Jungendliche am Experimentieren

Ausleihbare Hightech-Geräte

Worte ohne Erfahrung sind bedeutungslos. Man begreift nur, was man selbst machen kann, und man fasst nur, was man selbst hervorbringen kann, so schrieb es Goethe. Die gleiche Erkenntnis auch in anderen Kulturkreisen; Buddha wusste schon vor mehr als 2500 Jahren, dass die Grundlage zum kritischen Denken nur die eigenen Erfahrungen sein können. Skifahren lernt man nicht aus Büchern, sondern nur durch Versuchen und Scheitern. Genauso funktionieren die Wissenschaften. Man experimentiert und irrt zur richtigen Lösung. 

Experimentieren, entdecken, erfahren, erkennen

Und (Natur-)Wissenschaften fasst man nur, indem man Experimente macht, z. B. auf unseren Hightech-Geräten. Für wenig Geld kann man sie bei uns ausleihen. Für Maturarbeiten ist die Ausleihe sogar umsonst. Eure Ergebnisse und Entdeckungen könnt ihr in Form von Videos, Podcasts, Animiergrafiken, Comics oder was auch immer in unsere multimediale Laborjournale einfliessen lassen. Wir beraten euch gerne zu den Einsatzmöglichkeiten im Unterricht. Interessiert? Schaut, was andere zu Berzelius sagen.
 

Abgasmessgerät

Abgasmessgerät

Abgase entstehen meist als Nebenprodukte bei industriellen Feuerungen, Hochöfen und Verbrennungsmotoren. Das Abgasmessgerät erlaubt es, wichtige Bestandteile dieser Verbrennungsgase zu bestimmen und deren Konzentrationen mit denen der Umgebungsluft zu vergleichen. Die messbaren chemischen Parameter sind der Gehalt an Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Sauerstoff sowie derjenige der unverbrannten Kohlenwasserstoffe. Die Bestimmung der Kohlenstoffoxide (CO und CO₂) und der Kohlenwasserstoffe erfolgt durch einen Infrarotsensor. Sauerstoff wird dagegen elektrochemisch bestimmt.

Digitalmikroskop

Digitalmikroskop

Digitalmikroskope sind Mikroskope ohne Okulare. Eine Digitalkamera fungiert als Detektor. Bilder werden auf einem Monitor angezeigt. Digitalmikroskope werden zum Beispiel für Inspektion, Dokumentation und Analyse in der Fertigung, Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung, Fehleranalyse, Forschung und Entwicklung sowie in der Forensik eingesetzt. Auch wurden die Videos, bei denen wir in ein Smartphone-Display, in eine LED oder in bedrucktes Papier zoomten mit diesem Mikroskop aufgezeichnet.
 

Dichtemessgerät

Dichtemessgerät

Für die Dichtebestimmung können Sie ein Dichtemessgerät mit Biegeschwinger von Anton Paar ausleihen. Solche Geräte werden z.B. in der Getränkeindustrie zur Qualitätskontrolle eingesetzt. Die Probe wird in ein U-förmiges Rohr aus Borosilikatglas gefüllt, das elektronisch zur Schwingung in seiner Eigenfrequenz angeregt wird. Die Eigenfrequenz ändert sich je nach Dichte der Probe. Durch präzise Messung der Eigenfrequenz und eine passende Justierung kann die Dichte der Probe ermittelt werden.

DNA-Analytik-Kit

DNA-Analytik

Dieses Kit enthält die Grundausstattung zur Durchführung von genetischen Analysen. Während die PCR-Methode (Polymerase-Kettenreaktion, englisch: polymerase chain reaction) dazu dient, die DNA, also die Erbsubstanz, für weitere Untersuchungen zu vervielfältigen, dient die Elektrophorese dem Erstellen des genetischen Fingerabdrucks (DNA-Profil). Beide Methoden gehören zu den zentralen Arbeitstechniken der Molekularbiologie und Biomedizin.

Gaschromatograph

Wie bei der Flüssigkeitschromatographie (LC) dient auch die Gaschromatographie (GC) der Auftrennung von Gemischen in einzelne chemische Verbindungen. Die GC ist wie die LC eine Verteilungs- bzw. Adsorptionschromatographie zwischen Laufmittel und dem Säulenmaterial. Was in der Flüssigkeitschromatographie der Eluent, ist in der Gaschromatographie das inerte Trägergas. Die Komponenten werden durch Erhitzen verdampft und mit dem Trägergas durch die Säule transportiert. Neben dem Flammenionisationsdetektor (FID) ist das Massenspektrometer ein beliebter Detektor.  

Highspeedkameras

Highspeedkamera

Hochgeschwindigkeitskameras dienen dazu, Vorgänge aufzunehmen, die entweder extrem kurzzeitig sind oder extrem schnell ablaufen oder auch beide Bedingungen erfüllen. Hochgeschwindigkeitskameras sind überall dort im Einsatz, wo Bewegungen oder Materialverhalten analysiert werden müssen, die für das menschliche Auge oder herkömmliche Kameras nicht zu erfassen sind. Normale Kinokameras belichten 24 Bilder pro Sekunde. Durch Hochgeschwindigkeitskameras kann eine Sekunde Aufnahmezeit auf mehrere Minuten oder sogar Stunden Wiedergabezeit ausgedehnt werden.

Infrarotspektrometer

Infrarotspektrometer

Gehört wie die Ramanspektroskopie und die Nahinfraotspektroskopie zur Molekülspektroskopie. Die bestrahlte Probe absorbiert die Infrarotstrahlung. Dabei werden die Probenkomponenten zu charakteristischen Molekülschwingungen angeregt, die in einem Spektrum als Banden dargestellt werden. Die Schwingungen reflektieren die Bindungsverhältnisse. Jede Substanz besitzt ihr charakteristisches Infrarotspektrum, vergleichbar mit einem Fingerabdruck. Ein Abgleich mit Referenzspektren erlaubt eine schnelle und zerstörungsfreie qualitative und quantitative Identifizierung. FT-IR-Geräte erlauben schnelle Messungen und weisen ein deutlich besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis auf als dispersive Spektrometer.

Interferometer

Interferometer

Besteht Licht aus Teilchen, oder ist Licht eine Welle? Es ist beides, das sagt die Quantenmechanik. Das ist der sogenannte Welle-Teilchen-Dualismus, der so viel bedeutet, wie dass Licht sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften aufweist. Erstere lassen sich mit Hilfe des Interferometers untersuchen.

Das zum Interferometer gehörige Experimentiermodul beschreibt die Versuchsaufbauten zu Beugung und Interferenz, zum Doppelspaltversuch nach Young sowie zum Michelson-Morley-Experiment als auch zur Spektralzerlegung von weissem Licht.

Ionenchromatograph mit Leitfähigkeits- und UV/VIS-Detektor

Ionenchromatograph und UVVIS

Mit Hilfe der Ionenchromatographie (IC) können Ionen oder ionisierbare Komponenten anhand ihrer Ladung in der Säule getrennt und mit Hilfe des Leitfähigkeitsdetektors quantifiziert werden. Eine Pumpe befördert das Fliessmittel (Eluent) durch das Gerät und transportiert die Probe vom Injektor durch die Säule zum Detektor. Die Trennung erfolgt in der Säule, wo die Ionen unterschiedlich stark von den ebenfalls ionischen funktionellen Gruppen, die auf der Oberfläche der Polymermatrix sitzen, zurückgehalten werden. Eine Vielzahl an Trennsäulen und mehrere Detektoren ermöglichen den Nachweis zahlreiche Elemente und Komponenten.

Neben dem standardmässig in der IC eingesetzten Leitfähigkeitsdetektor bietet ‘Berzelius’ zudem noch einen UV/VIS-Detektor an. Er ermöglicht die Bestimmung von Komponenten, die Licht im UV/VIS-Bereich absorbieren (z. B. Nitrat, Nitrit, Bromid oder zahlreiche organische Komponenten). UV/VIS-inaktive Komponenten wie z. B. Schwermetalle können durch Derivatisierung, also dem «Anhängen» einer UV/VIS-aktiven Gruppe, detektiert werden. Das Gerät kann auch leicht zur HPLC umfunktioniert werden.

Mikrowellensynthesegerät

Mikrowellensynthesegerät

Chemische Reaktionen laufen etwa zwei bis viel Mal rascher ab, wenn ihre Temperatur um 10 °C erhöht wird. Mit Mikrowellen lassen sich sehr rasch und gleichmässig hohe Temperaturen erreichen, so dass sich in kurzer Zeit neue chemische Substanzen, wie z. B. Geruchsstoffe, mit höherer Ausbeute synthetisieren lassen. Gegenüber konventionellen Reaktionen kann die Zeit um den Faktor 100 bis 1000 verkürzt werden.

NanoPhotometer

NanoPhotometer

Das NanoPhotometer ermöglicht die photometrische Messung kleinster Probenvolumina. Chemische Reaktionen mit Farbveränderungen können in Echtzeit untersucht werden.

NIR-Spektrometer

NIR-Spektrometer

Die Nahinfrarotspektroskopie (NIR-Spektroskopie) funktioniert wie die IR-Spektroskopie; nur verwendet sie kurzwelliges Infrarotlicht. Sie wird für die Qualitätskontrolle sowie für die Forschung und Entwicklung in der Pharma-, Chemie-, Lebensmittel-, Getränke- und Futtermittelindustrie eingesetzt. 

Photometer und Reflexionslichtspektrometer

Photometer und Reflexionslichtspektrometer

Mit unseren Augen können wir viele verschiedene Farben unterscheiden. Viel schwieriger ist es jedoch, diese genau zu messen. Dabei helfen uns Messgeräte, sogenannte Spektrometer. Es ist genau messbar, ob eine Lampe „warmes“ oder „kaltes“ Licht ausstrahlt. Mit der Flammenspektroskopie werden die charakteristischen, ausgestrahlten Wellenlängen der Flammenfarben gemessen. Weil jedes Element typische Wellenlängen ausstrahlt, lassen sich verschiedene Objekte konkret auf ihre Elementzusammensetzung hin untersuchen.

Polarimeter

Polarimeter

Ein Polarimeter dient zur Messung der Drehung der Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht durch optisch aktive Substanzen. Der gemessene optische Drehwinkel ist von der Eigenschaft der untersuchten Substanz und deren Konzentration abhängig. 

Ramanspektrometer

Ramanpektrometer

Die Raman-Spektroskopie gehört wie die Infrarot- (IR) und die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) zur Schwingungsspektroskopie. Eine monochromatische Lichtquelle bestrahlt die Probe und wechselwirkt mit den chemischen Bindungen der in ihr enthaltenen Substanzen. Dabei wird ein kleiner Teil des Lichts beim Auftreffen inelastisch gestreut, was zur Emission von Licht mit einer anderen Wellenlänge führt. Das ist der nach seinem Entdecker benannte Raman-Effekt. Ein Spektrograph analysiert das Streulicht. Das Ergebnis ist ein Spektrum mit charakteristischen Bändern oder Signalen, die einzigartig für bestimmte funktionelle Gruppen und Substanzen sind. Das Identifizieren der Substanz erfolgt über einen Abgleich des Spektrums mit Referenzspektren in der Spektrenbibliothek. Jede Substanz hat ein charakteristisches Spektrum; es ist wie in molekularer Fingerabdruck.

Refraktometer und Reflektometer

Reflektometer

Das Refraktometer ist ein Messgerät zur Bestimmung des Brechungsindex von flüssigen oder festen transparenten Stoffen. Es nutzt dafür das Verhalten von Licht am Übergang zwischen einem Prisma mit bekannten Eigenschaften und dem zu prüfenden Stoff. Ist die generelle Zusammensetzung einer Flüssigkeit bekannt, dann ermöglicht das Refraktometer, die Konzentration darin gelöster Stoffe zu bestimmen. Wichtige Anwendungen sind Zuckerbestimmungen in Pflanzen und Früchten, insbesondere bei der Ernte von Trauben, Zuckerrüben oder Äpfeln.

Mit dem Reflektometer können Konzentrationen verschiedenster Chemikalien bestimmt werden. Die Messmethode basiert auf der Farbänderung und der Farbmessung verschiedener nasschemischer Messstreifen.

Röntgenfluoreszenzspektrometer

Röntgenflurezenzspektrometer

Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist ein Analyseverfahren zum zerstörungs- und verbrauchsfreien Nachweis von kleinsten Elementmengen. Sie ist auch bekannt unter den Begriffen Röntgenfluoreszenzspektroskopie (RFS) oder auch unter dem im angelsächsischen Sprachraum verbreiteten Begriff X–ray fluorescence spectroscopy (XRF). Zur Analyse bestrahlt man die Probe mit hochenergetischer Röntgenstrahlung. Diese schlägt Bindungselektronen, zeitweise auch Elektronen aus tieferliegenden Schalen, aus den Elementatomen heraus. Beim Zurückkehren in den Grundzustand wird eine für das Element charakteristische Strahlung emittiert. 

Ultraschallechoskop

Ultraschallechoskop

Mit dem Ultraschallmesssystem können Werkstofffehler analysiert oder wie beim Arzt Organe bildlich in Echtzeit dargestellt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Materialen zu ermitteln.

Berzelius-Laborjournal Band 1/2017/Heft 1

UV-Spektrometer

UV-Spektrometer

UV-Strahlen des Sonnenlichts oder von UV-Lampen können Sonnenbrand und Hautkrebs verursachen. Sind Sonnenbrillen, Sonnencremes und Kleider in der Lage, diese Strahlen zurückzuhalten? Wie hoch ist der Sonnenschutzfaktor von Sonnencremes oder die Durchlässigkeit bzw. UV-Adsorption von Fenstergläsern, Sonnenbrillen oder anderer Sonnenschutzartikel? Das UV-Spektrometer liefert Antworten auf diese Fragen. Unser UV-Spektrometer erlaubt Messungen gemäss international geltender Normen und Standards.

Wärmebildkamera und Thermometer

Wärmebildkamera und Thermometer

Eine Wärmebildkamera macht die für den Menschen unsichtbare Infrarot- respektive Wärmestrahlung von Warmblütern oder Objekten sichtbar. Deren ausgesandte Infrarotstrahlung wird flächenmässig erfasst und für uns visuell farblich abgebildet. Jede Temperatur des Wärmebildes wird künstlich mit einer anderen Farbe dargestellt. Die Interpretation eines Wärmebildes ist sehr anspruchsvoll.

Das IR-Thermometer misst Temperaturen berührungslos. Diese Messungen können dem Erfassen von erhöhten Körpertemperaturen dienen, z. B. als Indikator für Infektionskrankheiten.