Sensoren für DIY Gaschromatograph

[mgritsch]

ich hab selbst schon einen einfachen Gaschromatographen gebaut, daher das besondere Interesse .

Selbstbau-Gaschromatograph mit Wärmeleitfähigkeits- und MOX-Gassensor.

Da ich mich zuletzt etwas ausgiebiger damit befasst hatte: der Sensor den du benutzt hast ist zwar recht verbreitet aber vielleicht nicht ganz optimal. Ich habe einen Sensirion SGP40 benutzt ( https://amzn.eu/d/exMwphp ) und wenn man sich eingehend damit befasst denke ich der hat viel Potenzial. Vor allem ist er sehr klein und benötigt keine lange Vorheiz-Zeit. Bei passender Auswertung der Rohdaten (im Prinzip ein Widerstand) sollte der auch gut linearisierbar und somit quantitativ nutzbar sein. Zumindest bei der Raumluft-Überwachung ist er auch sehr empfindlich, bemerkt jeden Pups

[MarbsLab]

Da ich mich zuletzt etwas ausgiebiger damit befasst hatte: der Sensor den du benutzt hast ist zwar recht verbreitet aber vielleicht nicht ganz optimal. Ich habe einen Sensirion SGP40 benutzt ( https://amzn.eu/d/exMwphp ) und wenn man sich eingehend damit befasst denke ich der hat viel Potenzial.

Müsste man testen. Und ein Gehäuse mit zwei Schlauchnippeln 3-D drucken, das man über den Sensor stülpt und mit der Platine verklebt.
Apropos: Ich habe vor Kurzem beim Aufräumen das Buch "Laborbücher Chemie - Gaschromatographie" von Adalbert Wollrab, Ausgabe 1982, wieder gefunden. Darin wird auch der Eigenbau eines Flammenionisationsdetektors (Wasserstoff) mit Transistorverstärker ( ) beschrieben. Überhaupt ein gutes Buch für denjenigen, der sich mit dem Selbstbau von Gaschromatographen beschäftigt.

[mgritsch]

Müsste man testen.

Physikalisch liefert der ein Signal nach dem Gesetz: R=A⋅C^−α
mit C = Konzentration; A und alpha sind Sensor- bzw stoffspezifisch, also eine universelle Kalibration gibt es nicht aber auf gewisse Referenzen kann man mit einer Zweipunkt-Kalibration schon ganz brauchbar arbeiten. Stabilität, responsiveness usw sind absolut OK.
Für einfache Raumluft-Überwachung kann man auch einfach nur die prozentuelle Änderung von R (mit einem Gain-Faktor verstärkt) als willkürlichen Index gegen einen "Basiszustand" nutzen, so sind kommerzielle Produkte die damit arbeiten konzipiert.
ich hab ihn irgendwie lieb gewonnen

[MarbsLab]

ich hab ihn irgendwie lieb gewonnen

Erinnert mich daran, endlich mit meinem GC V2 weiterzumachen. Schau mal, was ich da schon habe:

Mehr Infos zum Gassensor-Array: https://wiki.seeedstudio.com/Grove-Mult ... as_Sensor/

PS: Können wir das Ganze in einen anderen Thread verschieben?

[mgritsch]

Mehr Infos zum Gassensor-Array: https://wiki.seeedstudio.com/Grove-Mult ... as_Sensor/

Ja den hab ich mir auch schon mal angeschaut.
Die Vielseitigkeit ist einerseits gut und sicher kann man aus der Kombination Red + Ox + NH3 einiges machen, aber diese Art von Sensoren sind halt chronisch unspezifisch - und das sieht man in den Kennlinien gut. Dass der NH3-Sensor eine ausgeprägte Querempfindlichkeit auf Ethanol hat, dass der OX auf NO eine umgekehrte Empfindlichkeit ggü NO2 hat, dass so ungefähr alles den RED sensor triggert und der große Unterschied zwischen Ethanol oder CO vs Alkanen.. Sind halt leider keine ISE Da muss man sich sehr genau überlegen was man da eigentlich misst wenn sich was tut. Was wäre dein Anwendungsfall?

Für die CO2 Messung hab ich auf einen Sensirion SCD30 gesetzt, der misst echtes CO2 über IR absorption statt nur MOX und Modell-Näherung.

PS: Können wir das Ganze in einen anderen Thread verschieben?

Mit größtem Vergnügen

[MarbsLab]

IR absorption statt nur MOX und Modell-Näherung.

Ja, leidiges Thema. Vielleicht wage ich mich doch an den Flammenionisationssensor.

[mgritsch]

Ja, leidiges Thema. Vielleicht wage ich mich doch an den Flammenionisationssensor.

muss nicht leidig sein, man muss nur wissen wie man es zu interpretieren hat.
Auch ein FID reagiert nicht linear auf alle Stoffe gleich, damit wirst du dem Problem nicht entkommen. Im Prinzip kann man schon happy sein wenn ein Sensor überhaupt nach Gesetzmäßigkeit auf einen Stoff reagiert (und somit je Peak die Aussage "doppelte Fläche = doppelte Menge hinkommt). Bei der GC muss man für Quantifizierung ohnehin die Peakflächen kalibrieren, und dass ein Peak doppelt so hoch ist wie ein anderer bedeutet nicht dass doppelt so viel drin ist, macht aber nichts. Wenigstens sind sie (hoffentlich) getrennt

[MarbsLab]

Hier gibt es eine Übersicht von Sensoren, die bei der GC eingesetzt werden: https://chemistryinterview.wordpress.co ... tor-in-gc/
Nachbauen könnte man im Prinzip jeden dieser Detektoren. Bei Verwendung der üblichen Gassensoren wäre ein Array schon sinnvoll, um ein künstliches neurales Netz zu trainieren. Dazu bräuchte man aber sehr viele Daten. Hier gibt es einen sehr interessanten Blog dazu: https://blog.benjamin-cabe.com/2021/08/ ... icial-nose
Verwendet wird genau dasselbe Gassensor-Array, wie ich es verwende.

[mgritsch]

Bei Verwendung der üblichen Gassensoren wäre ein Array schon sinnvoll, um ein künstliches neurales Netz zu trainieren. Dazu bräuchte man aber sehr viele Daten. Hier gibt es einen sehr interessanten Blog dazu: https://blog.benjamin-cabe.com/2021/08/ ... icial-nose
Verwendet wird genau dasselbe Gassensor-Array, wie ich es verwende.

die Frage ist was dein Ziel ist. Die "künstliche Nase" die zwischen Kaffee und Biergeruch (oder was weiß ich und vielleicht noch ein paar anderen) unterscheiden kann ist ein hübsches Experiment und eine klassische Anwendung für ML, Training ist auch hinreichend einfach zu realisieren. Spannend wird es wenn man sie mal in ein Gasthaus setzt und sagt "was findest du alles in der Luft?" Wenn er dir dann verraten kann was der Nachbartisch geordert hat - gratuliere Bei nur 4 Inputs aus 4 Sensoren kann es halt sein dass das Neuronale Netz eher bescheidene Größe hat und damit Komplexität verarbeiten kann.

Für eine GC ist das alles vermutlich wenig relevant da Peaks ohnehin separat kommen und es völlig hoffnungslos wäre für die Identifikation unbekannter Stoffe eine Bibliothek / Neuronales Netz aufzubauen. Bekannte Stoffe kannst du ohnehin über die Retentionszeit zuordnen - da wäre allenfalls der "Gegencheck" ob der 4-Sensor-Fingerprint mit dem zusammenpasst was du bei der Retentionszeit erwartest oder ob etwas neues / ein nicht aufgelöster Peak daher kommt. Sowas ist vielleicht auch ohne großes Training zu schaffen...
Fraglich ist auch, ob die Kombination mehrerer Sensoren das Quantifizierungsproblem besser in den Griff bekommt als ein einzelner, sowohl pro Stoff (dynamischer Bereich) als auch zwischen verschiedenen Stoffen (unterschiedliche Empfindlichkeit).

[MarbsLab]

Bei nur 4 Inputs aus 4 Sensoren kann es halt sein dass das Neuronale Netz eher bescheidene Größe hat und damit Komplexität verarbeiten kann.

Die Komplexität eines KNN hängt weniger vom input layer ab als von der Vernetzung und Anzahl der hidden layers, will heißen, auch mit nur vier inputs kann so ein KNN sehr komplex werden. Aber das mal dahingestellt: Wie sehen deine Ideen aus? Interpretiere ich das richtig, dass du einen NIR-Sensor verwenden willst? Müsste man da aber nicht mit verschiedenen Wellenlängen arbeiten?
Mein Ziel geht schon mehr in die Richtung einer künstlichen Nase (electronic nose).

[mgritsch]

Wie sehen deine Ideen aus? Interpretiere ich das richtig, dass du einen NIR-Sensor verwenden willst? Müsste man da aber nicht mit verschiedenen Wellenlängen arbeiten?

Meine Ideen - für was?
Wenn das Thema „GC Detektor“ ist, dann würde ich zwei Wege verfolgen: a) Nutzung eines möglichst einfachen Sensors (a la SGP40) und mal experimentieren was seine Grenzen und Nutzbarkeit betrifft und ob/wie man evtl durch Intelligenz in der Signalverarbeitung das Maximum rausholen kann b) Nachbauen eines FID, denn das ist sicher eines der besten und flexibelsten Systeme und dennoch relativ unkompliziert. Nur mit den Halogenen hat der seine Not…

IR - klingt auch nicht schlecht, das Problem mit den Wellenlängen könnte man durch breites Fenster angehen (zB 1000 - 3000 cm^-1) um sicher immer irgend etwas zu erwischen, aber ob das quantitativ taugt? Besonders empfindlich wird das auch nicht, es sei denn du schaffst einen sehr langen optischen Pfad (einige cm langes Glasrohr) als Küvette, was aber wohl die zeitliche Auflösung negativ beeinflusst…

Aber da GC derzeit nicht auf meiner Projektliste steht sind das eher theoretische Überlegungen

Mein Ziel geht schon mehr in die Richtung einer künstlichen Nase (electronic nose).

Ja ich weiß, da bist du schon eine Zeit lang dran. Aber wie passt die Nase zum Thema GC? Für mich eher nicht…

[MarbsLab]

Nachbauen eines FID, denn das ist sicher eines der besten und flexibelsten Systeme und dennoch relativ unkompliziert.

Das sehe ich auch so. Das erwähnte Buch schlägt folgenden Aufbau vor:

Der Transistorverstärker besteht lediglich aus zwei NPN-Transistoren in einer Darlington-Schaltung.
Wasserstoff kann man beispielsweise hier kaufen, allerdings nicht gerade günstig: https://gase-kaufen.de/gasflaschen/346- ... 43874.html
Dazu kommen noch die entsprechenden Armaturen.

Was Gassensoren betrifft, so schlägt das MiCS Application Note 2 folgende Anordnung vor:

AN2-–-Frequently-Asked-Questions-for-MiCS-Gas-Sensors - 2.png (61.44 KiB) 290 mal betrachtet

Als Teflon-Membran kann man PTFE-Filter verwenden, die bei Amazon & Co. erhältlich sind.

Meine Ideen - für was?

Brainstorming?

[mgritsch]

Der Transistorverstärker besteht lediglich aus zwei NPN-Transistoren in einer Darlington-Schaltung.

das hast du aber nicht allein aus der tollen Darstellung der Rückseite des Transistorverstärkers abgeleitet, oder?

Was Gassensoren betrifft, so schlägt das MiCS Application Note 2 folgende Anordnung vor

ich denke die Probleme mit "altering temperature" sind vor allem bei wechselhafter Anströmung relevant. Wenn du in deinem GC einen völlig stabilen Gasstrom hast ist alles im Gleichgewicht. Eine Extra Membran mit ihrer Diffusionsbarriere gibt nur störende Verzögerungen in der Response time / Empfindlichkeit bis hin zu Memory Effekten, würde ich eher weglassen.

Brainstorming?

ja ne, der Teil war klar. Aber zu welchem Thema? GC Detektor oder Nase? Lösungen mit Sensoren oder ganz offen...? usw...

[MarbsLab]

das hast du aber nicht allein aus der tollen Darstellung der Rückseite des Transistorverstärkers abgeleitet, oder?

Nö, auf der nächsten Seite ist der Schaltplan zu finden .

Eine Extra Membran mit ihrer Diffusionsbarriere gibt nur störende Verzögerungen in der Response time / Empfindlichkeit bis hin zu Memory Effekten, würde ich eher weglassen.

Die Bedenken habe ich auch. Noch dazu: Wenn man mit einem Säulenofen arbeitet, sollte das Gas immer gleichtemperiert sein. Die Volumenströme sind zudem so gering, dass hier kaum nennenswerter Wärmetransport stattfinden wird, der die Heizung des Sensors beeinflusst.

ja ne, der Teil war klar. Aber zu welchem Thema?

Wie es der Titel schon sagt: Sensoren für DIY-Gaschromatograph. Die Nase fällt eher in mein privates Forschungsgebiet .

[schlemmiloom]

Von Euch kann so manch einer was dazu lernen.
Dass du als vielbeschäftigter Mann überhaupt noch Zeit für private Forschungsprojekte hast, Markus, ist schon beachtlich.
Muss am guten Zeitmanagement liegen.