmesskette
So teuer wie dereinst sind die heute auch nicht mehr.
Ein elektronisches Thermometer gehört auch  dazu, denn die pH-abhängige 
Spannung (ca. 59mV/pH) ist in definierter Weise temperaturabhängig.
https://de.wikipedia.org/wiki/Nernst-Gleichung
Weisst du, wie die entsprechenden Zusammenhänge von Indikatorfarbstoffen 
sind???

> Am liebten wäre mir, wenn ich das nicht kalibrieren muss - vor jeder
> Messung. M.a.W. ich suche ein einfaches u. robustes Verfahren - in
> Verbindung mit dem Einsatz von Raspi, Arduino oder ESP32

Man muss die Glaselektroden nicht vor jeder Messung neu kalibrieren, 
aber hin und wieder schon. Besonders wenn man Grund zu der Annahme hat, 
dass man sie beschädigt hat.
Das macht man recht bequem mit Pufferlösungen, die man kaufen kann, 
oder, da die Rezepturen genau beschrieben sind, auch selbst herstellen 
kann.

Ohne Kalibrierung funktioniert eigentlich nur die NHE, denn das ist 
der Standard.
Allerdings ist der Aufbau, ein platiniertes Platinblech, das von 
Wasserstoffgas umspült wird, nebst genauer Messung von Temperatur und 
Luftdruck recht anspruchsvoll.
Pufferlösungen sind viel einfacher in der Anwendung und für die Praxis 
genau genug.

[Martin K. (dilbert_man)]

Hallo u. guten Tag,

danke Wolfgang,


Wolfgang schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Mir zeigt es eindeutig die Qualität von LED-Licht, da scheitere ich am
>> Farbvergleich und muß mir Tageslicht suchen.
>
> Du musst nicht die Farben vergleichen, da die Farben Mischfarben sind.
> Die Farbänderung bei Indikatorpapier beruhen auf wenigen Substanzen mit
> Farbumschlag um meist einen Umschlagpunkte. Für die Auswertung braucht
> man je Substanz im wesentlichen die Reflektivität bei den für die beide
> Molekülzustände charakteristischen Wellenlängen. Bei weißen LEDs als
> Beleuchtung ist das Spektrum voll abgedeckt, d.h. nur der Empfänger muss
> ausreichend schmalbandig messen und dann ist es nur ein bisschen
> Rechnerei für die Komponentenanalyse um aus dem Reflektionsverhältnis
> bei den beiden Wellenlängen den Indikatorgleichgewichtszustand und damit
> den pH auszurechnen.
>
> Bekannte Stoffe mit pH-Umschlag sind z.B. diese
> https://www.ch.ic.ac.uk/vchemlib/course/indi/indicator.html

also, es ist ja bei der pH-Messung so, dass man leider immer wieder 
erfahren muss, dass es chemische Reaktionen gibt, welche bei bestimmten 
pH-Werten stattfinden und charakteristische optische Effekte zeigen. 
Also ich denke, ein kostengünstiges Verfahren ist ja dann hier klar das 
Universal-Indikatorpapier, dem eine Farbskala beiliegt.

Und weil das hier in diesem Thread öfter besprochen wurde - greife ich 
das halt nochmals auf:  Es gibt zum Beispiel für eine ganze Reihe von 
beliebten Mikrokontroller (z. B. Arduino UNO R3) und SoC-Plattformen (z. 
B. Cubietruck) ja auch Module zur Farberkennung: Und jetzt kommts:

Denn das wäre, Wolfgang ja genau das was du auch sagst:  Wenn man das so 
macht - also so an setzt dann könnte man hier optisch auswerten. Ja - 
das wär halt auch wieder was für den Spieltrieb:;)

Die Aufgabe bestünde dann darin, die zum Indikatorpapier mitgelieferte 
Referenz-Farbskala halt dann optisch (!!!!) zu erfassen und auf 
zweckmäßige Weise abzuspeichern, damit sie programmtechnisch 
bereitsteht.

Also - m.a.W; ich werte die Farbe des Indikatorpapiers aus. Das ist der 
Punkt hier!

Es ist so gedacht: Das Indikatorpapier wird zu allererst (also am 
Beginn) mit der Probe befeuchtet (Schritt Null sozusagen) und dann mit 
dem optischen Sensor analysiert. Und hier schließt das dann an das von 
Euch gesagte an - dass ich das Indikatorpapier optoelektronisch 
auswerte. Das ist der Kniff bei diesem Ansatz.

Dann kann dieses Signal weiter verarbeitet werden - etwa so: Der 
bestimmte Wert kann anhand der Referenz geschätzt und als Zahlenwert auf 
einem Display dargestellt werden.

Die Auswertung - also die Darstellung auf dem Display: Zur Darstellung 
genügt eines der handelsüblichen zweizeiligen LCD-Module. Die 
Kalibrierung übernimmt in diesem Fall der Hersteller des 
Indikatorpapiers


Wie findet ihr diesen Ansatz!? Ich denke dass ich hier mich um die 
optoelektronische Abteilung kümmern muss: m.a. W. zum Beispiel wenn ich 
etwas aus der ganzen Reihe von beliebten Mikrokontroller (z. B. Arduino 
UNO R3) und SoC-Plattformen (z. B. Cubietruck) nehme - es gibt ja hier 
auch direkt sogar schon Module zur Farberkennung:

Ich muss mich hier mal näher umgucken

[Wolle G. (wolleg)]

Martin K. schrieb:
> dass ich das Indikatorpapier optoelektronisch
> auswerte. Das ist der Kniff bei diesem Ansatz.

> Die Kalibrierung übernimmt in diesem Fall der Hersteller des
> Indikatorpapiers...

> Wie findet ihr diesen Ansatz!
Nicht gut. Es ist ein Schätzverfahren.

Es gibt ausgereifte Vefahren mittels PH-Elektroden.

[Manfred (Gast)]

Wolle G. schrieb:
>> Wie findet ihr diesen Ansatz!
> Nicht gut. Es ist ein Schätzverfahren.

In Beitrag "Re: Sensoren für PH-Messung (Wasser, Kaffee, u.s.w): DFRobot pH vs. EZO TM class embedded pH circuit" hatte ich 
Indikatorpapier mit 4 Farbfeldern gezeigt, was ich inzwischen hier habe. 
Wenn man optisch spielen will, sollte man damit eher zum Ziel kommen als 
mit den einfarbigen Streifen.

[Martin K. (dilbert_man)]

hallo und guten Abend
vielen Dank fuer  die wertvollen Rueckmeldungen,

das ist alles sehr hilfreich

viele Grüße

[Martin K. (dilbert_man)]

Vielen Dank für Eure tollen und wertvollen Beiträge

also ich denk mal dass ich

1. Um's Kalibrieren wohl nicht herum kommen werde! Und zwar nicht nur 
vor der ersten Messung, sondern ich denke mal eben regelmäßig. Zu dem 
ganzen Prozedere wird wohl auch destiliertes Wasser auch notwendig sein, 
um den Sensor nach einer Messung zu "spülen".

2. ggf solltei ich einfach einen fertigen Bausatz von DFRobot holen


Danke für Euren vielen Tipps u. Erörterungen bzgl. der Umsetzung.  Also 
ich denk ein fertiges Gerät bringt mich um den "Spieltrieb" - ich will 
das nicht fertig kaufen sondern eben mit Arduino aufbauen - man kanns 
wohl mit nem UNO aufbauen

oder man kanns ggf auch mit nem ESP 8266 oder 32 machen denk ich mal.
https://community.dfrobot.com/makelog-308047.html

Euch allen nochmals vielen vielen Dank für Eure Beträge