Semester: SS19 Name: MusterwerteGruppe/Team: A3 Versuchsteil: 3

Tabellenblatt Beschreibung

Auftrag Gesamtauftrag für den Versuch Photometrie

A1-A4 Versuchsbeschreibung sowie wichtige Hinweise

M1-M4 Datenblatt zur Aufnahme der Messdaten und Auswertung

M2 Diagramm Diagramm über alle Wellenlängen

Infos Allgemeine Infos und FAQ's

FAQ Häufig gestellte Fragen zum Versuch

Geräte Angaben zu Gerätedaten

Testat Nähere Hinweise zur Erlangung des Abtestats

Inhalt dieser Datei

Integriertes Praktikum Mathematik, EDV und Physik

PHOVersuch: Photometrie

PHOIntegriertes Praktikum Mathematik, EDV und Physik

Gesamtauftrag

Einzelaufträge

Ihre Firma wurde beauftragt, verschiedene Untersuchungen zu Farbmessungen vorzunehmen. Ein Hersteller, der sich auf die Belieferung von Hotels spezialisiert hat, hat für die Kitchenetten und Küchen einen neuen Toaster entwickelt. Arbeitet der Toaster so, dass die Hotelgäste mit dem Toastergebnis zufrieden sein werden? Ein Softdrink-Hersteller arbeitet an einem neuen teehaltigen Getränk. Dazu will er eine neue Dosierungstechnik für den Zusatz des Tees einsetzen. Eine Hotelkette, die in ihren Restaurants sowohl im Freien als auch in geschlossenen Räumen Plätze anbietet, ist mit dem Weißheitsgrad der Tischwäsche unzufrieden. Der Waschmittelhersteller will die Konzentration des optischen Aufhellers optimieren. Eine Firma, die das Farbmessgerät „eXact“ einsetzt, will zusätzlich das Farbmessgerät „Spectroeye“ anschaffen. Inwieweit sind die Messergebnisse der beiden Farbmessgeräte vergleichbar? Eine Abweichung von 5% wird akzeptiert.

Um weiterführende Empfehlungen geben zu können, sind folgende Fragen zu untersuchen: PHO1: Arbeitet der Toaster so, dass die Hotelgäste mit dem Toastergebnis zufrieden sind? Welche Toastzeit empfehlen Sie und was müsste gegebenenfalls am Toaster geändert werden? Was kostet es, eine Scheibe Toast zu toasten? PHO2: Ist es möglich über die Bestimmung der Extinktion (Absorbance) eindeutig den Verdünnungsgrad von Tee zu bestimmen? Welche Parameter sind dafür wichtig? Welche Schritte sind für die Bestimmung notwendig? Wenn die Möglichkeit zur eindeutigen Bestimmung besteht, wie würde dann die Durchführung der Qualitätssicherung in der Realität aussehen? PHO3: Welche Konzentrationen von optischem Aufheller sind anwendbar? Welche Stoffarten eignen sich? Welche Parameter sind für welche Auswirkungen verantwortlich? Welche Lichtarten haben welche Auswirkungen? PHO4: Welche Unterschiede treten auf beim Vergleich der L*a*b*-Werte? Welche Unterschiede treten auf beim Vergleich der Remissionsdaten? Sind Umrechnungen erforderlich und wenn ja, welche? Wieviel Prozent Abweichungen wurden ermittelt? Gibt es Empfehlungen für bestimmte Farben? Geben Sie zu den jeweiligen Punkten Empfehlungen für den Auftraggeber ab!

vor der Messung während der Messung

Integriertes Praktikum Mathematik, EDV und Physik PHO3Versuchsanleitung

3. Bestimmung des 'Weißheitsgrades' von optischen Aufhellern Wäsche wird durch optische Aufheller scheinbar weißer. Behandeln Sie gebleichte Stoffstreifen mit unterschiedlicher Aufhellerkonzentration. Weichen Sie dazu einen Stoffstreifen für ca. 15 Minuten in der jeweiligen Lösung ein. Nehmen Sie ihn heraus und waschen Sie ihn unter laufendem Wasser aus. Legen Sie ihn auf die Bügelfläche und bügeln Sie die Stoffstreifen trocken. Achten Sie darauf, dass keine Gelbfärbung durch zu große Hitze entsteht. Erstellen Sie nun eine Musterkarte. Messen Sie die Farbwerte zweimal mit dem Spektralphotometer ein und bilden Sie den Mittelwert. Zum Umgang mit der Software und dem Gerät lesen Sie die Bedienungsanleitung des "Spectroeyes" durch. Die Werte werden automatisch in die Excelvorlage übertragen. Machen Sie zusätzlich eine visuelle Farbabmusterung unter D65-Tageslicht und unter UV-Licht. Vergleichen Sie Ihre erstellte Probe mit der Probe von nicht gebleichtem Stoff. Vergleichen Sie außerdem die Wirkung von Bleichmittel auf gebleichtem und ungebleichtem Stoff. Bewerten Sie Ihre Ergebnisse sowie die Ergebnisse auf den drei vorgefertigten Musterkarten und geben Sie eine Empfehlung ab. Sie haben für die Durchführung der Aufgabe 60 Minuten Zeit. Sie ist bei zügiger Bearbeitung in 35 Minuten zu schaffen.

durchgeführt von: Musterwerte

Konzentrationopt. Aufheller L* a* b* L* a* b*

0,0000 94,33 0,14 -1,8 94,67 0,26 -1,450,5000 93,96 -0,62 -4,95 93,98 -0,77 -4,70,2500 93,18 0,47 -6,93 93,32 0,4 -6,880,1250 92,55 1,98 -8,61 92,81 1,98 -8,80,0600 92,63 1,98 -7,9 92,87 1,87 -8,040,0300 93,01 1,86 -7,38 92,73 1,79 -7,640,0150 92,47 1,67 -7,26 92,54 1,59 -7,220,0070 93,15 1,5 -6,34 93,01 1,55 -6,520,0035 94,69 1,43 -4,9 93,61 1,37 -5,09

Konzentrationopt. Aufheller L* a* b*

0,0000 94,5 0,2 -1,6250,5000 93,97 -0,695 -4,8250,2500 93,25 0,435 -6,9050,1250 92,68 1,98 -8,7050,0600 92,75 1,925 -7,970,0300 92,87 1,825 -7,510,0150 92,505 1,63 -7,240,0070 93,08 1,525 -6,430,0035 94,15 1,4 -4,995

Erstellen Sie die Diagramme L* gegen Konzentration, b* gegen a*, a* gegen Konzentration und b* gegen Konzentration.

Integriertes Praktikum Mathematik, EDV und Physik PHO33. Bestimmung des 'Weißheitsgrades' von optischen Aufhellern

Erstellen Sie eine Messwerttabelle in der folgende Daten enthalten sind: Konzentration opt. Aufheller, L*, a*, b* für Messung 1 und 2.

Positionieren Sie die Maus auf die Stelle, an der die Werte erscheinen sollen!

Erstellen Sie eine Messwerttabelle, in der folgende Werte enthalten sind: Konzentration opt. Aufheller, Mittelwerte L*, a*, b* der beiden Messungen.

Messung 1 Messung 2

Mittelwerte der Messungen

92,092,593,093,594,094,595,0

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

L*

Konzentration in %

L* gegen Konzentration

-10

-8

-6

-4

-2

0-1 0 1 2 3

b*

a*

b* gegen a*

-10

-8

-6

-4

-2

00,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

b*

Konzentration in %

b* gegen Konzentration

-1,0-0,50,00,51,01,52,02,5

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

a*

Konzentration in %

a* gegen Konzentration

Welche Konzentrationen von optischem Aufheller sind anwendbar?Begründen sie ihre Empfehlung unter Berücksichtigung Ihrer Messdaten.

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FAQ's allgemein

PHO InfosPHO1: Bevor Sie mit dem Versuch beginnen, überlegen Sie sich wie Sie vorgehen wollen. Es

muss gewährleistet sein, dass Sie die Messungen immer an der richtigen Position der Toastscheibe vornehmen und dass Sie Vor- und Rückseite nicht vertauschen.

Stellen Sie die Toastscheiben nach dem Toasten und Messen in den Toasthalter. Die Toastscheiben werden beim Versuch KUE auf Ihre Elastizität getestet. Wenn die Scheiben noch warm auf dem Tisch liegen, werden Sie weich.

PHO3: Bevor Sie die Stoffstücke in die Behälter geben, schütteln Sie die Lösungen mit dem

optischen Aufheller gut durch. Bei hohen Konzentrationen setzt sich der optische Aufheller unten ab. Während der Einwirkzeit schütteln Sie ein zweites Mal alle Lösungen, damit der Stoff gut benetzt wird.

Überlegen Sie bei der Empfehlung für eine Aufhellerkonzentration welche L*, a*, b* Werte optimal für ein reines Weiß wären. Überprüfen Sie dahingehend Ihre gemessenen Werte.

PHO4: Denken Sie daran, dass beim Vergleich zweier Messgeräte nie eine Aussage über die

absolute Güte der Messgeräte gemacht werden kann. Sie können nur Aussagen darüber machen, ob die Geräte relativ zueinander gleiche Werte liefern.

Lesen die Versuchsanleitungen sorgfältig durch. Sie enthält viele nützliche Hinweise. Seien Sie sicher, dass diese Anleitungen nicht zuletzt ein Produkt aus den Fragen und Erfahrungen vieler Studierender vor Ihnen sind. Sollten Ihnen Fehler auffallen, scheuen Sie sich nicht uns darauf anzusprechen. Wir sind dankbar für jeden Hinweis.

Im zweiten Semester gibt es unterschiedliche Excel-Vorlagen auf der Physikhomepage zum Downloaden. Je nach Versuch werden Sie selber Tabellen, Formeln und Diagramme erstellen. Die Vervollständigung der Vorlagen gehört zu Ihrer Vorbereitung. Ohne vervollständigte Datei ist die Versuchsdurchführung ausgeschlossen. Auf der Physikhomepage finden Sie auch Musterlösungen im pdf-Format. Sie sollen Ihnen helfen Ihre Vorlage zu gestalten und Ihre Formeln und Diagramme auf Richtigkeit zu prüfen. Außerdem können Sie sehen, welche Daten während Ihres Versuches aufgenommen werden. Wichtig: Bringen Sie unbedingt Ihre ergänzten Vorlagen auf Ihrem Stick mit!

Sollten Sie nach angemessener Zeit einen Fehler nicht finden, lesen Sie noch einmal die Anleitung durch, ob Sie nicht irgendetwas übersehen haben. Falls nicht, rufen Sie die Aufsicht.

Sie müssen im Praktikum mit der Anwendung der Geradengleichung vertraut sein und aus der Geradengleichung die Steigung ablesen können.

Sie müssen im Praktikum mit der Anwendung der Exponential- und Logarithmusfunktion vertraut sein sowie mit Polynomen 2. Ordnung.

Es wird erwartet, dass Sie die prinzipiellen Abläufe und die Bedienungsanleitungen, die Sie im Netz finden, verstanden haben. Rückfragen sind nur vor dem Praktikumstermin möglich. Der praktische Umgang mit den Geräten wird Ihnen im Praktikum noch erläutert.

Schalten Sie Geräte (außer Computer) erst dann ein, wenn die Aufsicht zustimmt.

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PHO FAQ's

PHO1 Welche Leistung hat der Toaster?

Die Leistungsangaben elektrischer Geräte finden Sie auf einer Plakette auf der Unterseite des Geräts.

Wieso sind meine L*a*b*-Werte beim Toast so unregelmäßig?

Zum einen können die Werte stark von den Musterwerten abweichen, weil Toast ein Lebensmittel ist und niemals identische Werte liefern kann. Zum anderen sollten Sie darauf achten, dass Sie immer an der gleichen Stelle des Toastbrotes messen und die Scheibe immer gleich im Toaster positionieren.

Was sagt das b* gegen a* Diagramm aus?

Schauen Sie sich den Farbkreis genauer an. Die absoluten Größen der a* und b* Werte sagen etwas über die Sättigung der Farbe aus. Ein kleiner positiver a* Wert beschreibt ein blasses Rot, ein kleiner negativer a* Wert ein blasses Grün. Ein großer positiver a* Wert beschreibt ein kräftiges, gesättigtes Rot, ein großer negativer a* Wert ein kräftiges, gesättigtes Grün. Solange die Kurve im b* gegen a* Diagramm steigt, nimmt die Farbsättigung also zu.

PHO2 Wie voll müssen die Küvetten sein?

Das Licht des Photometers dringt ca. in der Mitte durch die Küvette. Füllen Sie die Küvette also ca. zu Zweidrittel um Fehlmessungen auszuschließen.

Wieso verändert das Einfügen der Werte aus dem Photometer meine ganze Tabelle?

Wenn Sie eine Textdatei in Excel einfügen, werden Sie dazu aufgefordert eine Zelle zu markieren, in der die Daten eingefügt werden. Wählen Sie entweder eine Zelle rechts neben den Daten in Ihrer Excel Vorlage, die sie wieder löschen können oder besser ein neues Tabellenblatt. Sie brauchen dann nur die Absorbance Werte für Ihre Auswertung aus den eingefügten Werten herauskopieren und in Ihre Tabelle einfügen.

Warum soll ich x- und y-Werte vertauschen um eine Konzentrationsbestimmung des

Tees vornehmen zu können?

Der Versuch besteht zunächst daraus, für bekannte Teekonzentrationen die Absorbance zu bestimmen. Das heißt, die Konzentration ist der bekannte x-Wert, die gemessene Absorbance der abhängige y-Wert. Wenn Sie diesen Zusammenhang herausgefunden haben, können Sie das Diagramm zur Bestimmung unbekannter Teekonzentrationen benutzen. Dann wird die Absorbance als bekannter Wert auf der x-Achse aufgetragen. Mit Hilfe des Diagramms bzw. der Funktionsgleichung können Sie anschließend die Teekonzentration bestimmen.

Der 'beste' Fall schlechtes Bestimmtheitsmaß0 0 0 01 1 1 22 2 3 23 3 3 44 4 2 4,65 5 5 3,76

nicht auswertbar0 1 0 21 2 2 42 3 4 53 4 3 34 5 3 5

Möglichkeit zur Korrektur durch Wahl des y-Abschnitts b = 1

y = x R² = 1

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5

y = x R² = 0,2309

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5

y = 1,3333x R² = 0,8333

y = x + 1 R² = 1

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5

y = 0,6957x + 2,1304 R² = 0,6547

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5

PHO3 Was sagt das b* gegen a* Diagramm aus?

Schauen Sie sich den Farbkreis genauer an. Die absoluten Größen der a* und b* Werte sagen etwas über die Sättigung der Farbe aus. Ein kleiner positiver a* Wert beschreibt ein blasses Rot, ein kleiner negativer a* Wert ein blasses Grün. Ein großer positiver a* Wert beschreibt ein kräftiges, gesättigtes Rot, ein großer negativer a* Wert ein kräftiges, gesättigtes Grün. Solange die Kurve im b* gegen a* Diagramm steigt, nimmt die Farbsättigung also zu.

PHO4 Wie ermittle ich den Messfehler für die Farbmessgeräte?

Würden beide Messgeräte völlig identische Werte liefern, wäre die Steigung der Geraden 1. Aus der Abweichung der Steigung zu 1 können Sie also den Messfehler bestimmen. Siehe Messfehlerbestimmung in den Versuchen BRI und ZEN des 1. Semesters.

Was sagt der y-Achsenabschnitt b aus?

Stellen Sie sich vor, Sie haben Werte von zwei Messgeräten gegeneinander aufgetragen und die Trendlinie hat die Funktionsgleichung y = x + 5. Da die Steigung 1 ist, könnte man auf die Idee kommen, dass es keinen Messfehler gibt, wie oben beschrieben. Der y-Achsenabschnitt von 5 sagt aber aus, dass das Gerät, dessen Werte auf der y-Achse aufgetragen wurden, immer 5 Punkte mehr gemessen hat als das Gerät, dessen Werte auf der x-Achse aufgetragen wurden. Das deutet auf einen systematischen Fehler hin und kann durch eine Nachberechnung bereinigt werden.

PHO1

PHO2

PHOIntegriertes Praktikum Mathematik, EDV und Physik

Geräte

Photometer Hersteller: Varian Typ: Cary 50

Toaster Spektralphotometer Hersteller: Salco Hersteller: X-Rite Typ: eXact

PHO3

Musterkarte bei Tageslicht Musterkarte bei UV-Licht

Spektralphotometer Hersteller: X-Rite Typ: SpectroEye

PHO4

Spectroeye und eXact siehePHO1 und PHO3

Antestat bestanden: 5 Punkte

Versuchsdurchführung inkl. Exceldatei: 0-10 Punkte

Abschlussgespräch: 0-10 Punkte

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PHO Testat

Der Versuch Photometrie endet mit einem Abschlussgespräch. Bearbeiten Sie dazu im Team das PHO-Ergebnisblatt. Das Abschlussgespräch sollte 10-15 Minuten betragen, d.h. jeder aus einem Viererteam hat 2,5 bis 4 Minuten Zeit. Sie sollten bis spätestens 15 Minuten vor Ende des Praktikums mit Ihren Messungen fertig sein und die Fragen zum Versuch beantworten können. Sehen Sie sich vorher die Infos zu den Abschlusstestaten im Integrierten Praktikum an.