Student baut aus LEGO-Steinen einen chemischen Reinheitstester

Mit einfachen Schaltkreisen, Polarisationsfolien und LEGO-Steinen baute ein Physikstudent an der Ateneo de Manila University ein improvisiertes Polarimeter, mit dem sich die Reinheit von Vitamin C (saures Ascorbinsäure) und anderen chiralen Substanzen optisch beurteilen lässt.

„Messung der optischen Rotation von Ascorbinsäureproben mithilfe eines improvisierten Polarimeters zur Reinheitsbewertung“ wurde im veröffentlicht Zeitschrift für Physik: Vorlesungsreihe am 23. Oktober 2024.

Das Gerät kann als Lernwerkzeug in Klassenzimmern eingesetzt werden und könnte den Weg für kostengünstigere Methoden zur Qualitätskontrolle bestimmter Verbraucherprodukte ebnen.

Polarimeter sind unschätzbar wertvolle Laborinstrumente, die dabei helfen können, auf die Reinheit einer Chemikalie zu schließen, indem sie den Drehwinkel von polarisiertem Licht messen, das durch die zu untersuchende Probe gelangt ist.

Allerdings sind Laborpolarimeter unerschwinglich teuer: Ein High-End-Modell kostet mehr als 11.500 US-Dollar und ein kommerzielles manuelles Polarimeter mehr als 1.200 US-Dollar. Dies macht ihre Anschaffung und Nutzung für kleine Labore und Klassenzimmer in Entwicklungsländern wie den Philippinen schwierig, wenn nicht sogar unmöglich.

Das könnte sich dank der Arbeit von Menschen wie Ryan Joseph Felicidario, einem Physikstudenten im Grundstudium, und seinem Diplomarbeitsberater Dr. Ramon delos Santos vom Photonics Lab im Fachbereich Physik der Ateneo de Manila University ändern. Ihre Arbeit verbesserte ein früheres LEGO-basiertes Polarimeter, das von den norwegischen Forschern Lise Kvittingen und Birte Johanne Sjursnes gebaut wurde.

Die philippinischen Forscher modifizierten das ursprüngliche Design und verfeinerten den Nachweisprozess, um zuverlässige und präzise Messungen zu erhalten, die für Ascorbinsäure, die einen relativ geringen spezifischen Umsatz aufweist, von entscheidender Bedeutung sind.

Mit leicht zu erwerbenden Gegenständen wie LEGO-Steinen, Polarisationsfolien und kostengünstigen, im Handel erhältlichen elektrischen Komponenten konnte Felicidario die Kosten für das Polarimeter auf knapp über 150 US-Dollar senken.

Um das Gerät zu testen, verwendete er zwei rezeptfreie Proben von Vitamin C (Ascorbinsäure) von zwei verschiedenen Pharmamarken und verglich die Testergebnisse mit bekannten theoretischen Werten für reine Ascorbinsäure.

Während eine der Proben Werte im akzeptablen Bereich ergab, zeigte die andere Probe „erhebliche Abweichungen von den erwarteten (Werten), was auf mögliche Verunreinigungen schließen lässt, die ihre optischen Eigenschaften beeinträchtigen.“

„(Der) Gesamtansatz, der Polarimetrie und Schmelzpunktbestimmung kombiniert, war im Vergleich zu anderen Geräten, die typischerweise zur Reinheitsbewertung verwendet werden und oft teurer sind, kostengünstig“, sagten Felicidario und Delos Santos in ihrem Artikel.

„Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse, dass das Polarimeter nicht nur in praktischen Anwendungen effektiv ist, sondern auch pädagogische Vorteile bietet. Seine Black-Box-freie Natur erleichtert die direkte Demonstration optischer Aktivität und Polarisationskonzepte“, schließt der Artikel.