Analog-Digital-Wandler / Messprogramme - Computergestützte Experimente Das CASSY-System der Leybold-Didactic Peter Keusch, Universität Regensburg

English version "Mit einem Computer kann man mehr Fehler schneller machen als mit irgendeiner anderen Erfindung der Menschheitsgeschichte - von Pistolen und Tequila möglicherweise abgesehen." Mitch Ratliffe in Technology Review Abb. 1: CASSY-E Interface Das CASSY-System (Computer Assisted Science System) besteht aus zwei verschiedenen Komponenten: ·   Die anwendungsunabhängigen Komponenten - Connector-Karte, Flachbandkabel und das CASSY-Interface - stellen die Grundvoraussetzungen für eine computergestützte Erfassung der Messdaten dar. ·   Die anwendungsabhängigen Komponenten sind für die jeweilige Messung spezifisch und können entsprechend ausgetauscht werden. Dazu zählen Sensoren wie Leitfähigkeitsmesszelle, pH-Elektrode und Temperaturfühler mit den zugehörigen Mess- und Sensorboxen sowie die entsprechenden Programmdisketten (Leitfähigkeit, pH, Temperatur, Multimeter, Poisson). Die Eingänge A/D des Interface sind Analogeingänge für Gleich-und Wechselspannung. Die Eingänge A und D stellen die Steckplätze für die Mess- und Sensorboxen dar. Die Boxen werden durch die Steckverbindungen mit elektrischer Spannung versorgt. Außerdem erfolgt über diese Eingänge die Steuerung und Erkennung der Boxen durch die Software. Bei den Eingängen B und C läßt sich variabel der Messbereich wählen (± O.3V, ± 1V, ± 3V, ± 10V, ± 30V), während an den Eingängen A und D nur fest ± 10V abgenommen werden können. Positive Aspekte Problemlose Kalibrierung der Sensoren (Temperaturfühler, Leitfähigkeitsmesszelle, pH-Sonde). Bei der Kalibrierung der Leitfähigkeits-Sonde wird die Reaktionstemperatur berücksichtigt, so dass der Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Reaktionstemperatur Rechnung getragen wird. ·   Wahl eines beliebigen Messtaktes (Programm: Messen und Auswerten / Multimeter) ·   Wahl von Messbereich und Aufnahmezeit (Programm: Leitfähigkeit / Kinetik) ·   Wahl von Messbereich und Messtakt (Programm: Temperatur) ·   Präsentation der Messwerttabelle ·   Handelsübliche Messgeräte mit Spannungsausgang (z.B. Fotometer) können problemlos genutzt werden (Programm: Messen und Auswerten / Multimeter). ·   Die graphische Auswertung in Diagrammen gestaltet sich sehr komfortabel: - Verbinden von Messpunkten oder deren Darstellung als Kreuze - Löschen von Messwertausreissern - Ausgleichskurve bzw. Ausgleichgerade durch Messpunkte - Überlagerung mehrerer Messkurven - Einblenden eines Gitters - Reduktion von Messkurven auf einen ausgewählten Bereich - Bestimmung von Äquivalenzpunkten (Programme: Leitfähigkeit, pH-Wert) und pks-Werten (Programm: pH-Wert) - Umrechnung der Messdaten mittels eines Formeleditors (Programme: Leitfähigkeit / Kinetik, Messen und Auswerten / Multimeter) - Wahl und Vergrößerung von Kurvenausschnitten - Markierung linearer Bereiche und Bestimmung der Geradensteigung (Programme: Leitfähigkeit / Kinetik, Messen und Auswerten / Multimeter) - Bestimmung der Aktivierungsenergie (Programm: Leitfähigkeit / Kinetik) - Markierung und Ermittlung der Fläche unter einem Kurvenabschitt (Programm: Messen und Auswerten / Multimeter) - Optimierung der Achsen (Programm: Messen und Auswerten / Multimeter) Kritik: ·   Bei kontinuierlichen Leitfähigkeitsmessungen erfolgt die Registrierung von Messwerten stets in 0.5 s - Intervallen. Ein nachfolgendes Löschen zahlreicher Messwertpaare gestaltet sich äußerst umständlich und nimmt einige Zeit in Anspruch. Jedes Messwertpaar muß in der Messwerttabelle einzeln gelöscht werden. Mitunter erweist es sich deshalb als notwendig, die CASSY-Messwerttabelle in MS Excel zu übertragen, um sie dort nach Ausblenden überzähliger Messwertpaare graphisch auszuwerten. Excel's statistische Leistungsfähigkeit ist eindrucksvoll und die graphischen Möglichkeiten sind praktisch unbegrenzt. Konvertierung von CASSY-Dateien in Excel-Dateien: Für die Konvertierung bietet CASSY auf der Diskette 'CASSY-Test' eine Programmdatei 'Diftrans.exe' und das zugehörige Konfigurationsfile 'Diftrans.cfg'. Beide Dateien werden auf der Festplatte gespeichert. Nachdem die Datei 'Diftrans.exe' geöffnet ist, trägt man unter 'File name:' die exakte Bezeichnung der CASSY-Datei z.B. \CASSY\ESTER\ETAC_39.DL3 ein und bestätigt mit der Returntaste. In MS Excel wird anschließend unter dem Dateityp 'Datenaustausch-Format' im Ordner 'CASSY' unter 'Files' die entsprechende Datei geöffnet und als Eceldatei gespeichert. Beim Importieren weiterer Tabellen legt Excel für jede Tabelle eine neue Arbeitsmappe an. Durch Verschieben der einzelnen Tabellenblätter können diese in einer "Zielmappe" zusammengefasst werden. Dies erfolgt unter dem Menübefehl 'Bearbeiten ® Blatt verschieben / kopieren'. Ein in Visual Basic programmiertes Dialogmodul bietet die Möglichkeit Messwertpaare im Tabellenblatt von MS Excel auszublenden, so dass z.B. nur jedes zehnte Messwertpaar bei der Erstellung des entsprechenden Diagramms Berücksichtigung erfährt. Die ausgeblendeten Messwertpaare sind nicht gelöscht und werden deshalb bei Berechnungen im Tabellenblatt berücksichtigt. CASSY-S CASSY-S ist die neue Generation des Computer Assisted Science SYstems - Leybold Didactic, für die die oben erwähnten positiven Aspekte ebenfalls zutreffen. Interface Sensor-CASSY - Versuchsaufbau Fotometrische Messung Hinweise: Software: CASSY Lab (Handbuch Download) Peter Keusch Computergestützte Experimente Mit dem CASSY-System durchgeführte Experimente Abgesehen von der enzymatischen Zersetzung von Wasserstoffperoxid wurden die folgenden Experimente mit dem CASSY-E Interface und den entsprechenden Messprogrammen durchgeführt. Selbstverständlich können alle Experimente mit der neuen Generation CASSY-S begleitet werden. Kinetik: Säurekatalysierte Iodierung von Aceton Ziel: Nachweis einer Reaktion pseudo-nullter Ordnung, Ermittlung der Geschwindigkeitskonstanten und der Aktivierungsparameter Versuchsbeschreibung Alkalische Hydrolyse von Estern Ziel: Nachweis einer Reaktion zweiter Ordnung, Ermittlung der Geschwindigkeitskonstanten und der Aktivierungsparameter Versuchsbeschreibung Enzymatische Spaltung von Wasserstoffperoxid Ziel: Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur und von der Enzym- bzw. Substratkonzentration, Nachweis einer Reaktion erster Ordnung Versuchsbeschreibung Katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid Ziel: Nachweis einer Reaktion erster Ordnung, Ermittlung der Geschwindigkeitskonstanten und der Aktivierungsparameter Versuchsbeschreibung Hydrolyse des tert. Butylchlorids Ziel: Nachweis einer Reaktion erster Ordnung, Ermittlung der Geschwindigkeitskonstanten und der Aktivierungsparameter Versuchsbeschreibung Elektrochemie: Modell-Bleiakkumulator Ziel: Abschätzung der Spannung, des Stromes und der Zeit während des Ladens und Entladens, Ermittlung der Kapazität des Akkumulators und seines Wirkungsgrades Versuchsbeschreibung Radioaktivität: Zerfall von Protactinium-234m Ziel: Ermittlung der Halbwertszeit, Bestimmung der Untergrundstrahlung Versuchsbeschreibung Farbstoffe: Lichtabsorption des Cyanidins Ziel: Ermittlung der Absorptionsmaxima von Cyanidin und seiner Metallkomplexe Versuchsbeschreibung Lichtabsorption der Triphenylmethanfarbstoffe Ziel: Ermittlung der Absorptionsmaxima - Triphenylmethyl-Kation, Kristallviolett, Malachitgrün, Fuchsin, protoniertes Kristallviolett und N-substituiertes Fuchsin Versuchsbeschreibung Negative Solvatochromie Ziel: Verschiebung des Spektrums, Solvenspolarität Versuchsbeschreibung Positive Solvatochromie Ziel: Verschiebung des Spektrums, Solvenspolarität Versuchsbeschreibung