Das Bärtierchen-Journal

Bärtierchen, Gelbe-Rüben-Carotin und das DIY-Raman-Spektrometer (IV)

Warum das Ganze? Wo bleiben die Bärtierchen? Die Antwort ist sehr einfach: Das Bärtierchen-Journal will in erster Linie unterhalten und Sympathie für gewisse kleine Lebewesen in Ihrer unmittelbaren Umgebung wecken. Der Löwenanteil unserer Kultur und unserer Medien ist nun mal übertrieben anthropozentrisch ausgelegt - man denke nur an die sehr menschlichen Morde in den Kriminalromanen, an die vor einem Millionenpublikum kickenden Helden der Fußballwelt, an das klassische und moderne Theater mit seiner exhibitionistischen Darstellung zwischenmenschlicher Krisen usw. Die Bärtierchenwelt offeriert ein völlig anders geartetes, stilleres und kleineres Parallel-Universum, das uns helfen kann, Abstand zu gewinnen. Hinterher können wir gestärkt in unsere eigene, leider gelegentlich von Neid und Hass dominierte Menschenwelt zurückkehren.

Um noch weiter von der lästigen Anthropozentrik abzulenken, will das Bärtierchen-Journal darüber hinaus solides Wissen vermitteln und zu eigenen naturwissenschaftlichen Aktivitäten verleiten: Nennen wir es manipulativ-didaktisch. Und wir haben bereits im März-Journal gesehen, dass sich das hier propagierte DIY-Raman-Spektrometer hinterher ja ohnehin wieder zur Betrachtung der Bärtierchen-"Tönnchen" eignet.

Abbildung: Mit dem DIY-Raman-Spektrometer können Sie vielfältige Analysen ausführen. Es eignet sich nicht nur zur Untersuchung von Bärtierchen-Tönnchen, sondern darüber hinaus beispielsweise zur Unterscheidung von modernen Kunststoffen und Medikamenten, zur Echtheitsprüfung von Juwelen und zur Analyse der hier gezeigten Mineralien.

Zugegeben, es ist eine ziemlich abgefahrene Idee, zuhause im Hobbyraum eigene Analytikgeräte zu bauen, wie sie sonst nur in hoch spezialisierten Labors zum Einsatz kommen. Möglich wird es jedoch, weil wir gleichzeitig von drei modernen technischen Entwicklungen profitieren können, die allgemein zugänglich sind und das Budget eines typischen Hobbymikroskopikers nicht sprengen sollten: Halbleiter-Laser, Interferenzfilter und CCD-Spektrometer. In diesem Journal beginnen wir mit dem Laser:

Abbildung: Der bei unserem DIY-Raman zum Einsatz kommende Laser ist nur etwa daumengroß. Es handelt sich um einen grünen Laser, der extrem energiereiches Licht mit einer exakt definierten Wellenlänge von 532 nm emittiert und dieses Licht dank einer kleinen Linse an der Frontseite auf einen kleinen Punkt zu fokussieren vermag. Unser Laser wurde im zylindrischen Metallgehäuse mit integriertem Passivkühler angeliefert. Als Stromversorgung dient ein kleines, idealerweise regelbares Netzteil, das den Laser bei einer Gleichspannung von 5 Volt mit 0,5 A Stromstärke versorgt. Der Laser hat eine Leistung von 50 mW, ist somit rund 50-mal stärker als ein gängiger Laserpointer und deshalb natürlich kein Spielzeug. Es ist bezeichnend für die Globalisierung, dass ein solcher Laser beim Ebay-Privatimport aus China vom Zoll gnadenlos ausgesondert wird, der gleiche Laser jedoch im EU-Binnenmarkt von jedermann ganz normal erworben werden kann.

Bereits im letzten Journal hatten wir dargestellt, welcher Mikroskop-Typus als Mikroskop-Basis für unsere Raman-Experiment am ehesten geeignet sein sollte.

Das unten gezeigte Optiphot Universalmikroskop lässt sich, wie viele weitere Geräte anderer Hersteller auch, in Richtung Raman-Spektroskopie umbauen, aber bei Bedarf auch wieder in seine alte Form zurückversetzen. Es bietet somit die Möglichkeit eines reversiblen Umbaus. So schaut das Gerät vor dem Umbau aus:

Abbildung: Nikon Optiphot 66 Universalmikroskop aus dem Jahr 1986, in Auflichtkonfiguration mit moderner LED-Kaltlichtbeleuchtung und aufgesetzter Kamera

Der die Ramansignale erzeugende Laserstrahl sollte nun einfach den Platz der LED-Lampe einnehmen und möglichst scharf fokussiert auf die Probe treffen. Hierzu muss zunächst eine möglicherweise im Strahlengang des Mikroskops vorhandene Mattscheibe entfernt werden. Anschließend gilt es, den Laser exakt in der Position zu fixieren, an welcher sich vorher die Lichtquelle befand. Diese mechanische Anpassung kann mit Hilfe eines vom Feinmechaniker gedrehten Adapters erfolgen oder, wie in unserem Fall mit Hilfe eines Metallzylinders, einem passenden Gewindering und etwas Uhu plus (zugegeben, alles recht unromantisch bei Ebay bestellt):

Abbildung: In unserem Fall dient ein selbstgebauter Adapter zur Einpassung des Lasers in das Mikroskop, exakt an der Stelle wo sich vorher die Auflicht-LED befand.

Ab hier arbeiten Sie auf eigene Gefahr weiter. Die für die Raman-Mikroskopie eingesetzten Laser sind potentiell gefährlich. Im Extremfall, wenn man beispielsweise durch die Mikroskop-Optik direkt in den Laser blickt, werden zwangsläufig die Augen geschädigt. Es ist exakt der selbe Effekt, wie er sich auch beim naiven Betrachten der Sonne mit einem starken Fernglas einstellt: Die Netzhaut wird regelrecht verbrannt, Schäden bis hin zur Erblindung sind möglich. Auch sollte man wissen, dass die meisten Laser nicht lediglich die spezifizierte Strahlung abgeben, sondern unter Umständen noch weitere, womöglich nicht sichtbare und deshalb umso gefährlichere Strahlungsanteile in anderen Wellenlängenbereichen, insbesondere im IR freisetzen. Eine spezielle Schutzbrille für den jeweils eingesetzten Laser, in unserem Fall ein grüner Laser mit Wellenlänge 532 nm ist deshalb keinesfalls Luxus, vielmehr ein sicherer Hinweis, dass der jeweilige Laser-Experimentator im IQ über einem Vollidioten angesiedelt ist. "Feuer, Scher und Laserlicht sind für kleine Kinder nicht" - denken Sie immer daran, kleben Sie dementsprechend Warnzeichen auf und sichern Sie Ihre Arbeitsumgebung angemessen sorgfältig ab!

Abbildung: Der Laser ist nun bereits eingebaut, am Netzteil angeschlossen und steht bereit ...

Die Okulare müssen vom Operator weggedreht oder komplett verschlossen werden, damit ein versehentlicher, direkter Blickkontakt mit einem womöglich eingeschalteten Laser ausgeschlossen ist. Im nächsten Journal werden wir die wichtigsten Zusammenhänge zwischen Laserstrahlung, Filterung und Raman-Spektrenqualität aus der Praktikerperspektive erklären.

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