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Smartphone-Photometer aus dem Schullabor "Mobile Analytik"

Ein 3D-Drucker, ein ESP8266-Board und ein Lichtsensor – fast schon fertig ist das mobile Photometer der HAW Hamburg, das Schulen den Chemieunterricht einfacher und günstiger machen soll.

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Smartphone-Photometer aus dem Schullabor Mobile Analytik

Wieviel Zucker in der Marmelade und wieviel Nitrat in der Kartoffel steckt, lässt sich mit einem Photometer bestimmen. Ein einfache und portable Lösung zum Selberbauen hat das Schullabor der HAW Hamburg entwickelt. Basierend auf dem ESP8266 kann das Photometer aus dem 3D-Drucker überallhin mitgenommen und die Proben mit einer App direkt ausgewertet werden. Auch der Zusammenbau ist unkompliziert gehalten, sodass Personen mit wenig Elektronik- und Programmierkenntnissen das Messgerät nachbauen können.

Die Bauteile im Gehäuse aus dem 3D-Drucker

(Bild: HAW Hamburg)

Die Funktionsweise eines Photometers ist recht einfach: Schickt man Licht einer bestimmten Wellenlänge durch eine Flüssigkeitsprobe, misst das Photometer die Licht-Absorption durch die Probe. Der Wert wird anschließend mit einer vorher erstellten Eichkurve abgeglichen. Benötigt werden also zuerst eine Lichtquelle und ein Sensor. Hierbei bieten sich je nach Wellenlänge farbige LEDs an. Als Lichtsensor wurde der TSL2561 mit Breakout-Board gewählt, der sich durch hohe Auflösung bei geringem Energieverbrauch auszeichnet.

Die Elektronikbauteile

(Bild: HAW Hamburg)

Die Steuerung übernimmt ein ESP8266-Board mit USB-Anschluss, der WeMos D1 mini, damit die Programmierung möglichst problemlos über die Arduino-Entwicklungsumgebung erfolgen kann. Ebenso einfach ist die Auswertung gehalten: Der Mikrocontroller baut ein lokales Wifi-Netzwerk auf, mit dem man sein Smartphone verbinden kann, um per App die Daten auszuwerten. Mit dem passenden WeMos-Protoboard ist der Aufbau der Photometer-Schaltung auch ohne Lochrasterplatine möglich. Zusammen mit einer Powerbank werden für die Elektronikkomponenten gerade 30 Euro fällig. Beim Direktimport wird es sogar noch günstiger.

Für das labyrinth-artige Gehäuse gibt es eine Druckvorlage des Schullabors für den 3D-Drucker. Alternativ können auch Gehäuse aus Papier, Holz oder Kunststoff gebaut werden, um die Messung gegen das Umgebungslicht zu schützen. Prinzipiell ist der Einsatz ohne Gehäuse möglich, allerdings werden die Ergebnisse weniger verlässlich und die Elektronik ist kaum gegen Flüssigkeiten geschützt. Die Informationen zum Nachbau, von der Bauteilliste bis zum Programmiercode gibt es beim Schullabor der HAW Hamburg zum Herunterladen.

Zusammen sind das Gehäuse und die Powerbank kaum größer als das Smartphone zur Auswertung.

Ein weiteres Projekt, das Wissenschaft dank Maker-Technik günstiger macht, stammt von der Uni Erlangen-Nürnberg. Deren arduino-basierte Versuchsapparatur aus dem 3D-Drucker ermöglicht es, den Effekt von Mie-Streuung zu erforschen. (hch)