Polarimeter im Selbstbau

Quiring Nils, Kath David 
Klasse 8 - 2007/08
Einleitung:
Im Physikunterricht der Klasse 8 haben wir das Licht besprochen und sind dabei auch mit dem Begriff der „Polarisation“ zusammengekommen. In diesem Zusammenhang haben wir gelernt, dass das Licht als transversale Welle betrachtet werden kann, deren Schwingungen in Ebenen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung erfolgen (1808 vom französischen Physiker Malus entdeckt). Im normalen Sonnenlicht gibt es Licht aller Schwingungsebenen, beim polarisierten Licht dagegen finden die Schwingungen nur in einer Ebene statt. Im Gegensatz zu verschiedenen Tierarten (Bienen, Heuschrecken, Ameisen, Wespen, Hummeln, Krabben, Tintenfische u. a.) können wir ohne besondere Hilfsmittel polarisiertes von unpolarisiertem Licht nicht unterscheiden. Dazu benutz man sogenannte Polarisationsfolien. Betrachtet man damit den Himmel in verschiedenen Richtungen, so stellt man bei fester Blickrichtung durch Drehung vor dem Auge unterschiedliche Polarisationsgrade fest. Dies nutzen oben genannte Tiere zu Orientierung. Der Vorteil liegt darin, dass sie mit kleinen Himmelsausschnitten auskommen und die Sonne gar nicht sehen müssen. Auch bei Bewölkung oder im Meer ist dies von großem Nutzen. Weil reflektiertes Licht zumindest teilweise linear polarisiert ist, lassen sich leicht störende Reflexe durch Polarisationsfilter unterdrücken. Davon macht man beim Fotografieren Gebrauch. Aber auch Polaroidbrillen funktionieren so. 
Gewöhnliches Licht kann mit Hilfe eines Polarisationsfilters (Polarisator) in polarisiertes Licht umgewandelt werden, verliert durch das Ausblenden eines Teiles des Lichtes aber zwangsläufig an Intensität.   Die Ursachen für diese Fähigkeit liegt dabei 
a.) in der Molekülstruktur:
Wenn zwei Stoffe so gebaut sind, dass sie in zwei nicht durch Drehung ineinander überführbaren, chiralen Formen vorliegen können, dann spricht man von sogenannten Spiegelbildisomeren oder Enantiomeren (gr.: entgegengesetzt). Dies ist immer dann der Fall, wenn die Moleküle ein sogenanntes Chiralitätszentrum (Asymmetriezentrum, keine Spiegelachse oder –ebene) haben, an dem vier unterschiedliche Atome oder Atomgruppen sitzen (*). Solche Verbindungen stimmen zwar in allen physikalischen Eigenschaften überein, lassen aber nur Licht unterschiedlicher Schwingungsebenen durch. Je nachdem wie die durchlässige Wellenart orientiert ist, sprechen wir von links- und rechtsdrehenden Stoffen. 
Zur Unterscheidung der unterschiedlichen Konfigurationen benutzt man Buchstaben, die sich von „rechts“ (dextrum / D-) und „links“ (laevus / L) ableiten. Für die Zuordnung zur D- und L-Konfiguration wird das Tetraeder folgendermaßen orientiert: 
- Kohlenstoffkette senkrecht auf der Rückseite 
- Kohlenstoffatom mit der höchsten Oxidationsstufe oben 
- Wasserstoff und OH-Gruppe vorne waagrecht 
Bezogen auf die angegebenen Strukturformeln spricht man von einer D-Konfiguration, wenn die am asymmetrichen C-Atom sitzende OH- oder NH2-Gruppe rechts zeigt. Bei Molekülen mit mehreren Chiralitätszentren ist das vom höchst-oxidierten C-Atom am weitesten entfernte asymmetrische C-Atom entscheidend. 
Die Präfixe D- und L- geben lediglich die absolute Konfiguration am Chiralitätszentrum an. Sie sagen nichts über den jeweiligen Drehsinn aus. Die Drehrichtung (+) oder (-) lässt keinerlei Aussagen über die wirkliche Struktur eines optisch aktiven Moleküls zu. So haben zum Beispiel D-(+)-Glycerinaldehyd und D-(-)-Milchsäure trotz gleicher absoluter Konfiguration entgegengesetzte Drehrichtung! 
b.) in der Gitterstruktur (in Kristallen): 
Einige natürlich vorkommende Mineralien (Turmalin, Kalkspat u. a.) sind optisch aktiv und drehen die Ebene des polarisierten Lichtes. .
Am bekanntesten sind die sogenannten Flüssigkristalle, die in den Liquid Crystal Display’s (LCD’s) digitaler Geräte als Anzeigen verwendet werden. Manchmal verändert sich beim Durchgang des polarisierten Lichtes auch die Lichtfarbe, so dass es verschiedene Sorten gibt. .
Auch die langen Makromoleküle von bestimmten Kunststoffen lassen sich in bestimmte Richtungen anordnen und wirken dann auf das durchfallende Licht polarisierend. (Polarisationsfolien). Werden zwei solcher Filter (Polarisatoren) übereinandergelegt, so kann das vom ersten Filter (Polarisator) polarisierte Licht nur dann den zweiten Filter (Analysator) durchlaufen, wenn beide Orientierungsrichtungen übereinstimmen, die Filter also parallel angeordnet sind. Verdreht man eine der beiden Folien um 90° (gekreuzte Stellung), so wird das polarisierte Licht zur Gänze ausgelöscht. 
Bringt man nun chirale Stoffe in gelöster Form zwischen solche Filter, dann stellt man fest, dass sie die Schwingungsebene des Lichtes verdrehen (optisch aktive Stoffe). Erfolgt die Drehung der Schwingungsebene und somit auch die Drehung des Analysators nach rechts, um wieder größtmögliche Lichtundurchlässigkeit zu erhalten, so nennt man die Verbindung rechtsdrehend, muss man den Analysator in Linksrichtung nachstellen, wird die Verbindung als linksdrehend bezeichnet. Dabei gilt, dass die beiden Spiegelbildisomeren die Schwingungsebene um den gleichen Betrag, aber in entgegengesetzte Richtungen drehen. 
Das Gerät zur Untersuchung von optisch aktiven Flüssigkeiten nennen wir Polarimeter. Man kann sie benutzen, um Konzentrationen zu bestimmen oder chemische Veränderungen zu untersuchen 
Man kann nun solche Geräte Lösungen benutzen, um Konzentrationen zu bestimmen oder chemische Vorgänge zu untersuchen. So hat zum Beispiel der rechtsdrehende Rohr- und Rübenzucker (Saccharose) die Eigenschaft durch Zerfall in Glucose und Fructose in eine linksdrehende Form überzugehen (Invertzucker / Natur- und Kunsthonig). Man kann also daran sehen, wie weit der Zerfall fortgeschritten ist. 
Zwischen dem Winkel, um den die Schwingungsebene gedreht wird (=Drehwinkel), und dem Produkt aus Konzentration der optisch aktiven Substanz und der Schichtdicke der Lösung besteht eine direkte Proportionalität. Die Größe der Drehung hängt ja von der Zahl der Moleküle ab, mit denen das Licht beim Durchgang durch das Probenrohr in Wechselwirkung tritt: 
[?] (gemessen) = [?]? x c x d 
Die spezifische Drehung ist numerisch gleich dem Drehwinkel bei einer Konzentration der optisch aktiven Substanz von 1 g / cm3 und einer Schichtdicke von 1 dm. Sie ist außerdem noch von der Temperatur und vom Lösungsmittel abhängig. 
[?] = Drehwinkel bei der Wellenlänge ??
[?]??= spezifische Drehung bei der Wellenlänge ?. Steht dabei der Index D, dann hat die Messstrahlung die Wellenlänge der D-Linie des Natriumlichtes (589,3 nm). 
c = Konzentration der optisch aktiven Substanz in g/cm3 
d = Schichtdicke in dm
Die spezifische Drehung einer optisch aktiven Verbindung ist eine ebenso charakteristische Eigenschaft wie Schmelzpunkt, Siedepunkt, Dichte oder Brechungsindex. Sie hängt aber ab von der Temperatur und der Lichtart. 
 
a.) Beschreibung des Gerätes der Firma Klüver & Schulz (K) 
Das Gerät besteht aus einem durchsichtigen, mit zwei Markierungen versehenen (bei 10 uns 20 cm mit dem ca. 3 mm dicken Gefäßboden) Plexiglasrohr, welches die zu untersuchende Lösung enthält und in einer passenden Hülse, direkt auf dem Polarisator, steht. Dieser befindet sich in einer viereckigen Kunststoffplatte, in die eine halbkreisförmige, projizierbare Gradeinteilung (Skalierung 2°) eingestanzt ist. In ihrem Inneren sitzt eine drehbare Scheibe mit einer ebenfalls eingestanzten Zeigermarkierung. Zwei gegenüberliegende Erhebungen dienen dazu, ein mit entsprechenden Schlitzen versehenes, undurchsichtiges Kunststoffrohr aufzunehmen, an dessen oberen Ende der ebenfalls frei drehbare Analysator aufgesetzt ist. Das gesamte Gerät wird dann auf einen Tageslichtprojektor gestellt, so dass an einer Wand die festsitzende Skala, der änderbare Messstrich und die kreisförmige Fläche des durch Polarisator, Flüssigkeit und Analysator gewanderten Lichtes erkennbar ist. Zum Eichen wird die drehbare Scheibe auf Null gestellt und der Analysator solange gedreht, bis die Lichtdurchlässigkeit den geringsten Wert angenommen hat. Da dies aber nur per Augenschein gelingt, ist die genaue Festlegung des dunkelsten Punktes nur bedingt gewährleistet. Allerdings besteht die Möglichkeit, die Lichtintensität mit entsprechenden Messgeräten zu messen, so dass der Dunkelpunkt etwas genauer festgelegt werden kann. Bei langen Schichtdicken und konzentrierten Lösungen treten außerdem Interferenzen auf. Beim Drehen der Zeigerscheibe wechseln dann die Farben über das gesamte Regenbogenspektrum und umfassen oft mehr als 10°. Nach unseren Erfahrungen mit dem Gerät findet die größte Abdunklung im Blaulicht statt, so dass trotzdem akzeptable Messwerte entstehen. Allerdings ist auch die Skalierung mit schmalen Zwei-Grad-Abstufungen und die dicke der Einstanzung, die auch bereits ca. 1° ausmacht, ein weiterer Ungenauigkeitsfaktor. 
Zum Vergleich wollten wir ein eigenes Gerät konstruieren, bauen und experimentell testen. 

b.) Beschreibung des Eigenbau-Polartimeters (E):
Unser Ziel war es, mit kleineren Stoffmengen auszukommen und längeren Schichtdicken zu arbeiten. Deshalb haben wir zunächst ein Kupferrohr mit einer Länge von 100 cm zugrunde gelegt. Als Lichtquelle wollten wir helle LED’s benutzen. Das durch die Lösung gehende Licht sollte über einen Spiegel an die Wand geworfen werden, um auch kleine Änderungen in der Lichtdrehung in Form einer großen Strecke wahrnehmen und so feiner messen zu können. Dies gelang uns auch gut, führte aber im Betrieb mit Flüssigkeiten zu so kleinen Lichtausbeuten, dass Messungen auf diese Weise nicht mehr möglich waren. Außerdem wurden einige Lampen viel zu heiß, so dass die Versuche immer wieder unterbrochen werden mussten, um das Gehäuse abkühlen zu lassen. Um die Probleme lösen zu können, haben wir uns deshalb nach anderen Lampen umgesehen und diese der Reihe nach ausprobiert. Eine Übersicht gibt folgende Tabelle.
Insgesamt wurden der Reihe nach 9 verschiedene Lampen ausprobiert und herausgefunden, dass sich der <High Power 5-Watt LED Spot GU 10> als am lichtstärksten erwies. Allerdings konnte auch diese Lampe nicht die ursprünglich vorgesehene Teststrecke von ca. 100 cm überwinden. Aus Kostengründen (€ 106,80.-) haben wir deshalb darauf verzichtet, weitere Lampen auszuprobieren und versucht, das Gerät zu optimieren. Zunächst haben wir die Wandspiegelung durch einen Fotowiderstand ersetzt, was aber auch keine befriedigenden Ergebnisse brachte Wir haben deshalb die Schichtdicke auf ca. 50 cm reduziert und konnten nun brauchbare Messwerte erhalten. 
Im Einzelnen besteht das Gerät aus drei Teilen. Der obere Teil I beginnt mit einem Fotowiderstand, der mit einem 3/8’’-Gewinde in einem kurzen Verbindungsrohr sitzt. Dieses hat am unteren Ende ein 1/2’’-Gewinde und steckt über ein Innengewinde in einem weiteren kurzen, Verbindungsrohr, das mit seinem Außengewinde in eine Verbindungsmutter passt. Hier ist die zwischen zwei Dichtungen liegende Polarisationsfolie (Analysator) angebracht, die von Untern her durch ein ebenfalls mit Außengewinde ausgestattetes Rohr gehalten wird (Folien der Fa. Hedinger / € 15,35 / Paar) . Letzteres besteht aus einem seitlich angebrachten Füllhahn und einem Entlüftungshahn mit Schlauchstutzen. Es ist verbunden mit einem Kupferrohr, auf dem außerdem noch eine Halterung für den am Ende des Einfüllschlauchs sitzenden Trichters angebracht ist. Das passend eingelassene Kupferrohr kann jederzeit durch längere oder kürzere Rohrstücke ausgetauscht werden, so dass dadurch die Messstrecke flexibel gestaltet werden kann. Außerdem ist an ihm noch ein Drehgriff angebracht, sodass es ohne großen Kraftaufwand zusammen mit einem weiter unten montierten Zeiger auf einer festsitzenden Scheibe mit Gradeinteilung gedreht werden kann. 
Teil 2 besteht aus einem T-Stück mit Ablaufstutzen und Hahn, über den die eingefüllten Lösungen wieder das Messrohr verlassen können. Gleichzeitig ermöglicht es die Spülung des Innenraumes vom oberen Einfüllstutzen her. Im oberen Teil ist passend, also selbstdichtend ein kurzes Kupferrohr eingelassen, das mit einer Verbindungsmuffe das gleich dicke Kupferrohr aus Teil 1 aufnimmt. Der nach unten gerichtete Teil des T-Rohres sitzt ebenfalls auf einem kurzen Kupferrohr, in das am oberen Ende eine Plexiglasdichtung mit Zweikomponentenkleber wasserdicht verschlossen ist.  Einerseits soll dadurch die Lichtdurchlässigkeit gewährleistet werden, andererseits aber auch verhindert werden, dass die Messflüssigkeit bis zur weiter unten befindlichen Polarisatorfolie gelangt und dann in diesem blind endenden Todraum dem Spülvorgang entzogen wird. Dort ist auch ein Ablaufhahn mit Abflussschlauch angebracht. An die Seite des unteren Schenkels des T-Stückes wurde noch ein mehrfach geknickter Zeiger mit einer Schraube fest montiert, der beim Drehen über eine weiter unten angebrachten optischen Scheibe mit Gradeinteilung wandert und so den Drehwinkel festlegt. Das in den unteren Schenkel eingelassene Kupferrohr wurde verlötet und ist durch Presspassung im darunter befindlichen Gleitlager so verankert, so dass es mit dem gesamten darüber liegende Teil gedreht werden kann. Die äußere festsitzende Gleitlagerhülse selbst sitzt auf einem Übergangsstück, auf dessen oberer Kante der Polarisator geklebt wurde. Die optische Scheibe ist auf dem breiteren Unterteil des Übergangsstückes aufgelegt und wird durch die Muffe auf der Gleitlagerhülse festgeklemmt. In das Übergangsstück ist der dritte, mit der Lampe ausgestattete Teil der der Apparatur eingeschraubt. Um eine feste Verbindung zu gewährleisten, ist das Lampengehäuse mit einem Reduzierstück ausgestattet, auf dem es über zwei Kontermuttern und Unterlegscheiben fest verschraubt wurde. Der zentrale Teil ist die senkrecht nach oben strahlende Lampe mit passender Fassung und Stromanschluss. Außerdem ist im Gehäuse noch eine Schalter und eine Kontrollleuchte angebracht. 
Zur Nullpunkteinstellung wird das Gerät mit Wasser gefüllt und das Polarimeterteil 1 und 2 solange gedreht, bis der geringste Fotowiderstand ermittelt ist. Zur Feineinstellung muss der Messwert solange durch Hin- und Herdrehen verändert werden, bis man den niedrigste Punkt erreicht hat. Bedingt durch die Eigenheiten der Polarisationsfolien und die Verwendung von nicht monochromatischem Licht ergeben sich dabei aber Unschärfen, die auch bei diesem Gerät mit steigender Länge der Messstrecke und der damit verstärkten Lichtabsorption zunimmt. 
Insgesamt liegen die Kosten des Gerätes liegen bei ca. € 200.-, wobei man allerdings berücksichtigen muss, dass aus unterschiedlichen Gründen nicht alle Einsparungsmöglichkeiten genutzt worden sind. Vor allem das Ausprobieren hat zusätzliche, nicht eingerechnete Kosten verursacht, wie z. B. die Aufstellung zu den Lampen zeigt. Es ist deshalb verständlich, dass wir bei den zu untersuchenden Zuckerverbindungen die preiswerteste Lösung gesucht haben. Die Kostenermittlung ergab € 86.- für je 1 kg Saccharose, Glucose und Fructose mit einem Reinheitsgehalt von 98 %, so dass wir uns entschlossen haben, auf den Kauf frischer Chemikalien zu verzichten. An Stelle von Saccharose haben wir auf Haushaltszucker, bei Fructose und Glucose auf die allerdings sehr alten Bestände der Chemie zurückgegriffen. 
Experimentelle Untersuchungen 
Als Erstes haben wir die Höhe des Flüssigkeitsstandes (Schichtdicke) im Gerät bei Zugabe bestimmter Flüssigkeitsmengen unter Berücksichtigung des Gesamtvolumens (44 ml) und der Säulenhöhe (41 cm) berechnet und die ermittelten Daten mit dem Gerät von Klüver und Schulz verglichen. 
Insgesamt ergaben sich leichte Abweichungen zu der erwarteten Geraden, die aber für die Berechnungen der Drehwinkel von geringer Bedeutung sind, wie folgende Rechnungen zeigen. 
[?] (gemessen) = [?]? x c x d 
Für Saccharose gilt der spezifische Drehwinkel von 66,5° bei einer Schichtdicke von 1 dm und einer Konzentration von 1 g Saccharose / ml Lösung
Bei einer Schichtdicke von 0,49 und 0,5 bzw. 1,97 bzw. 1,98 dm (Differenz: 1 mm) gilt:
Bei der Herstellung der Lösungen ist zu beachten, dass hier mit Massenkonzentrationen bezogen auf die Gesamtlösung gearbeitet wird. Löst man eine bestimmte Masse eines Stoffes in einem bestimmten Flüssigkeitsvolumen, dann ergibt sich durch die damit verbundenen Ausdehnung der Flüssigkeit nicht nur ein anderes Volumen, sondern auch eine für die Berechnung viel zu hohe Masse. So sind zum Beispiel 40 g Zucker in 100 g Lösung nicht das Gleiche, wie 40 g des Stoffes in 100 ml Lösungsmittel. Eigentlich müsste man noch die Dichte des Wassers berücksichtigen, da diese sich mit der Temperatur ändert. Allerdings ist auch dieser Fehler vernachlässigbar gering, da sich das Volumen bei der Änderung von 1 °C im Temperaturbereich von 20 °C nur um ca. 0,2 ml / 1000 ml ändert. Außerdem sind alle Drehwinkel auf 20° C bezogen, so dass bei Zimmertemperatur entsprechende Korrekturen vernachlässigt werden können, also entfallen. Geht man vereinfacht davon aus, dass Wasser eine Dichte von 1 g / cm3 besitzt, sind 80 g in 280 ml Lösung enthalten. Rechnet 

Experimentelle Untersuchungen mit dem Gerät von Klüver und Schulz:
Zunächst haben wir untersucht, wie die Messungen mit den theoretischern Werten übereinstimmen. Dazu haben wir die Zuckerlösung (Saccharose, Fructose und Glucose) von 80 g / 280 ml Lösung in Schritten von 20 ml (ca. 2,5 cm) gemessen. Wie erwartet, ergab sich eine lineare Abhängigkeit. Einseitige Abweichungen wurden über eine Trendgerade vermindert, so dass sich eine scheinbar gute Übereinstimmung mit den erwarteten Ergebnissen ankündigte. Tatsächlich zeigte aber die theoretische Berechnung auf die vorgegebene Konzentration doch erhebliche Abweichungen zu den errechneten Werten (1,241 dm,. 80 g / 280 ml Lösung). 
 
Die von uns eingeführte Kontrollzeile ist nicht im Sinne einer Auswertung zu betrachten, da sich Differenzen durch Anzahl und Art der Stoffe verändern. Wir wollten damit lediglich eine grobe Ko0ntrolle haben, ob sich die ermittelten Zahlenwerte individuell entwickeln oder im Zusammenhang mit den Literaturwerten stehen. Da auch in den folgenden Tabellen in den Summen der berechneten und experimentell ermittelten Zahlenwerten prinzipiell große Ähnlichkeiten auftreten, gehen wir davon aus, dass das Gerät den grundsätzlichen Erwartungen entsprechend reagiert. Auch die Tatsache, dass die Firma Klüver & Schulz in der Gebrauchsanleitung keine Angaben zur Messgenauigkeit (spezifische Drehung) macht und lediglich Versuchsvorschriften zur Ermittlung der linearen Abhängigkeit der Drehwinkel angibt, gehen wir davon aus, dass die nicht gerade verkaufsfördernd wirkenden Abweichungen von ca. 12° (>30 % Zuwachs) zu den erwarteten Literaturwerten bekannt sind.
Die eingeführten Mittelwerte betreffen den vorzeichenlosen Betrag und geben somit eine allgemeine Abweichung zwischen den berechneten und erwarteten Ergebnissen an. Insgesamt sind sie also Hilfen in der Auswertung, haben aber keinen eigenen wissenschaftlichen Wert. 
Im einzelnen ist erkennbar, dass sich bei den einzelnen Zuckerarten doch deutliche Abweichungen von den berechneten Drehwinkeln ergeben. Je nachdem, welcher Bezugspunkt bei der Berechnung der prozentualen Abw2eichung gewählt wird, ergeben sich doch deutliche Unterschiede.
Wir haben dann die ermittelten Zahlenwerte nach der Formel <[?] (spezif.) = [?] (gemessen) x 280 / d x 80> auf die spezifische Drehung zurückgerechnet und mit den Literaturwerten verglichen (1 g Zucker / g Lösung bei 1 dm Schichtdicke).Die Graphik zeigt die mittlere Abweichung, die in anschließender Tabelle detailliert dargestellt ist. 
Wegen der linearen Abhängigkeit ähneln sich viele Zahlen. Die hohen prozentualen Abweichungen vom spezifischen Drehwinkel dürfen nicht als fehlerhafte Messungen gesehen werden, sondern entstehen durch die Versuchsbedingungen (abweichende Schichtdicken und Konzentrationen), täuschen also nur große Fehler vor. Erst bei der Umrechnung auf die für die spezifischen Drehungen festgelegten Konzentration von 1 g / cm3 und Schichtdicken von 1 dm lassen sich die Unterschiede erkennen. Dabei treten natürlich gleiche, durch rechnerische Rundungen leicht veränderte Zahlenwerte auf, wie beim Vergleich der Messwerte mit den berechneten Drehwinkeln. 
Durch Wiederholung der Versuche wurden die Ergebnisse prinzipiell bestätigt, so dass wir davon ausgehen, dass die Ursachen für die Erhöhung der Drehwinkel mit den Versuchsbedingungen zusammenhängen. Einerseits könnte es an der im K-Gerät benutzten Polarisationsfolie und andererseits im Fehlen des Natriumlichtes (D-Linie) liegen. Möglicherweise spielen auch beide Faktoren eine gleichgerichtete Rolle, so dass dadurch die beschriebenen Abweichungen zustande kommen. Dabei ist es für uns kein Widerspruch, dass die Zunahme der Drehwinkel in unterschiedliche Richtung erfolgt. Vielmehr scheint es so zu sein, dass der Drehwinkel als vorzeichenloser Betrag erhöht, die Drehung im Gerät also unabhängig von der Richtung verstärkt wird. Dafür spricht auch die Tatsache, dass wir im Katalog der Firma Fluka Drehwinkel gefunden haben, die bei 546 nm gemessen worden sind. Dabei ergab sich für Glucose (Nr. 49150) ein Wert von 62° ±3°, während der Wert für die D-Linie bei 53±3 angegeben wird. Man sieht auch daran, dass die Messungen erhebliche Spannweiten haben können, vor allem dann, wenn die Chemikalien wie in diesem Fall nicht ganz rein sind. (98 %-ig). Demnach gehen wir davon aus, dass unsere Entscheidung, kostensparend mit „Billigchemikalien“ zu arbeiten, für die Untersuchung nicht förderlich war und somit zu zusätzlichen Fehlern in den Messungen geführt haben. 
Man kann also sagen, dass die E-Werte im Schnellvergleich der Messwerte um einem Betrag von ca. 5 % zu niedrig ausfallen und durch entsprechende Aufschläge korrigiert werden müssen. Für 10° müssen also 0,5° zugezählt werden, was aber besonders bei kleinen Messwerten nicht ins Gewicht fällt und teilweise auch durch größere Messfehler kompensiert wird. 
Die erste Reihenuntersuchung mit Saccharose führte erwartungsgemäß zu einer linearen Abhängigkeit. Die besondere Überraschung bestand aber darin, dass die Messwerte von kleinen Abweichungen abgesehen fast vollständig mit den Berechnungen übereinstimmten. Bei den weiteren Messungen mit Fructose und Glucose ergaben sich ähnliche Ergebnisse, wie die folgende Graphik und die Tabelle mit den Mittelwerten zeigt. 
Zusammenfassung:
Nachdem wir uns mit der Theorie zum polarisierten Licht ausführlich auseinandergesetzt und uns mit der Lichtdrehung durch Chemikalien beschäftigt hatten, ergaben sich Überlegungen zum Bau eines eigenen Gerätes. Dabei mussten finanzielle und technische Probleme überwunden werden, bei denen uns die beiden Betreuungslehrer Herr Hillnhütter (Umsetzung der Baupläne) und Herr Köhler (Theorie, Messungen und Auswertungen) dankenswerter Weise sehr geholfen haben. Dadurch war es uns möglich, ein ausgesuchtes Thema von der Theorie über die praktische Umsetzung bis zur Messung und der Auswertung zu verfolgen. Dabei mussten immer wieder viele Schwierigkeiten überwunden werden, so dass wir eine umfangreiche, aber auch spannende Untersuchung hinter uns haben. Auch wenn wir im Nachhinein feststellen müssen, dass wir in der Untersuchung durch ungeschickte Wahl von Stoffmengen und Konzentrationen zusätzliche Schwierigkeiten eingebracht haben, können wir aber sagen, dass die Ergebnisse in den Grundzügen aussagekräftig und generalisierbar sind. Besonders schwierig war für uns die Tatsache, dass einzelne Messdaten zur Schichtdicke und Konzentration durch fehlende Festlegung und unterschiedliche Handhabung immer wieder zu kleineren Abweichungen bei den ermittelten Ergebnissen geführt haben, so dass es manchmal schwer war, zu übereinstimmenden Endergebnissen zu kommen. Ein Grund lag darin, dass wir durch getrennte Auswertungen kleine Differenzen erzeugt haben, die dann durch unterschiedliche Taschenrechner beim mehrfachen Umrechnen zu Fehlern führten, deren Herkunft wir manchmal nicht oder nur nach längerem Suchen nachvollziehen konnten. Da die Abweichungen aber klein und die Spannweiten der Winkelmessungen zum Teil recht groß sind, lassen sich diese Unstimmigkeiten vernachlässigen. 
Auch die Tatsache, dass die von uns verwendeten Chemikalien nicht so rein waren, dass sie den notwendigen Bedingungen zur genauen Messung entsprochen haben, ist für unsere Untersuchung nur bedingt von Bedeutung. Durch die zeitgleiche Untersuchung der beiden vorgestellten Geräte mit den gleichen Lösungen ergaben sich, bezogen auf die gleiche Zuckerart, für alle Messungen die gleichen Versuchsfehler. 
Insgesamt sind die ermittelten Versuchsergebnisse gerätebezogen nicht widersprüchlich, obwohl wir nicht sagen können, ob die verwendeten Chemikalien durch Verunreinigungen uns Alterung zu Drehwinkelverschiebungen geführt haben. Besonders erstaunt hat uns, dass die mit unserem Gerät erzielten Ergebnisse den Literaturwerten so nahe gekommen sind, dass von einer fast völligen Übereinstimmung gesprochen werden kann. Allerdings ist es nicht ausgeschlossen, dass die gemessenen Verschiebungen der Drehwinkel bei Verwendung reiner Stoffe so verändert werden, dass auch unser Gerät größere Abweichungen zu den Literaturwerten aufweist. Bei der zu erwartenden gleichgerichteten Verschiebung, würden sich dann die mit dem K-Gerät ermittelten Ergebnisse Literaturwerten annähern, während sich die im E-Gerät gemessenen Drehwinkel hingegen mehr entfernen würden. 
Andererseits ist es kein Widerspruch zur Theorie, wenn die im K-Gerät gemessenen spezifischen Drehungen bezogen auf die D-Linie im Mittel um ca. 47,77 % bzw. 32,26 % steigen. So kann man dem Katalog von Fluka entnehmen, dass sich die spezifischen Drehwinkel schon bei geringen Änderungen der Wellenlänge des Lichtes von 589,3 nm (D-Linie des Natriumlichtes) auf 546 nm bei Saccharose um 11,5°, bei Fructose um 16° und bei Glucose um 9,5° gleichgerichtet verändern. Auch hier ist festzustellen, dass sich die Drehwinkel verstärken und im Mittel um den gleichen Betrag von ca. 17,59 % bzw. 14,95 % bezogen auf die spezifische Drehung bei der D-Linie erhöhen. Die im K-Gerät beobachteten höheren Abweichungen könnten dann durch ein mehr zum Blaulicht hin verschobenen Wellenlängen zustandekommen.

      Bilder und Zeichnungen