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Bärtierchen, Gelbe-Rüben-Carotin und das DIY-Raman-Spektrometer

Ertrinken auch Sie, liebe Leserinnen und Leser allmählich im World Wide Web? Erschrecken Sie angesichts mancher Kommentare aus den Tiefen der Volksseele?

Lesen Sie statt dessen das Bärtierchen-Journal #200 - garantiert hassfrei!


[ Echiniscus Bärtierchen 'Tönnchen' im Raman ]


Abbildung: Bärtierchen-"Tönnchen" (Bärtierchen-Trockenstadium) unter einem selbstgebauten Mikroskop-Raman-Spektrometer. Die rote Kurve zeigt das Raman-Spektrum des nur ca. 50 µm großen Echiniscus sp. Bärtierchens, mit Hilfe eines grünen Lasers durch das Deckglas hindurch (!) aufgenommen, die schwarze Kurve das Raman-Spektrum einer Scheibe von einer ganz gewöhnlichen Gelben Rübe.
Die in beiden Fällen klar erkennbaren, sehr starken Signale bei einem Raman Shift von ~1150 bzw. ~1510 entsprechen den literaturbekannten Hauptbanden des ß-Carotins (bzw. chemisch eng verwandten Carotinoiden). Wir haben uns insofern aus eigener Kraft davon überzeugt, dass die orangerote Farbe der Echiniscen (die ja auch oben auf unserem altbackenen Banner zu sehen ist) aller Wahrscheinlichkeit nach durch Carotin verursacht wird. Die Banden unterhalb eines Raman-Shift-Wertes von 600 sind übrigens allesamt Artefakte, unserem Setup geschuldet, durch das Ausblenden der starken Laser-Anregungsstrahlung entstanden. Ohne dieses Ausblenden würde der Anregungslaser das Nutzspektrum überstrahlen.

Hoffentlich leuchten in den grauen Zellen der geschätzten Leserschaft nun einige Fragezeichen auf. Nachdem allerdings zu diesem frühen Zeitpunkt naturgemäß noch niemand nachhaken kann, möchten wir einige der zu erwartenden Fragen vorwegnehmen, die da wären:

F: So ein Bärtierchen besteht doch nicht nur aus Carotin! Wieso sieht man im Raman-Spektrum dann keine Proteine, Fette, Zucker oder sonstige Biochemie?
A: Carotinoide zeigen eine sogenannte Raman-Resonanz. Sie liefern deshalb besonders starke Signale, die die restliche Biochemie des Bärtierchens um ein Vielfaches überstrahlen. Im obigen Spektrum der Gelben Rübe erkennt man bei genauerem Hinsehen im Bereich der hohen Raman-Shift-Werte noch weitere, kleinere Banden, die teils von anderen Substanzen erzeugt werden. Das Bärtierchen-Spektrum ist wegen der technischen Schwierigkeiten allerdings stark verrauscht, so dass dort nur noch das Carotin zu erkennen ist.

F: Ramen kenne ich gut, das ist ein indisches Nudelgericht, oder japanisch, egal. Wie genau ist nun der Zusammenhang mit der Analytik zu verstehen?
A: Die Grundlagen der Raman-Spektrometrie werden wir in einem späteren Journal kennenlernen. Hier sei lediglich vorab erklärt, dass bei diesem Verfahren ein scharf gebündelter Laserstrahl mit einer einzigen Wellenlänge (z.B. grünes Licht mit einer Wellenlänge von 532 nm) auf das jeweilige Untersuchungsobjekt gerichtet wird. Mehr als 99,9% der Laserstrahlung bleiben hierbei unverändert. Ein verschwindend geringer Rest "sieht" jedoch die Chemie des Untersuchungsobjekts und kehrt mit veränderter Wellenlänge zurück (Wellenlängenverschiebung, Raman Shift). Das hierbei entstehende Satellitenmuster aus winzigen Streusignalen ist substanzspezifisch und deshalb analytisch nutzbar, während das extrem starke Laser-Anregungssignal (mit Raman Shift = 0) ausgefiltert werden muß.

F: Das ist ja alles Schwindel, genau wie Eure freche Erfindung der Bärtierchen! Wie soll man denn auch in einen mit Glas verschlossenen Objektträger hinein analysieren können?
A: Es funktioniert so wie bei den transparenten Waschbeuteln in der Flugsicherheitskontrolle. Auch dort fokussiert man auf die interessierende Substanz. Das Laserlicht passiert problemlos Plastikhüllen oder Glaswandungen, trifft dann das Objekt und erzeugt dort ganz brav die substanzspezifischen Raman-Signale.

F: Hi, schickt mir doch mal schnell einen Bauplan auf Papier. Es eilt, weil ich übermorgen in Urlaub fahre und vorher noch ein paar Spektren aufnehmen möchte.
A: Bitte ein wenig Geduld - Laserschutzbrille besorgen - und auf weitere Bärtierchen-Journale mit technischen Erläuterungen warten.

F: Ich bin bekennender Bärtierchenfreak, habe von meiner Großmutter knapp € 58.000 geerbt und möchte mir nun im Hinblick auf die Bärtierchen-Spektrometrie ein geeignetes Raman-Spektrometer kaufen. Basteln liegt mir aber nicht besonders. Könnt Ihr mir vielleicht ein Neugerät empfehlen?
A: Das wird knapp. Kommerzielle Raman-Spektrometer-Mikroskope liegen typischerweise in Preisregionen über € 100.000. Wir hätten da allerdings eine Idee - ein vergleichsweise günstiges DIY-Gerät, Sie müßten sich jedoch schnell entscheiden, bevor es weg ist.

F: Was haben die Komponenten für Euer DIY-Spektrometer denn so gekostet?
A: Ohne Mikroskop ca. € 500. Allerdings sind die Kosten für den Laptop noch nicht dabei. Wir verfügen hier glücklicherweise über einen blitzschnellen Dell D600, Baujahr 2004, mit "Pentium Inside"-Aufkleber, auf dem Windows® XP anstandslos läuft - ganz im Sinne des XP-Markteinführungsmottos in Deutschland: "Das digitale Zeitalter erleben".
Angesichts des ungemein edelgrauen Profi-Laptops mit seinen flippigen Logo-Aufklebern könnte man fast denken, wir wären jetzt womöglich schon mitten drin, in diesem digitalen Zeitalter!



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© Text, Fotos und Filme von  Martin Mach