„POLARIMETR“ – EXPERIMENT PRO VÝUKU

Význam tématu

Polarimetrie je klíčová metoda pro kvantitativní stanovení opticky aktivních látek. Využití cenově dostupného zařízení a chytrého telefonu otevírá nové možnosti ve výuce a v jednoduchých laboratorních analýzách. Studentům přináší přehledné pochopení principu polarizace a schopnost sami vytvářet a kalibrovat vlastní přístroj.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo navrhnout a sestavit levný polarimetr z běžně dostupných materiálů a chytrého telefonu. Studie popisuje konstrukci kyvety s LED zdrojem, použití aplikace pro měření intenzity osvětlení a ověření funkčnosti přístroje měřením koncentrace sacharosy. Autoři zdůrazňují využití v polytechnické výchově.

Použitá metodika a instrumentace

• Polarizační fólie (lineární polarizátor, 10×10 cm)
• Kyveta vyrobena z černé PVC desky a plexiskla (2 mm)
• LED dioda jantarové barvy 5 mm, λ≈590 nm
• Baterie 2×AA, držák a napájecí konektor
• Držák telefonu a krokosvorky pro uchycení diody
• Mobilní telefon (Android i iOS) s aplikací Lux Light Meter & Tools nebo ekvivalentními
• Sestavení jednoduchého stojanu pro přesnou polohu telefonu a kyvety

Měření spočívá v porovnání intenzity osvětlení pro čisté rozpouštědlo a roztoky sacharosy o různých koncentracích. Po naplnění kyvety je nutné eliminovat vzduchové bubliny a zajistit jednotné umístění senzoru.

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrační křivka intenzity osvětlení proti koncentraci sacharosy vykazovala lineární závislost s RSD do 10 %. Při stanovení cukerných nápojů byla zjištěna shoda s deklarovanými hodnotami v rozmezí desítek procent, rozdíly byly ovlivněny přesností detektoru, přípravou vzorků a přítomností dalších opticky aktivních složek. Přístroj přesto spolehlivě demonstroval princip polarimetrie.

Přínosy a praktické využití metody

• Nízké pořizovací náklady (cca 600 Kč bez mobilního telefonu)
• Jednoduchá a rychlá stavba z běžných komponent
• Možnost širokého využití ve výuce chemie na SŠ a VŠ
• Rozvoj zručnosti studentů a porozumění optickým jevům
• Orientační stanovení cukru v potravinářských a přírodních vzorcích

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace přesnějších senzorů a kalibrace na absolutní hodnoty
• Rozšíření metody na další opticky aktivní látky (aminokyseliny, chirální léky)
• Automatizace a 3D tisk komponentů pro jednotné parametrické konstrukce
• Využití v dálkovém vzdělávání a virtuálních laboratořích
• Propojení s cloudovými službami pro sdílení dat a porovnání výsledků mezi školami

Závěr

Navržený mobilní polarimetr nabízí cenově výhodnou a názornou ukázku polarimetrické analýzy. Přístroj je snadno sestavitelný, poskytuje učitelům i studentům prostor pro praktické cvičení a podporuje kreativitu při zdokonalování konstrukce. Metoda umožňuje orientační kvantifikaci sacharosy a dalších opticky aktivních látek a je ideální pro polytechnickou výuku.

Reference

1. Kalina J., Lach M.: Chemické listy 117, 30–36 (2023).
2. Eliášová I., Literák J.: Chemické listy 111, 449 (2017).
3. Burggraaff O. a kol.: Micro- and Nanotechnology Sensors, Systems, and Applications XII 11389, 84–99 (2020).
4. Kvittingen L.: Journal of Chemical Education 97, 2196 (2020).
5. Bernard P., Mendez J. D.: Journal of Chemical Education 97(4), 1162 (2020).
6. Klouda P.: Moderní analytické metody, Ostrava (2003).
7. Pardel P.: Lux Light Meter & Tools – Photometer PRO (2022).
8. Vieyra Software: Physics Toolbox Sensor Suite (2022).
9. Phyphox, RWTH Aachen University (2022).
10. Photone – Grow Light Meter, Lightray Innovation (2022).