Forum LUGPol Strona Główna Forum LUGPol
www.lugpol.pl

FAQFAQ  SzukajSzukaj  UżytkownicyUżytkownicy  GrupyGrupy
RejestracjaRejestracja  ZalogujZaloguj

Poprzedni temat «» Następny temat
[MOC] Spektrofotometr
Autor Wiadomość
Qbab 

Wiek: 39
Dołączył: 06 Gru 2013
Wpisy: 66
Skąd: Kraków
Wysłany: 2017-01-03, 10:38   [MOC] Spektrofotometr

Spektrofotometr



Po pierwsze co to jest? Jest to urządzenie które w oparciu o pomiar intensywności światła przechodzącego lub odbitego od próbki wykorzystując Prawo Lamberta-Beera pozwala na wyznaczenie pewnych jej właściwości, np. stężenie roztworu, oczywiście jeśli próbką jest roztwór substancji pochłaniającej promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie pracy spektrofotometru.

Prawo Lamberta-Beera mówi że absorbancja jest proporcjonalna do długości drogi optycznej i stężenia roztworu.
Czyli mając co najmniej dwa roztwory o znanym stężeniu i mierząc ich absorbancję możemy wyznaczyć równanie pozwalające nam z pomiaru absorbancję wyznaczyć stężenie w nieznanej próbce.

Schemat jest prosty: źródło światła – próbka – sensor.
W bardziej zaawansowanych urządzeniach światło jest monochromatyzowane, w prostszych i tańszych albo używa się diody LED albo nawet po prostu światła białego (o szerokim spektrum – wtedy poprawniejszą nawą jest fotometr)

Pierwszy fotometr pokazywałem jakiś czas temu na festiwalu nauki w Krakowie (tzn. ja zbudowałem a pokazywał go jeden z doktorantów pracujących u nas w instytucie).
Obecna wersja została zbudowana w ciągu około 2-3 godzin (wraz z programowaniem).

W swojej konstrukcji wykorzystałem zmodyfikowany schemat w którym sensor i źródło światła znajdują się po tej samej stronie próbki a światło po przejściu przez próbkę zostaje odbite i przechodzi przez nią drugi raz zanim trafi do detektora. Takie rozwiązanie pozwala na dwukrotne wysłużenie drogi optycznej a co za tym idzie na prace z mniejszymi stężeniami próbki.

Jako pojemnik na próbkę wykorzystałem normalne kuwety o standardowych wymiarach z jakimi pracują komercyjne spektrofotometry – dzięki temu mamy możliwość wykonywania pomiarów dokładnie tak jak w prawdziwym laboratorium.



Jak widać korzystanie z komercyjnych kuwet ma kilka zalet – po pierwsze są zawsze takie same pod względem rozmiarów (drogi optycznej), te do pomiarów w świetle widzialnym są tanie (jednorazówki) oraz uczą stylu pracy na podobieństwo „prawdziwego laboratorium” .

Poza kuwetą nie ma żadnej nie legalnej części, są klocki które można by przystosować do roli kuwety ale uznałem że nie dały by takiego efektu edukacyjnego a oszt zakupu kuwet jednorazowych to kilkanaście złotych za 100 sztuk (i wcale nie trzeba ich traktować jednorazowo – jeśli tylko pracuje się z roztworami które nie uszkadzają samej kuwety i jest się schludnym w pracy to w domu można spokojnie wielokrotnie wykorzystać tą samą kuwetę).

Część „legowa” jest stosunkowo prosta – obudowa to pudełko w którym znajduje się celka pomiarowa czyli miejsce w którym umieszcza się kuwetę na czas pomiaru oraz czujnik światła z lego Mindstorm. Sama celka musi być odizolowana od światła zewnętrznego. Dlatego właśnie zdecydowałem się na zastosowanie głębokiej celki w której kuweta znajduje się daleko od pokrywy urządzenia. Aby ułatwić sobie operowanie kuwetą z roztworem celka jest zmotoryzowana, to znaczy kuweta jest wkładana i wyjmowana wygodnie na poziomie pokrywy a na czas pomiaru jest automatycznie opuszczana w dół do miejsca umieszczenia czujnika.

Dodatkowo obudowa została zaprojektowana tak by można było łatwo otwierać jej górną część i na przykład wymienić baterie w kostce, jak również ma odsłonięte wszystkie porty kostki by można było pracować po podłączeniu do komputera albo np. zapisując wyniki na karcie SD. Obie opcje można wykorzystać np. w czasie eksperymentu kiedy próbka jest mierzona co pewien czas automatycznie a zmiany stężenia wynikają z zachodzącej w niej reakcji chemicznej (pomiar kinetyki reakcji).
No i Film na koniec.



Ostatnio zmieniony przez Qbab 2017-01-03, 15:27, w całości zmieniany 3 razy  
 
 
 
SERVATOR 
VIP


Wiek: 43
Dołączył: 08 Lis 2013
Wpisy: 2289
Skąd: Warszawa
Wysłany: 2017-01-03, 21:54   

Nie za bardzo kapuję o co chodzi... choć brzmi intrygująco. ;)
Mógłbyś pokazać jakiś konkretny przykład z użycia Twojej maszynki do pomiarów? Kostka ma jakiś program?
_________________
Mój "blożek"
Liga Gorących Szesnastek
 
 
 
Qbab 

Wiek: 39
Dołączył: 06 Gru 2013
Wpisy: 66
Skąd: Kraków
Wysłany: 2017-01-03, 22:20   

SERVATOR napisał/a:
Nie za bardzo kapuję o co chodzi... choć brzmi intrygująco. ;)
Mógłbyś pokazać jakiś konkretny przykład z użycia Twojej maszynki do pomiarów? Kostka ma jakiś program?


Już służę pomocą, wyobraź sobie że masz akwarium i chcesz w nim trzymać jakieś wymagające zwierzęta. Dla ustalenia uwagi załóżmy że to akwarium morskie i są to jakies koralowce. Koralowce nie lubią zanieczyszczeń w wodzie - tracą kolory a potem umierają. Jednym z takich zanieczyszczeń jest np. NO3- [ jon azotanowy(V) ] popularnie nazywany przez akwarystów azotanami (nie do końca poprawnie ale niech tak będzie). W sklepie są testy na owe azotany polegające na przeprowadzeniu reakcji w dołączonym pojemniku i porównanie uzyskanej w jej wyniku barwy z wzorcem (karteczka wydrukowana dołączona do testu). I tu zaczyna się problem :) bo o ile różnice między np 1 a 5 widać dobrze o tyle między 5 a 10 już nie każdy rozróżni (a co gorsze w próbce może być np. 7,5 mg/dm3 i ma kolor pośredni.
A wykorzystanie tej zabawki pozwala zmierzyć dwa roztwory (teoretycznie nawet wystarcza jeden ale bezpieczniej dwa) o znanym stężeniu a potem tylko podstawić do odpowiednich równań wyniki dla nieznanej próbki (czyli np naszej wody z akwarium) i dostać dokładny wynik. Czułość takiego legowego urządzenia pozwala spokojnie mierzyć z dokładnością do 0,2-0,5 mg/dm3 w przypadku tego testu (a popatrz na obrazek poniżej i zastanów się czy dałbyś radę tylko oczami uzyskać dokładność rzędu 1 mg/dm3. Tu mała uwaga, podobno kobiety są lepsze w odczytywaniu takich testów i sporo akwarystów korzysta z tego i daje do odczytu takie testy swoim drugim połowom.
Poniżej przykłady testów:

to jest na "azotany"


a tu na "fosforany" - ten jest dopiero "wesoły" przy odczycie.

 
 
 
meler 

Wiek: 43
Dołączył: 26 Sie 2015
Wpisy: 134
Skąd: Warszawa
Wysłany: 2017-01-03, 22:40   

Ciekawe zastosowanie Mindstorma w służbie nauki. Bardzo mi się podoba :)
 
 
 
SERVATOR 
VIP


Wiek: 43
Dołączył: 08 Lis 2013
Wpisy: 2289
Skąd: Warszawa
Wysłany: 2017-01-03, 22:48   

Wstęp zrobiłeś ciekawy, przykład z wodą w akwarium jest jasny ale wolałbym zobaczyć jak to wszystko działa w Twojej maszynie.
_________________
Mój "blożek"
Liga Gorących Szesnastek
 
 
 
stanley 

Wiek: 22
Dołączył: 12 Sie 2014
Wpisy: 17
Skąd: Wrocław
Wysłany: 2017-01-03, 23:16   

Bardzo fajne i pomysłowe zastosowanie ;) a jak wygląda poziom 'skomplikowania' programu w kostce? Chodzi mi o to, czy przy każdym pomiarze próbki najpierw dokonujesz pomiarów wartości "znanych próbek"? Czy może tworzysz coś w rodzaju "bazy roztworów" w pamięci, gdzie z czasem wystarczy podać skład próbki, a kostka sama odczyta z pamięci wartości "znanych próbek"?
 
 
 
Zwariowany 

Wiek: 39
Dołączył: 29 Gru 2016
Wpisy: 29
Skąd: Warszawa
Wysłany: 2017-01-04, 14:56   

Proste a jednocześnie ciekawe i przydatne.Będę musiał wypróbować u siebie w akwarium jak to się sprawdzi.
_________________
MOC jest silna we mnie, a ja jestem silny MOCą
 
 
 
Qbab 

Wiek: 39
Dołączył: 06 Gru 2013
Wpisy: 66
Skąd: Kraków
Wysłany: 2017-01-05, 12:56   

.sd
SERVATOR napisał/a:
Wstęp zrobiłeś ciekawy, przykład z wodą w akwarium jest jasny ale wolałbym zobaczyć jak to wszystko działa w Twojej maszynie.


Nie ma problemu z działaniem. przykładowe wyniki poniżej na wykresie:



na osi X stężenie a na osi Y wartość odczytana z sensora.
Czarna linia to prosty liniowy fit do uzyskanych wyników którego równanie jest na wykresie.
Przy pisaniu programu za pomocą bloków należy pamiętać o "zablokowaniu" czułości, tak na wszelki wypadek.

W kostce mam prosty program który tylko odczytuje sygnał ewentualnie pozwala na ustawienie pomiarów w pętli z ustawianym czasem pomiędzy pomiarami. Jakoś ze względu na zawód ale i na to, że to miało pokazywać ideę pomiarów nie chciałem robić "blacboxa" i bezpośrednio w kostce przeliczać wyników - dzieciaki które w czasie festiwali nauki albo pokazów muszą rozumieć jak to działa, a nie na zasadzie "wkładam i mam wynik".
Ostatnio zmieniony przez Qbab 2017-01-05, 13:00, w całości zmieniany 3 razy  
 
 
 
Biedrus 
The Old Hunter


Wiek: 37
Dołączył: 31 Maj 2015
Wpisy: 661
Skąd: Tarnów
Wysłany: 2017-01-07, 23:45   

Bardzo ciekawy i unikatowy projekt.
Cytat:
W kostce mam prosty program który tylko odczytuje sygnał ewentualnie pozwala na ustawienie pomiarów w pętli z ustawianym czasem pomiędzy pomiarami. Jakoś ze względu na zawód ale i na to, że to miało pokazywać ideę pomiarów nie chciałem robić "blacboxa" i bezpośrednio w kostce przeliczać wyników - dzieciaki które w czasie festiwali nauki albo pokazów muszą rozumieć jak to działa, a nie na zasadzie "wkładam i mam wynik".


Wynik powinien według mnie jednak wyskakiwać, dowodząc kompletności tego Moc-a.
_________________
Moja kolekcja
Ostatnio zmieniony przez Biedrus 2017-01-07, 23:45, w całości zmieniany 1 raz  
 
 
 
Qbab 

Wiek: 39
Dołączył: 06 Gru 2013
Wpisy: 66
Skąd: Kraków
Wysłany: 2017-01-11, 14:44   

Biedrus napisał/a:

Wynik powinien według mnie jednak wyskakiwać, dowodząc kompletności tego Moc-a.


Pozwolę się nie zgodzić, MOC to urządzenie do pomiaru ilości światła jakie przechodzi przez próbkę. Nie do bezpośredniego pomiaru stężenia wybranej substancji - to jest model urządzenia laboratoryjnego a te tak dokładnie działają.
 
 
 
alchemist 

Wiek: 31
Dołączył: 29 Gru 2016
Wpisy: 2
Skąd: Wrocław
Wysłany: 2017-01-21, 21:19   

Wow! Świetny MOC!!! Co prawda sam się nie zajmuję (jeszcze) Mindstormami, ale właśnie najbardziej mnie ciekawi ich zastosowanie jako prostej aparatury badawczej - chodzi mi o hardwarowy poziom skomplikowania systemu, nie o ideę czy programowanie. A ten spektrofotometer jest wg mnie super! Niezgadzam się z Biedrusem, że wynik powinien wyskakiwać od razu. Prawdziwe spektrofotometry z którymi pracowałem tak nie robiły ;) A rozbudzenie ciekawości dzieciaków też jest ważne :)

Oby więcej takich MOC-ów!
 
 
 
Jarema1980 

Wiek: 36
Dołączył: 07 Kwi 2015
Wpisy: 115
Skąd: Częstochowa
Wysłany: 2017-01-21, 22:20   

Qbab sworzyłeś ten zacny program w EV3-G czy innym narzędziem ?!!
 
 
 
Qbab 

Wiek: 39
Dołączył: 06 Gru 2013
Wpisy: 66
Skąd: Kraków
Wysłany: 2017-01-23, 09:22   

Jarema1980 napisał/a:
Qbab sworzyłeś ten zacny program w EV3-G czy innym narzędziem ?!!


Tak w EV3-G - do tego celu jest idealny.
Zresztą nie ma co ukrywać - skomplikowany to on nie jest, odczyt danych z sensora i tyle, a i sterowanie silnikiem.
 
 
 
Jarema1980 

Wiek: 36
Dołączył: 07 Kwi 2015
Wpisy: 115
Skąd: Częstochowa
Wysłany: 2017-01-24, 10:29   

A dało by radę udostępnić na forum tym z zachowaniem wszelakich praw autorskich, itp. do nie-komercyjnego użycia ?!!
 
 
 
Qbab 

Wiek: 39
Dołączył: 06 Gru 2013
Wpisy: 66
Skąd: Kraków
Wysłany: 2017-01-25, 13:04   

Jarema1980 napisał/a:
A dało by radę udostępnić na forum tym z zachowaniem wszelakich praw autorskich, itp. do nie-komercyjnego użycia ?!!


Jak najbardziej, jak to zrobić na forum?

Edit.
Ok. Skoro nikt mi nie podpowiedział jak to zrobić na forum to na jakiś czas wystawiam na swoim serwerze. Plik programu jest pod adresem:

http://www.cyfronet.krako...go/fotometr.ev3
Ostatnio zmieniony przez Qbab 2017-02-01, 09:38, w całości zmieniany 1 raz  
 
 
 
Wyświetl wpisy z ostatnich:   
Odpowiedz do tematu
Nie możesz pisać nowych tematów
Nie możesz odpowiadać w tematach
Nie możesz zmieniać swoich wpisów
Nie możesz usuwać swoich wpisów
Nie możesz głosować w ankietach
Nie możesz załączać plików na tym forum
Możesz ściągać załączniki na tym forum
Dodaj temat do Ulubionych
Wersja do druku

Skocz do:  

phpBB by przemo  
Strona wygenerowana w 0,084 sekundy. Zapytań do SQL: 14