Olivia Margrethe Lynch, 19 år, Oslo by Steinerskole vant førstepris i klassen for naturvitenskap og teknologi. Unge forskere 2017 med oppgaven om “Selvlaget spektrofotmeter”.
Sammendrag av oppgaven
Spektrofotometri er bruken av lys til å bestemme konsentrasjonen i en hvilken som helst løsning. Spektrofotometeret har blitt mye brukt til kvantitativ analyse i områder som for eksempel kjemi, biologi og biokjemi, der det blant annet er blitt brukt til å bestemme enzymkatalyserte reaksjoner og til å undersøke blod og vev i klinisk diagnostikk. Disse instrumentene er ikke lenger bare tilgjengelige for store forskningslaboratorier, men er blitt enkle nok til at de kan anvendes av elever i undervisning. Mange av instrumentene er faktisk blitt så enkle å bruke at alt arbeidet er redusert til å trykke på en virtuell knapp. Det følger imidlertid også negative konsekvenser med disse fremskrittene. Hensikten med bruken av spektrofotometer i skolen er at elever skal få en dypere forståelse for prinsippene bak instrumentet og forstå hvorfor det fungerer. Faren ved disse nye instrumentene er at elever utfører forsøk uten å fatte teorien bak, da det blir for abstrakt. Et spektrofotometer kan koste flere tusen kroner, men ved hjelp av et mobilkamera, en datamaskin og et par billige deler, kan et muligens tilsvarende bra apparat lages.
Forsøket går ut på å sammenligne et selvlaget spektrofotometer med et kommersielt spektrofotometer. De blir testet på flere områder for å finne der de ulike fungerer best.
Et helt grunnleggende spektrofotometer består av tre deler; en lyskilde, en monokromator og et fotometer. Dette selvlagde spektrofotometeret er laget ved å dekomponere det klassiske oppsettet. Lyskilden er en LED-diode som sender lys gjennom en kyvette med prøveløsning i et helt mørkt rom. Lyset dioden sender ut ses på gjennom et diffraksjonsgitter som skiller ut lysspekteret fra lysstrålen. I det klassiske oppsettet sendes kun en spesifikk bølgelengde til fotocellen, da bølgelengden er blitt isolert gjennom en spalt, mens i denne varianten blir hele det synlige spekteret fotografert. Fotografiet er deretter overført til et dataprogram som registrerer lysintensiteten i de ulike bølgelengdene i spekteret ved å se på pikslene i bildet.
Det resultatene viste, var at i de kvantitative forsøkene med fortynningsrekkene klarte ikke det selvlagde spektrofotometeret å fremstille gode nok resultater til å kunne lage en like presis kalibreringskurve som det kommersielle spektrofotometeret. Når det gjaldt forsøkene med klorofyll, klarte derimot det selvlagde sprektrofotometeret å produsere enda tydeligere resultater enn det kommersielle.
Basert på forsøkene, kan det derfor konkluderes at det er mulig å fremstille like nøyaktige resultater med et selvlaget spektrofotometer som med et kommersielt, men at et kommersielt spektrofotometer er mer anvendelig og kan gi gode resultater i situasjoner der et selvlaget ikke kan.
Intervju med Olivia
Hvordan valgte du tema for din oppgave?
– Vi hadde jobbet med spektrofotometri på skolen, og da hadde vi brukt et kommersielt spektrofotometer til å utføre forsøk. Jeg husker at jeg ikke skjønte hvordan instrumentet fungerte og at jeg var frustrert over det. Da vi noen måneder senere skulle velge temaer for fordypningsoppgaver, kom jeg over en nettside som viste at det var mulig å bygge et spektrofotometer fra scratch. Dette appellerte til meg, og jeg valgte å gjøre en sammenligning mellom de to spektrofotometerne. Målet mitt var å undersøke om det selvlagde spekrofotometeret kunne produsere like nøyaktige resultater, og om det i så fall var bedre egnet til skolebruk, da man lærer mer av å bygge det selv.
Hva lærte du av arbeidet?
– Det å skrive denne oppgaven ga meg først og fremst mer trygghet på mine egne evner. Vi kunne skrive om så og si hva vi ville innenfor fagene våre, og det var selvstendig arbeid. Å skrive oppgaven var veldig lærerikt fordi det lærte meg å finne svarene selv. Deltakelsen i Unge forskere var interessant. Det mest spennende var å høre om alle de andre deltagernes prosjekter. Ikke bare de naturfaglige, men også de humanistiske. Det var veldig mange gode bidrag, så jeg føler meg veldig beæret over å ha vunnet.
Hva gjør du nå?
– Jeg valgte å ta et friår etter videregående hvor jeg flyttet til utlandet og lærte meg et nytt språk. Til høsten har jeg faktisk valgt å gå i en annen retning og skal begynne på rettsvitenskap ved UiO. Som del av premien får jeg delta på en internasjonal konkurranse i Tallin i september. Det gleder jeg meg veldig til. Jeg får også delta på nobelprismiddagen i Stockholm i desember. Der skal jeg bli med på et seminar hvor jeg får jeg møte unge mennesker fra hele verden. Det tror jeg kommer til å være utrolig givende.
Juryens vurdering
Kandidaten beskriver prinsippene bak spektroskopi og hvordan hun praktisk går fram for å lage sitt eget spektrofotometer/kolorimeter med en LED som lyskilde, et diffraksjonsgitter for å spre lyset, et mobilkamera for å registrere spektra og et dataprogram som dechiffrerer transmisjonsspektret. Arbeidet er inspirert av ny innovativ forskning der Smartphones brukes til å dokumentere spektra, som så dechiffreres ved hjelp av enkle «open source» dataprogrammer.
Juryen uttaler: Problemstilling og motivasjon for å gjennomføre prosjektet beskrives og teori og prinsippene bak spektrofotometri forklares på en utmerket måte. Resultatene er oversiktlig presentert, og diskusjonen og konklusjonen vitner om en reflektert eksperimentalist og forfatter. Fremstillingen holder god akademisk standard. Juryen har enstemmig bestemt at arbeidet skal premieres med en 1. pris i klassen for naturvitenskap og teknologi i Unge forskere 2017.
