Selbstbau eines Spektrometers für die Digitalkamera

Die mithilfe des Spektrometers gewonnenen digitalen Bilder lassen sich mit dem Computer leicht auswerten. Am Beispiel des Spektrums einer Energiesparlampe werden Gebrauch und Leistungsfähigkeit des Selbstbau-Spektrometers vorgestellt. Es wird gezeigt, wie das Spektrometer mithilfe der bekannten Spektrallinien der Energiesparlampe einfach zu kalibrieren ist. Am Beispiel der spektralen Trennung der Natrium-D-Linien wird sein beachtliches Auflösungsvermögen demonstriert.

Möglichkeiten der qualitativen Untersuchung

Experimente zur Spektroskopie werden im naturwissenschaftlichen Unterricht in der Regel als Demonstrationsexperimente vorgeführt. Schülerinnen und Schüler können aber auch eigenständig spektroskopieren, wenn sie sich einfache Handspektrometer selbst basteln, zum Beispiel nach einer Anleitung von Heinrich Kuypers (siehe Versuche mit dem Eigenbau-Gitterspektrometer) oder mit einem Material-Set vom AstroMedia-Verlag. Sehr motivierend sind auch einfache Experimente zur Spektralanalyse mit der Digitalkamera, wie sie von Klaus G. Schröder beschrieben werden (Spektralanalyse mit einer Digitalkamera; MNU 63/1 [2010], Seite 35-38). Diese und die zuvor genannten Experimente eignen sich hauptsächlich für qualitative Untersuchungen.

Quantitative Untersuchungen mit dem Selbstbau-Spektrometer

Hier wird ein selbst zu bauendes Spektrometer vorgestellt, mit dem präzise quantitative Untersuchungen möglich sind. Schülerinnen und Schüler können so eigenständig sehr gut aufgelöste Linienspektren erzeugen, diese mit einer Digitalkamera aufnehmen und am Computer genau vermessen. Da die Spektralanalyse von fächerübergreifender Bedeutung ist, eignen sich die Experimente für alle naturwissenschaftlichen Fächer.

• Aufbau des Spektrometers
  Die Gesamtkonstruktion wird vorgestellt. Der Spalt wird aus einem Diarahmen mit Glasabdeckung und zwei Rasierklingen gebaut.
• Aufnahmen des Spektrums einer Energiesparlampe
  Das Spektrum einer Energiesparlampe - aufgenommen mit verschiedenen Belichtungszeiten - vermittelt einen Eindruck von der Leistungsfähigkeit des Spektrometers.
• Kalibrierung und Auflösungsvermögen
  Die Kalibrierung des Geräts gelingt in guter Näherung bereits durch zwei Wertepaare. Mit der Auflösung der Natrium-D-Linien ist die Grenze der spektralen Auflösung fast erreicht.

Fazit

Schülerinnen und Schüler können mit etwas handwerklichem Geschick und sehr geringen Materialkosten ein genau arbeitendes Spektrometer für ihre Digitalkamera bauen. Sie erhalten Fotos von farbenprächtigen Spektren, die sie auf einfache Art am Computer auswerten können. Mit diesem Instrument können sie fächerübergreifend in Biologie, Chemie und Physik selbstständig experimentieren und zu aussagekräftigen Ergebnissen kommen.

Literatur

• Schröder, Klaus G.
  Spektralanalyse mit einer Digitalkamera; MNU 63/1 (2010), S. 35-38

Informationen zum Autor

Dr. Volker Martini war Lehrer für Physik und Mathematik am Ernst-Moritz-Arndt-Gymnasium in Bonn und als Fachmoderator für Physik in der Lehrerfortbildung tätig. Inzwischen ist er pensioniert.

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