Überblick

Das CitizenSensor-Messgerät ist ein mobiles "Minilabor", mit der sich die Nitratkonzentration einer Bodenprobe mittels elektrochemischer Analyse bestimmen lässt. Bislang findet man elektrochemische Messmethoden nur in gut ausgestatteten Fachlaboren. Die Idee hinter dem CitizenSensor: dieses komplexe Verfahren auch für Laien ohne Fachwissen und aufwändiges Equipment zugänglich zu machen. Der CitizenSensor arbeitet nur mit Chemikalien, die auch im Einzelhandel erhältlich sind. Dank integrierter Schritt-für Schritt-Anleitung ist kein Vorwissen erforderlich, um eine Messung vorzubereiten und durchzuführen. Zudem ist das Gerät ist kompakt, leicht und robust gebaut – damit ist es für die Vor-Ort-Messung prädestiniert. Aktuell gibt es drei funktionsfähiger Demonstratoren des Geräts.

Zum Nachbauen

Für alle, die Technik spannender finden als Gemüse: Hier gibt es die komplette Bauanleitung zum eigenen Nachbau:

Zu GitHub

Funktionsprinzip

Das CitizenSensor-Messgerät nutzt eine Spannungsmessung (sog. potentiometrische Messung), um den Nitratgehalt einer wässrigen Lösung zu bestimmen.

In den Messfühler sind zwei verschiedene Elektroden integriert: Der eigentliche Nitratsensor, eine Elektrode, die mit einer ionenselektiven Membran beschichtet ist sowie eine Referenzelektrode.

 

 

 

 

Zur Detektion und Messung unterschiedlicher Nitratkonzentrationen verwenden wir eine ionenselektive Membran für Nitrat (NO3). Für die Messung taucht man die Elektrode, die mit dieser ionenselektiven Membran beschichtet ist, zusammen mit der Ag/AgCl-Referenzelektrode in eine Lösung ein. Je nach Nitratkonzentration wird dadurch ein elektrisches Potential am Nitratsensor erzeugt. Die Detektionsgrenze liegt derzeit bei etwa 4 mg NO3/l bzw. 0.4 g N/m²

 

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Bedienung

Gleich vorweg: Sie brauchen kein Fachwissen, um das CitizenSensor-Messgerät zu bedienen! Sämtliche Arbeitsschritte werden in der integrierten Benutzerführung genau und leicht verständlich erklärt. Im Gegensatz zu handelsüblichen Messkits beschränkt sich die Anleitung dabei nicht auf die Messung selbst, sondern beginnt dort, wo üblicherweise die größten Fehlerquellen lauern: Bei der korrekten Probennahme und -aufbereitung. Nach Abschluss der Messung erhalten Sie einen digitalen Messwert, den Sie für einen langfristigen Überblick dokumentieren können.

 

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Die detaillierte Bedienungsanleitung finden Sie hier in GitHub.

 

Gut zu wissen: Anhand der Empfehlung der Bayerischen Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau (Broschüre zum Download) können Sie kontrollieren, ob eine Düngung sinnvoll ist oder nicht.

Wie läuft die Messung ab?

01

Probennahme und -aufbereitung

Als ersten Schritt entnehmen Sie gemäß der Anleitung eine Erdprobe aus Ihrem Beet und stellen daraus eine wässrige Lösung her.

 

02

Herstellen der Kalibrierlösung

Um den zu Sensor kalibrieren, stellen Sie anhand der Anleitung auf dem Display eine Kalibrierlösung aus Kaliumnitrat (im Einzelhandel erhältlich als Düngemittel) her.

03

Messung

Für die Messung tauchen sie den Messfühler mit beiden Elektroden in die wässrige Probenlösung ein und warten, bis sich die Messkurve auf dem Display stabilisiert hat.

Technologie

Die Messelektronik des CitizenSensor-Demonstrators basiert auf dem Raspberry Pi.

 

Um den Einplatinencomputer in ein Messgerät zu verwandeln, haben wir ein Aufsteckmodul („HAT“) designt, das mit seiner Firmware die Signale chemischer Sensoren aufnehmen kann. Herzstück dieses Raspberry Pi-HATs ist ein Meter-on-a-chip Mikrocontroller mit hochauflösendem 16-bit Analog-Digital-Converter (ADC). Dank unseres selbst entwickelten Elektrometerverstärker mit Ladungspumpe lassen sich auch hochohmige Spannungssignale von pH- und ionenselektiven Elektroden aufnehmen. Weitere zentrale Elemente für die chemische Analytik sind ein am Raspberry Pi angeschlossenes digitales Wägemodul sowie ein Magnetrührer. Damit ist die elektronische Basis für eine valide Analytik vorhanden. Mehr Infos und detaillierte Baupläne finden sich im GitHub.

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