Experimenteren met een USB handmicroscoop

Datum: April-Mei 2010

Materiaal:

  • Celestron 44302 HandHeld Microscoop
  • Objectglaasjes
  • USB koffiebeker warmhoudplaatje
  • Water
  • Kopersulfaat (CuSO4.5H2O)
  • Menthol
  • Kamfer
  • Bekertje
  • Roerstaaf
  • Spatel
  • PC of laptop
  • Infrarood thermometer
  • Strontiumchloride (SrCl2.6H2O)
  • Oxaalzuur (vast, (COOH)2.2H2O)
  • Ultrabright LED (wit)
  • Batterij 9V
  • Batterijhouder
  • Kabels
  • Koolweerstand
  • Regelbare weerstand (1 kOhm)
  • Schakelaar
  • Elektronica project behuizing
  • Dremel of gelijkwaardig met onderdelen om metaal te bewerken (gaten boren).
  • Lijmpistool
  • Glassnijder
  • Peperkorrels
  • Soldeerstation

Uitvoering & resultaten:

  • Koppel het USB warmhoudplaatje aan de PC of laptop.
  • Leg een papiertje op het warmhoudplaatje
  • Koppel de microscoop aan de PC of laptop.
  • Los wat kopersulfaat op in water.
  • Gebruik de roerstaaf om een druppel op het objectglaasje te leggen.
  • Stel de microscoop scherp en observeer.
  • De Infrarood thermometer kunnen we gebruiken om de temperatuur te meten op momenten dat dat interessant lijkt.

Kopersulfaat

 

 

YouTube link: Kristallisatie van kopersulfaat

In deze serie kan men een van de nadelen van de warmhoudplaat zien, deze reflecteert teveel.

Ook kan men mooi zien dat het uitkristalliseren van aan de rand begint. Door de oppervlaktespanning vormt zich een bolvormige druppel. Aan de randen is dan de kleinste hoeveelheid water aanwezig en wordt als eerste een oververzadigde oplossing gemaakt die uitkristalliseert.

De foto's heb ik vervolgens gecompileerd tot het filmpje dat hiernaast is weergegeven.

Kopersulfaat

 

 

YouTube link: Kristallisatie van kopersulfaat

Het reflectieprobleem heb ik proberen op te vangen door papier onder het objectglaasje te leggen.

De Infrarood thermometer geeft aan dat men een temperatuur van 50 įC bereikt op de warmhoudplaat.

Menthol

 
 

YouTube link: Kristallisatie van Menthol


In nevenstaande filmpje is de menthol eerst geen smelten, daarna hebben we de verwarming uitgeschakeld waardoor kristallisatie plaatsvond.

Peperkorrels

 

Niet een echt chemisch of fysisch onderwerp maar wel degelijk een interessant onderzoeksobject onder deze microscoop: Peperkorrels.

Microchemisch onderzoek  
Microchemie is een onderdeel van kwalitatieve analytische chemie. Kwalitatieve analytische chemie vind normaliter in reageerbuizen of op druppelplaten plaats. Daarbij neemt men vaak alleen maar kleuren waar, ook als er neerslagvorming plaatsvindt. Microchemie biedt de mogelijkheid om ook de vorm van de kristallen mee te nemen in het onderzoek.
Los wat strontiumchloride op in water. Leg een druppel op het objectglaasje en schuif er een korreltje oxaalzuur (vast) in. Er vormt zich strontiumoxalaat: (COO)2Sr.

Strontium oxalate  Struktur

Volgens de literatuur ontstaan er prismatische kristallen (naast octaŽders) met duidelijke eindvlakjes die onder een polarisatiemicroscoop recht uitdoven (tetragonaal) en karakteristiek zijn voor Strontium.

Ingezoomd:


 

Ingezoomd:

Ik heb het preparaat ook onder een "normale" lichtmicroscoop bekeken. Het resultaat is weergegeven in onderstaande foto's.

De plaatjes die we op deze manier maken zijn duidelijker dan degene die ik met de Celestron heb gemaakt. Mijn lichtmicroscoop is een professionele microscoop (Euromex ML2000) en een betere optiek zal zeker een rol spelen. Ik vroeg me echter af of het object van onderen verlichten niet ook een beter resultaat zou leveren. Om dat te testen heb ik een kleine opstelling gebouwd m.b.v. een wit ultrabright LED die ik in een plastic doosje stopte. Op de anode van de LED heb ik een voorschakelweerstand gesoldeerd dier ervoor zorgt dat de stroom door de LED gelimiteerd is. Deze opstelling heb ik vervolgens met een 9V batterij verbonden.

Witte ultrabright LED in doosje.
Voorschakelweerstand aan anode.

Op onderstaande foto's is te zien dat onderverlichting inderdaad kan leiden tot een betere kwaliteit foto's.

Zonder onderverlichting

Met onderverlichting

Aangezien dit concept bleek te werken heb ik vervolgens besloten er een meer permanente oplossing van te maken m.b.v. een aluminium elektronicabehuizing die ik nog had liggen. Ik heb gaatjes geboord om  een batterijhouder vast te zetten. Twee grote gaten om een potmeter en een schakelaar te kunnen bevestigen en vervolgens het geheel aan elkaar gesoldeerd m.b.v. kabels.

In het deksel heb ik een rond gat geboord. Vervolgens met een glassnijder een stuk glas van een objectglaasje gezaagd en dat m.b.v. een lijmpistool bevestigd aan het deksel.

Het resultaat is te zien op onderstaande en nevenstaande foto's.

Enkele foto's gemaakt met deze opstelling:

Zonder verlichting:

Met verlichting:

Opgeblazen LED  

Tijdens 'even controleren hoe het ook al weer zit' heb ik een LED opgeblazen (letterlijk!) door er teveel stroom doorheen te jagen (geen voorschakelweerstand).

Er is mooi te zien hoe de stroom zich als het ware door het metaal heeft heen gebliksemd.

Discussie en conclusie:

Ik heb ooit eens eerder een apparaatje gebouwd dat (Verwarmingsplaat voor onder de microscoop) men onder een microscoop kan leggen en dat verwarmd kan worden maar bedacht me laatst dat een USB warmhoudplaatje ook geschikt zou moeten zijn voor dit doel en dan vooral in combinatie met een handheld microscoop. Dat werkt dus inderdaad erg goed.

De Celestron 44302 USB Handheld microscoop is niet de eerste USB microscoop die ik gekocht heb. Het probleem met de anderen van deze soort dat ik had was dat de resolutie net iets te laag was. Dat probleem is wat mij betreft opgelost met deze USB microscoop.

De experimenten laten zien dat de mogelijkheid om een object van onderen te verlichten het in sommige gevallen mogelijk maakt om iets meer details waar te nemen.

Al met al kan ik concluderen dat deze microscoop een goede aanvulling is op mijn onderzoeks instrumentarium.

Literatuur:

  • Dr. A. Schierbeek; "De Wonderwereld van het Microscoop"; van Stockum; 1946; p.34, 35
  • Robert Winokur, Manus Monroe; 'Using a Dissecting Microscope in Teaching Introductory Chemistry'; Journal of Chemical Education; 62 2 1985; p. 157.
  • Loes Modderman; 'Chemie ontvouwt zich onder de lens'; N&T Wetenschapsmagazine; december 2000; p. 84,85.
  • C. van Duijn Jr.; 'Inleiding tot de Mikroskopische Techniek'; Kluwer; 1950; p. 61-120.
  • W. Conard Fernelius, Kenneth D. Detling; 'Preparation of Crystals of Sparingly Soluble Salts'; Journal of Chemical Education; 11 3 1934; p. 176-178.

Relevante websites:

Opmerkingen:

  • Ik zit nu te speculeren of ik een apparaatje kan bouwen dat de verschillende aspecten kan combineren. Verlichting m.b.v. een ultrabright LED gecombineerd met een glasplaatje van geleidend glas  voor verwarming. Apart aanstuurbaar. In een metalen behuizing.
  • Een mogelijkheid om de hinderlijke reflectie van de LED's die in de microscoop zijn ingebouwd tegen te gaan is door de microscoop dichter bij het object te brengen. Dat wil men echter niet doen als men iets aan het verwarmen is.

Achtergrondinformatie:

Smelten is het natuurkundige verschijnsel dat stoffen onder bepaalde omstandigheden (temperatuur) van een vaste toestand direct over gaan tot een vloeistof. Zoals weergegeven in onderstaand diagram met aggregatietoestanden.

Fase-overgangen:
Verschillende fases kunnen naast elkaar bestaan in een systeem. Welke dat zijn is afhankelijk van temperatuur, druk en samenstelling van de diverse fases. Via de grensvlakken tussen de fasen worden voortdurend moleculen uitgewisseld. Als een systeem in (een dynamisch) evenwicht is dan vindt er netto gezien geen stoftransport plaats (gemiddeld in de tijd gezien gaat er evenveel van de ene fase naar de andere fase). Als er geen evenwicht heerst, treedt er net zolang stoftransport op totdat er een stabiele toestand wordt bereikt. Hiermee veranderen dus hoeveelheden en samenstelling van de fases. Als een systeem in een stabiele toestand verkeert, is het aantal fases af te leiden uit de fasenregel van Gibbs:
Het aantal vrijheidsgraden wordt gegeven door: F = 2 + C - P
(2 wordt gegeven door T en P, C is het aantal componenten en P het aantal fasen).
Voor een een componentsysteem (unair) is F dan maximaal 2 en voor een twee componenten systeem is F dan maximaal 3.
Zo is dus het driefasesysteem ijs/water/damp alleen dan stabiel als dampdruk en temperatuur een bepaalde waarde hebben omdat F gelijk is aan 0.  --> F = 2 + 1 - 3 = 0.
Een faseovergang gaat altijd gepaard met veranderingen in een van de toestandsgrootheden van het systeem.

Kristallisatie is een proces dat plaatsvindt in twee stappen. In de eerste stap worden nuclei gevormd (ion- of molecuulaggregaten). In de tweede stap vormen deze nuclei door samensmelting de kristallen. De nuclei worden continue gevormd in de oplossing maar vallen ook weer continue uit elkaar. Om als groeikern te kunnen fungeren moeten ze eerst een bepaalde kritische grootte bereiken.


17/01/2017