Rationelle Auswertung und Dokumentation von Chromatogrammen durch Computerunterstützung
Mit dieser Arbeit nahm ich beim Wettbewerb Jugend forscht im Fachgebiet
Chemie teil. Nachdem ich beim Regionalentscheid in Passau Sieger geworden
war, durfte ich beim bayerischen Landesentscheid in München antreten.
Dort erreichte ich den zweiten Landessieg und erhielt außerdem ein
Praktikum beim Alfred-Wegener-Institut
für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven als Sonderpreis.
Doch fangen wir von vorne an: Jeder Schüler eines Gymnasiums muß
während des 12. und 13. Schuljahres eine kleine mehr oder weniger
wissenschaftliche Arbeit machen. So machte ich mich zusammen mit meinem
Chemie-Lehrer Franz Hetzer im März 1996 auf die Suche nach einem Thema
für meine Facharbeit. Irgendwann kam dann die Idee auf, es müßte
möglich sein, Dünnschicht- und Papierchromatogramme mit einem
Flachbettscanner einzulesen und mit dem Computer auszuwerten. Nachdem ich
mich davon überzeugt hatte, daß so ein Thema programmiertechnisch
und zeitlich machbar ist, erstellte ich ein DOS-Programm mit Borland Turbo
C++. Da ich unter DOS arbeitete, mußte ich vom Mauszeiger über
den Öffnen- und Speicherndialog bis zur PCX-Decodierung alles selbst
programmieren. Doch als ich diesen Wahnsinn anfing, hatte ich noch keine
Ahnung von der Windowsprogrammierung. Als ich mitten drin war, hatte ich
mich zwar schon mit Watcom C++ beschäftigt, wollte das Programm aber
nicht mehr umstellen, weil ich eben schon so weit war.
Da ich bereits 1995 und 1996 bei Jugend
forscht teilgenommen hatte, meldete ich mich wieder an ...
Kurzfassung meiner Facharbeit
Die Dünnschichtchromatographie (DC) und die Papierchromatographie
sind leistungsfähige Methoden der analytischen Chemie. Ihre großen
Vorteile sind der geringe apparative Aufwand und die einfache Durchführbarkeit
der Trennungen, weshalb sie auch für den Einsatz an Schulen gut geeignet
sind. Prinzipiell können alle möglichen Stoffe chromatographisch
getrennt werden. Chromatogramme von Farbstoffen können sofort nach
der Entwicklung ausgewertet werden, während farblose Substanzen (z.B.
Aminosäuren) zunächst durch Reagenzien sichtbar gemacht werden
müssen. Dies kann durch Aufsprühen der Reagenzlösung oder
durch Eintauchen des Chromatogramms erfolgen. Der Nachteil dieser Technik
liegt darin, daß die Färbung meist nicht über längere
Zeit stabil bleibt, sondern durch Zersetzungsreaktionen schnell verblaßt.
Die Auswertung eines Chromatogramms kann mit bloßem Auge
erfolgen oder mit einem speziellen DC-Scanner, der eine ortsaufgelöste
Messung der diffusen Reflexion durchführt. Da diese relativ teueren
DC-Scanner ausschließlich zur Auswertung von Chromatogrammen genutzt
werden können, lohnt sich die Anschaffung nur in großen Labors.
Ein handelsüblicher Flachbettscanner in Verbindung mit einem PC und
entsprechender Software kann diese Aufgabe ebenfalls erledigen und ist
außerdem für viele andere Einsatzgebiete verwendbar. Jedoch
ist mir keine Software bekannt, die dazu geeignet wäre. Mein Ziel
war es, eine Software zu entwickeln, die in der Lage ist, Chromatogramme
komfortabel auszuwerten und die Ergebnisse zu speichern und zu drucken.
Die eingescannten Chromatogramme werden als PCX-Datei gespeichert und können
anschließend mit meinem Programm ausgewertet werden. Dazu markiert
der Benutzer zunächst die Startlinie, auf der die Substanzen aufgetragen
wurden, und die Frontlinie, bis zu der das Fließmittel vordringen
konnte. Anschließend legt er fest, auf welcher Höhe die Auswertung
erfolgen soll, was besonders bei Chromatogrammen mit mehreren Substanzen
vorteilhaft ist. Der Rechner tastet nun die Helligkeit des Chromatogramms
Pixel für Pixel ab und trägt sie in ein Koordinatensystem ein,
wodurch eine Ortskurve der Lichtabsorption entsteht. Neben der Gesamthelligkeit
werden auch der Rot-, Grün und Blauanteil jedes Pixels erfaßt
und ebenfalls eingezeichnet. Außerdem ist es möglich durch Markieren
mit der Maus Rf-Werte (=Retentionsfaktoren) zu berechnen.
Die so erzeugten Auswertungen können gespeichert und später
wieder geladen sowie ausgedruckt und miteinander verglichen werden.
Wer sich die ganze Facharbeit durchlesen will, kann sich online die HTML-Version
ansehen oder ein gepacktes Word-Dokument (173 KB)
herunterladen. Das Layout der Word-Version entspricht
übrigens nicht 100%ig dem Original, weil die Arbeit in Wordperfect
erstellt wurde und die Konvertierung v.a. bei den Grafikboxen nicht ideal
funktioniert. Da aber leider Word Standard bei Textverarbeitungsprogrammen
ist, entschloß ich mich, eine Worddatei ins Netz zu stellen. Das
Programm selbst, das in der Arbeit beschrieben ist, gibt es (derzeit) nicht
zum Downloaden. Wer das ausführbare Programm haben möchte, kann
mir das per eMail an mail@Michael-Multerer.de
mitteilen. Er bekommt dann von mir eine kostenlose Kopie für den
privaten Gebrauch zugeschickt. Grund für das Fehlen eines direkten
Downloads ist meine Neugierde. Auf diesem Weg erfahre ich, ob überhaupt
jemand mein Programm haben will.
Hier noch ein Bild meines Standes auf dem Landeswettbeweb in München.
Durch Anklicken des Bildes erhält man eine große Darstellung
mit 106 KB.
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