Fotometrie


Ähnlich wie die Gaschromatographie wird die Fotometrie an vielen Schulen sehr stiefmütterlich behandelt. Dabei ist sie eine recht klare und einfache Methode.

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Das Prinzip der Fotometer ist immer das Gleiche: Eine Lichtquelle (Birne) sendet Lichtstahlen aus. Diese fallen durch den Monochromator (Farbfilter, Gitter oder Prisma). Die nun „einfarbigen“ Strahlen fallen durch die Küvette mit der Probenlösung auf einen Fotoempfänger und werden dort in der Strahlungsmenge proportionale elektrische Größen umgewandelt. Diese werden verstärkt und zur Anzeige gebracht.

Strahlungsquelle (Monochromator)


Als alternative Lichtquellen sind Leuchtdioden (LED) einsetzbar. Sie sind Lichtquelle und Monochromator zugleich. Man spart den Monochromator.

Detektor


Als Detektor dient meist ein Fotoelement. Der Aufbau ist identisch mit dem einer Leuchtdiode. Es hängt nur von der elektrischen Betriebsart ab, ob der Aufnehmer als Fotodiode oder Fotoelement arbeitet. Bei den verschiedenen elektrischen Betriebsarten werden unterschiedliche physikalische Erscheinungen genutzt. Fällt das Licht auf einen PN-Übergang einer Diode, so werden die Ladungsträger durch die Raumladungszone voneinander getrennt: Die Elektronen wandern in das N-Gebiet, die Löcher in das P-Gebiet ab. Dadurch entsteht eine elektrische Potentialdifferenz, die annähernd logarithmisch mit der Bestrahlungsstärke ansteigt.
Messung:
Wesentlich gemessen wird zweimal
1. Referenzmessung (Vergleichsmessung oder Messung des Leerwertes) ist die Strahlungsintensität einer Vergleichsprobe (gleiche Bedingungen: Lichtquelle, Probenbehälter, Lösungsmittel, Strahlungsempfänger). Dieser Wert wird willkürlich mimeist mit einer Taste als Strahlungsintensität 1 (bzw. Transmission = 100% gesetzt.
2. Wirkliche Messung: Sie erfolgt wie bei der Referenzmessung nur zusätzlich mit dem zu untersuchenden Stoff. Der Transmissionsgrad (bzw. die Transmission in %) gibt ein Verhältnis der Strahlunsintensitäten von Messung und Referenzmessung an.

Zusammenhang zwischen Konzentration und Transmission


Herstellen einer Verdünnungsreihe


Dazu wird aus einer Lösung bekannter Konzentration (Stammlösung) durch unterschiedliches Verdünnen mit dem Lösungsmittel eine Verdünnungsreihe hergestellt. Bei farblosen Lösungen gibt man ein Reagenz zur Farbentwicklung z.B. Saltzmann-Reagenz zur Nitrit-Bestimmung hinzu.
Dabei wird der Leerwert (Nullwert bei Extinktion bzw. 100%-Wert bei Transmission) mit dem reinen Lösungsmittel automatisch oder per Hand vorher eingestellt und die einzelnen Verdünnungen durchgemessen.

Trägt man nun die erhaltenen Transmissonswerte gegen die Konzentration auf erhält man folgenden Graphen:



Die Abhängigkeit ist alles andere als linear. Deshalb führt man einen neue Messgröße ein: Die Extinktion (Auslöschung) ist der negative (dekadische) Logarithmus des Transmissionsgrades T% geteilt durch 100. Trägt man die Extinktion gegen die Konzentration auf so erhält man folgenden Graphen:



Man erhält eine Gerade, die dem Gesetz von Lambert-Beer gehorcht .

E = e * c* d


  • e = der für die Lösung spezifische (molare) Extinktionskoeffizient (= Konstante; Einheit: z.B. L/(mol·cm)
  • c = Konzentration der Lösung (Einheit: mol/L)
  • d = ist die Schichtdicke der Küvette (meist d = 1cm)
    Die Steigung ergibt bei der Schichtdicke 1 direkt den Extinktionskoeffizienten. Soll die Konzentration einer Analysenlösung bestimmt werden, so braucht man aus dem E-c-Diagramm zum gemessenen E-Wert nur die entsprechende Konzentration abzulesen.

Arbeiten bei Tageslicht(schwankungen)


Normalerweise muss bei einer fotometrischen Messung der Lichtschacht gut abgedeckt werden. Dies ist beim AK LCFM04 nicht notwendig, weil es nach dem Chopper-Prinzip arbeitet, um das störende Tageslicht oder Kunstlicht mit seinen Schwankungen zu eliminieren. Takt 1: Die Leuchtdiode wird angeschaltet und der Fototransistor misst die Summe von durchgehendem Licht und Tageslicht. Takt 2: Die Leuchtdiode wird abgeschaltet und der Fototransistor misst nur noch das Tageslicht. Nun wird elektronisch das Signal (Tageslicht) vom ersten Signal (Messlicht + Tageslicht) abgezogen und es bleibt nur das Messsignal übrig. Die Taktfrequenz können Sie übrigens selbst beobachten.

Die Lösungen werden nicht mehr in die Blackbox "Fotometer", sondern das Fotometer in die Lösungen gestellt.

Es gibt Prozessoren, die natürlich auch Lichtschwankungen registrieren können. Wenn der Tauchvorsatz waagerecht eingespannt wird, kann man den Prozessor so programmieren, dass er einzelne Tropfen messen und zählen kann. Das Fotometer arbeitet nun als Volumenmessgerät, welches besonders beim Dosieren (Titrationen) eingesetzt werden kann.


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Beschreibung



Beschreibungen
im
PDF-Format
Hier stehen in erster Linie Anleitungen (für LowCost-Experimente) zum Ausdrucken und / oder Verteilen an die Schüler

Es finden sich auch Beschreibungen der theoretischen Grundlagen der Versuche

Hier sind auch die PC-Apps und ihre Anwendungen beschrieben.
Video



Video
vom AK-
Experiment
Hier findet ein Experimentiervideo aus der großen Sammlung des AK

Es soll zeigen, wie einfach das Experiment durchzuführen ist.
Aus diesem Grunde wurde besonders in der ersten Zeit wenig Wert auf die Qualität gelegt.

Die Experimente sollen durchgeführt und nicht als Videos gezeigt werden.
Beschreibung Selbstbau



Beschreibung
Selbstbau
im
PDF-Format
Hier stehen Anleitungen zur Herstellung einfacher Experimentiergeräte
(Es wird nur normales Werkzeug für Heimwerker benutzt.)

Der große Gewinn:
Man hat schon beim Bauen Freude und dann erst recht beim Experimentieren!

Geeignet für Projekttage!
Selbstbau Video


Videos
vom Selbstbau
Hier finden sich Videos, die man als Vorlage für den

Selbstbau von Experimentiergeräten

benutzen kann - oder die auch nur als Anregung dienen.
Fremd-Experiment-Video


Videos
von
Fremd-
experimenten
Hier finden sich weitere Experimentiervideos,
die aber nicht vom AK aufgenommen wurden.

Sie stammen vielmehr aus dem Internet - hauptsächlich aus Datenschutzgründen von YouTube.

Unterrichtsvideo


Videos
von und für Unterricht
Hier finden sich Videos des AK
für den Einsatz im Unterricht:

- Deutung von Versuchsergebnissen
- Visualisierungen auf Teilchenebene
- Animierte Sequenzen
- etc.

Unterrichtsvideo Fremd


externe
Videos
von und für Unterricht
Hier finden sich weitere Videos
für den Einsatz im Unterricht:

- Deutung von Versuchsergebnissen
- Visualisierungen auf Teilchenebene
- Animierte Sequenzen
- Rechenbeispiele
- etc.

von Youtube
Beschreibung AK Analytik


Beschreibungen
für
AK Analytik 11
und folgende
Hier findet man ausführliche Experimentieranleitungen
für das aktuelle Windows-Standard-Programm für Messungen, Aus- wertungen und Simulationen

AK Analytik 11

Diese Anleitung gilt im Prinzip auch für die Nachfolgeversionen.

Beschreibung Teacher's Helper


Beschreibungen für
Teachers Helper
Versuche und Apps
Der TH sendet über sein eigenes WLAN die Anwendersoftware, Mess- und Übungsdaten an den Lehrer und alle Schüler einer Klasse.

Es ist keinerlei App-Installation notwendig!

Alle iPads/Tablets können in der Chemie ohne Schulnetz miteinander kommunizieren.
Beschreibung MA (und TH)


Beschreibungen für MultiAdapter evtl. mit
Teachers Helper
Die MultiAdapter-Handmessgeräte mit Anzeige und eigenem WLAN sind besonders für Schülerübungen geeignet.

Sie senden Daten und Messprogramm an die iPads der Schüler

Die Auswertung kann dann per AK Analytik (Internet) oder einfach per Teacher's Helper erfolgen.
Beschreibung MA Analytik


Beschreibung für ältere MultiAdapter und dem Programm
AK Analytik
Die älteren MultiAdapter waren noch ohne Anzeige
und ohne eigenes WLAN.

Aus diesem Grunde mussten Sie durch eine geeignete Software ausgelesen werden.

Das war AK Analytik 11
Beschreibung AK 32


partielle
Beschreibungen
für
AK Analytik 32
Hier findet man nicht nur komplette Experimentieranleitungen
sondern auch Texte als Ergänzung des inzwischen in die Jahre gekommenen AK Analytik 32 für Windows

Diese konnten früher von dem Programm geladen und ausgegeben werden.

Beschreibung App (Internet)


Beschreibung
der AK App

im Internet
bzw. im Teacher's Helper

Unter 'www.kappenberg.com/aklabor' sind eine Vielzahl von Apps zu allen Bereichen der Chemie bzw. Schul-Chemie abgelegt.

Hier können Sie nachlesen, wie die jeweilige Apps bedient und optimal eingesetzt werden kann.
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Start
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Hier kann die jeweilige
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direkt aufgerufen werden.
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Aufgaben zu den
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Die Schüler können das Dokument auch zuHause bearbeiten und dann an den Lehrer per mail weitersenden.
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Aufruf bestimmter
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Hier kann die bestimmte Internet-Seite zu dem entsprechenden Thema direkt geöffnet werden.
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Trotz sorgfältiger Prüfung können wir nicht die Richtigkeit oder Vollständigkeit der gemachten Angaben garantieren.