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: 61
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: 2252
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: 61
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: 101
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: 2252
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: 15
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: 61
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: 615
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: 61
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: 1
Skąd: Wrocław, Dolnośląskie
Wysłany: Wczoraj 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: 102
Skąd: Częstochowa
Wysłany: Wczoraj 22:20   

Qbab sworzyłeś ten zacny program w EV3-G czy innym narzędziem ?!!
 
 
 
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 0,069 sekundy. Zapytań do SQL: 13