N.B. Het kan zijn dat elementen ontbreken aan deze printversie.
Alledaagse wetenschap Wekelijks stuit Karel Knip in de alledaagse werkelijkheid op raadsels en onbegrijpelijke verschijnselen.
Deze week: een gassensor solderen.
Relatiegeschenken, je kan er niet genoeg van krijgen. Dezer keer bracht de post een Luftqualitätsmessgerät om thuis zelf in elkaar te solderen. ‘Greifen Sie zum Lödkolben!’ Als alles ging zoals bedoeld zou je na afloop kunnen vaststellen of je wel of niet in bedorven lucht leefde. Wie wil dat niet?
Het geschenk in kwestie bleek een mooi verzorgd educatief bouwpakket van het Duitse Franzis Verlag GmbH in Haar dat bij München ligt. In de doos zat een tweede doos die later als kastje moest dienen. Verder waren er een lijvige handleiding en plastic zakjes met heel aantrekkelijk kleingoed: een printplaatje, wat losse elektronische componenten zoals weerstanden en een condensator, twee kleine potentiometers (variabele weerstanden die Duitsers ‘potis’ noemen), drie led-lampjes in drie kleuren, een chip met acht pootjes en ten slotte de stevige gassensor MQ-135 die het zware werk moest doen en daarom veiligheidshalve door roestvast gaas werd afgeschermd. Ook was er nog een kabel met usb-stekker. Alles moest aan de printplaat worden vastgesoldeerd.
Dus op zoek naar een soldeerbout. Wie schetst de verbazing toen bleek dat er wel drie bouten in de kast lagen. Kennelijk was de afgelopen vijftig jaar herhaaldelijk gedacht dat er weldra iets te solderen zou zijn en dat het zaak was de benodigde hulpmiddelen in huis te halen. Nu was het zover. Ook aan soldeerdraad bleek geen gebrek, al duurde het even voordat in het aanbod de harskernsoldeer was gevonden. Het gewone soldeer wilde niet goed uitvloeien.
De geur van de weldra rijkelijk rokende hars, het colofonium waar zoveel mensen beroerd van worden, bracht lang vervlogen herinneringen terug. Zoals die aan Philips’ tropenontvanger BX 496A, geschikt voor netspanningen tussen 110 en 220 volt en nog voorzien van alle denkbare korte golven, inclusief de visserijband. Destijds was over de grote afstemcondensator een kleine variabele condensator gemonteerd om de afstemming te verfijnen en dat had prachtig gewerkt. Minder goed was het gegaan met dat andere radiotoestel waarin een versleten potentiometer zó was vervangen dat je de aan-uitknop voortaan naar rechts moest draaien om het geluid zachter te krijgen. Het uitschakelen van dit toestel was een kwelling.
Een zeldzaamheid
De uitvoerige, maar prijzenswaardig heldere Franzis-handleiding dicteerde de volgorde van werken en liet nergens onduidelijkheid bestaan – een zeldzaamheid in deze tijd van haastig in elkaar geflanste computerinstructies. Het griezeligst was nog het vastzetten van de ‘microchip’, het geïntegreerde circuit LM358AN. De pootjes daarvan zaten zo dicht bij elkaar dat je ze zomaar aan elkaar zou solderen als het lood even te makkelijk vloeide. En je hoopte maar dat het gevalletje warmtebestendig was, vroeger kregen transistors een koelvin mee om ze tegen oververhitting te beschermen.
Het ging allemaal goed. Met een speciaal boutje kon het geheel worden vastgezet in het kartonnen kastje met zijn uitsparingen voor de led-lampjes en de gassensor. Het voelde alsof je de Philips Pionier-kristalontvanger weer in zijn doos stopte, maar die gebruikte geen stroom. De Franzis-meter moest met zijn usb-kabel worden aangesloten op het oplaadapparaat van de mobiel. Dat levert waarschijnlijk 5 volt gelijkspanning.
Al direct gaven de oranje en rode led aan dat de lucht niet deugde, maar dat had niets te betekenen, zei de handleiding. Het apparaat moest nog worden afgesteld. Nadat het een minuut of tien had kunnen opwarmen moest je één van de twee potis met een schroevendraaiertje behoedzaam zo bijdraaien dat de groene led nét branden ging. Pas dan zou de luchtkwaliteitsmeter gebruiksgereed zijn.
Azijnzuur en ammoniak
En zo was het ook. Met één ademstoot blies je de meter weer in het rood. Een paar seconden later zakte hij dan terug naar groen. Net zo ging het met de meeste gassen en dampen die met behulp van een wc-papiertje ter beoordeling werden aangeboden: alcohol (70 procent), wasbenzine, terpentine, aceton en ether. Campinggas (propaan en butaan) hield de meter opvallend lang rood. Alleen azijnzuur en ammoniak hadden geen effect.
Wat dat nu is in mondlucht waarop de meter zo heftig reageert maakt de handleiding niet bekend. Een proefje met bakpoeder (bicarbonaat) waaraan wat azijnzuur werd toegevoegd toonde aan dat de meter heel gevoelig is voor CO2. Maar een dampend glas warm water gaf ook rood licht. Het zal de combinatie zijn.
Hoe doet de gassensor wat hij doet? Dat werd duidelijk toen bij Google de code MQ-135 werd ingetikt. De sensor behoort tot de ‘chemiresistors’, materialen die, zoals Wikipedia het formuleert, hun elektrische weerstand aanpassen aan veranderingen in de nabije chemische omgeving. Bij de MQ gaat het om de halfgeleider tindioxide (SnO2) die als dunne laag is aangebracht op een keramische drager die op zijn beurt elektrisch wordt verwarmd om het SnO2 aan de juiste reactie te helpen. Raken er oxideerbare gassen zoals vluchtige organische oplosmiddelen in de nabijheid van het tinoxide dan daalt daarvan de weerstand. De chip met code LM358AN (die ook valt in te tikken) detecteert en versterkt de verandering.
De literatuur laat zien dat er veel onderzoek wordt gedaan aan ‘chemiresistive’ sensoren en dat daarvan veel verwacht wordt, ook voor bijvoorbeeld diagnostische ademanalyse aan mensen met diabetes, COPD of astma. Of de Franzis-meter in huiselijke sfeer praktisch nut heeft moet nog blijken. De overheid heeft de toepassing van organische oplosmiddelen in het project KWS2000 zo sterk ontmoedigd dat zelfs schoensmeer tegenwoordig ‘watergedragen’ is. Misschien dat de leds in het rood springen als de huisgenoot straks weer al haar twintig nagels met aceton schoonpoetst. Of als zij de jurken en mantels die ze net van de ‘stomerij’ haalde in de buurt van de meter ophangt. De kleding kan nog dagenlang ‘per’ afgeven: tetrachlooretheen. We wachten af.