UNIVERSITÄTSBIBLIOTHEK

Entwicklung eines Smartphonephotometers zur Anwendung in der Umweltanalytik und dem Weinbau

  • Die Entwicklung des ersten 3D-druckbaren Smartphonephotometers zur Erfassung kinetischer und statischer Messdaten enzymatischer und chemischer Reaktionen am Smartphone ohne den Einsatz zusätzlicher elektronischer Komponenten oder aufwändiger optischer Komponenten wird vorgestellt. Die Entwicklung erfolgt sowohl im Bereich der Umweltanalytik zum Nachweis von Schwermetallbelastungen in Gewässerproben im Rahmen von Citizen Sciences Anwendungen als auch als point of need Analysesystem zum industriellen Einsatz in Winzereibetrieben unter jeweils angepassten Zielsetzungen und Beispielsystemen. Für die verschiedenen Anwendungsbereiche werden unterschiedliche Systeme mit angepassten Zielsetzungen entwickelt. Ein küvettenbasiertes System wird in Hinblick auf die Anforderungen des Citizen Sciences Bereichs entwickelt. Ein kapillarbasiertes Smartphonephotometer und –nephelometer wird entwickelt um den Anforderungen in Winzereibetrieben optimal zu entsprechen. Verwendung finden im Bereich der Umweltanalytik enzymatische Assay, die in herkömmlichen Küvetten durchgeführt werden. Die Assays beruhen auf der Erfassung inhibitorischer Effekte auf die Aktivität von Enzymen und Enzymkaskaden durch Schwermetallbelastungen in Gewässerproben. Im Anwendungsfeld der Weinanalytik werden chemisch Parameter am Smartphonephotometer bestimmt. Die photometrische Analyse wird in vorkonfektionierbaren Assaykapillaren durchgeführt. Dies ermöglicht die Realisierung minimaler Anforderungen an die durchführenden Personen bei maximaler Reproduzierbarkeit der Untersuchungsergebnisse. Die Smartphonephotometer sind unter Verwendung der smartphoneeigenen Blitzlicht-LED als Lichtquelle in der Lage Änderungen der Extinktion in den Wellenlängenbereichen von 410-545 nm, 425-650 und 555-675 nm zu quantifizieren. Die Einschränkung der spezifischen Wellenlänge wird durch die inhomogenen Emissionsspektren der LED der Blitzlicht-LED des Smartphones verursacht. Nephelometrische Trübungsmessungen können bis zu einer Trübung von 250 FNU quantitativ durchgeführt werden.
  • The development of the first 3D-printable smartphone photometer for the acquisition of kinetic and static measurement data of enzymatic and chemical reactions on the smartphone without the use of additional electronic components or complex optical components will be presented. The development takes place both in the field of environmental analysis for the detection of heavy metal contamination in water samples within the scope of citizen sciences applications and as a point of need analysis system for industrial use in wineries with adapted objectives and example systems. For the different application areas different systems with different objectives are developed. A cell-based system will be developed with regard to the requirements of the citizen sciences area. A capillary based smartphone photometer and nephelometer will be developed to optimally meet the requirements of wineries. In the field of environmental analysis, enzymatic assays are used which are carried out in conventional cuvettes. The assays are based on the detection of inhibitory effects on the activity of enzymes and enzyme cascade cadences caused by heavy metal contamination in water samples. In the field of wine analysis, chemical/biological parameters are determined using a smartphone photometer. The photometric analysis is performed in assay capillaries that can be pre-assembled. This enables the realization of minimum requirements for the persons carrying out the test with maximum reproducibility of the test results. The smartphone photometer is able to quantify changes in absorbance in the wavelength ranges of about 410-545 nm, 425-650 and 555-675 nm using the smartphone's own flashlight LED as a light source. The restriction of the specific wavelength is caused by the inhomogeneous emission spectra of the flashlight LED of the smartphone. Nephelometric turbidity measurements can be performed quantitatively up to a turbidity of 250 FNU.

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Metadaten
Author:Matthias Schäfer
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-57631
Advisor:Roland Ulber
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2019/10/24
Year of Publication:2019
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2019/10/23
Date of the Publication (Server):2019/10/25
Tag:3D-Druck; Smartphoneanalytik; Umweltanalytik
Number of page:XII,104,Anhang
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)