Замаг турших зориулалттай гар хийцийн Женга блок спектрофотометр: 15 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:01

Замаг бол фотосинтетик протистууд бөгөөд усны тэжээлийн сүлжээнд чухал ач холбогдолтой организм юм. Гэхдээ хавар, зуны улиралд эдгээр болон бусад бичил биетнүүд байгалийн усны нөөцийг үржүүлж, дарж, улмаар хүчилтөрөгчийн хомсдол, хорт бодисын үйлдвэрлэлд хүргэдэг. Эдгээр организмын өсөлтийн хурдыг ойлгох нь усны нөөцийг хамгаалах, мөн хүч чадлаа дайчлан ашиглах технологийг хөгжүүлэхэд тустай байж болох юм. Нэмж дурдахад эдгээр организмыг идэвхгүйжүүлэх хурдыг ойлгох нь ус, бохир ус цэвэрлэхэд тустай байж болох юм. Энэхүү судалгаагаар би Пенсильвани мужийн Хоршам дахь Парк Крикээс дээж авсан усанд хлор цайруулагч бодисоор хордсон организмын задралын түвшинг шинжлэх зорилгоор хямд өртөгтэй спектрофотометр бүтээхийг хичээх болно. Газар дээрээс цуглуулсан горхины усны дээжийг шим тэжээлийн хольцоор бордож, замаг ургахын тулд нарны гэрэлд үлдээнэ. Гар хийцийн спектрофотометр нь салангид долгионы урттай гэрлийг дээжийн хуруу шилээр дамжуулж, Arduino хэлхээнд холбогдсон фоторезистороор илрүүлэх болно. Дээжинд байгаа организмын нягтрал нэмэгдэхийн хэрээр дээжинд шингэсэн гэрлийн хэмжээ нэмэгдэх хандлагатай байна. Энэ дасгал нь электроник, оптик, биологи, экологи, математикийн талаархи ойлголтуудыг онцлон харуулах болно.

Би спектрофотометрийнхээ санааг Satchelfrost-ийн зааварчилгаа бүхий "Оюутны спектрофотометр" болон Даниел Р. Алберт, Майкл А. Тодт, Х. Флойд Дэвис нарын бичсэн "Хямд өртөгтэй тоон шингээлтийн спектрофотометр" цааснаас боловсруулсан болно.

Алхам 1: Хөнгөн замын хүрээг бий болго

Энэхүү зааварчилгааны эхний алхам бол зургаан Женга блок ба соронзон хальснаас хөнгөн замын хүрээ үүсгэх явдал юм. Хөнгөн замын хүрээ нь гэрлийн эх үүсвэр, томруулдаг төхөөрөмж, CD дифракцийн торыг байрлуулах, дэмжихэд ашиглагдана. Эхний зурган дээр үзүүлсэн шиг гурван Женга блокыг туузаар наагаад хоёр урт тууз үүсгээрэй. Хоёр дахь зураг дээр үзүүлсэн шиг эдгээр туузыг наана.

Алхам 2: Томруулах төхөөрөмжийнхөө суурийг бий болгож, гэрлийн замын хүрээн дээр хавсаргана уу

Томруулах төхөөрөмжийг гэрлийн замын хүрээ дээр байрлуулж, CD -ээс салахаас өмнө LED -ээс ялгарах гэрлийг төвлөрүүлнэ. Эхний зураг дээр үзүүлсэн шиг нэг блокны дунд хэсэг нь нөгөө блокны төгсгөл хүртэл зөв өнцгөөр байхаар хоёр Женга блокыг наана. Гурав дахь зурагт үзүүлсэн шиг соронзон хальсны тусламжтайгаар томруулдаг төхөөрөмжийг энэ сууринд холбоно уу. Би хэдэн жилийн турш хадгалсан жижигхэн, хямд томруулдаг шилийг ашигласан. Томруулагч төхөөрөмжийг сууринд нь холбосны дараа би томруулагч төхөөрөмжийг гэрлийн замын хүрээ рүү наажээ. Би томруулдаг төхөөрөмжөө гэрлийн замын хүрээний ирмэгээс 13.5 см зайд байрлуулсан боловч томруулдаг шилний фокусын уртаас хамааран төхөөрөмжийг өөр байрлалаар засах шаардлагатай болж магадгүй юм.

Алхам 3: Гэрлийн эх үүсвэрээ үүсгээрэй

CD-ийн дифракцийн сараалж ба фоторезисторт хүрэх төвлөрсөн бус гэрлийн хэмжээг хязгаарлахын тулд би цахилгаан соронзон хальс ашиглан хар үзэгний тагны дээд хэсэгт жижиг нүхтэй байв. Эхний зураг дээр LED, хоёр дахь зураг дээр соронзон хальсны LED үзэгний таг харагдаж байна. Анод ба катодын утаснууд байгаа LED -ийн арын хэсэгт гэрэл тусахгүйн тулд би цахилгаан соронзон хальсны жижиг хэсгүүдийг ашигласан.

LED үзэгний тагийг хийсний дараа би LED-ийг 220 ом эсэргүүцэл, тэжээлийн эх үүсвэрт холбосон. Би LED -ийг Arduino Uno микроконтроллерийн 5V ба газардуулгатай холбосон боловч ямар ч гадаад DC тэжээлийн эх үүсвэрийг ашиглаж болно. LED гэрэл асахгүй байхын тулд резистор нь чухал юм.

Алхам 4: Гэрлийн эх үүсвэрийг гэрлийн замын хүрээ рүү бэхлээрэй

Гэрлийн эх үүсвэрийн тавцан болохын тулд гэрлийн замын хүрээний төгсгөлд өөр нэг Женга блокыг наа. Миний тохиргоонд гэрлийн эх үүсвэрийг дэмждэг Женга блок нь гэрлийн замын хүрээний ирмэгээс ойролцоогоор 4 см зайд байрладаг. Хоёрдахь зурган дээр үзүүлсэн шиг гэрлийн эх үүсвэрийг зөв байрлуулах нь гэрлийн туяа нь CD дифракцийн сараалж байх гэрлийн шугамын эсрэг талын томруулагч төхөөрөмжөөр дамжин төвлөрдөг.

Алхам 5: Гэрлийн замын хүрээ, томруулдаг төхөөрөмж, гэрлийн эх үүсвэрийг Файлын хайрцгийн хайрцагт байрлуул

Спектрофотометрийн бүрдэл хэсгүүдийг хадгалахын тулд файлын хайрцаг эсвэл тунгалаг талгүй өөр битүүмжилсэн савыг бүрхүүл болгон ашигла. Зураг дээр үзүүлсэн шиг би гэрэл зургийн хүрээ, томруулдаг төхөөрөмж, гэрлийн эх үүсвэрийг файл хайрцагны хайрцагт бэхлэхийн тулд соронзон хальс ашигласан. Би нэг Женга блокыг ашиглан гэрэл хайрцгийн дотор талын хананы ирмэгээс ойролцоогоор 2.5 см зайд гэрлийн замыг байрлуулахаар шийдсэн.

Алхам 6: CD -ийн дифракцийн торыг хайчилж, байрлуул

Ойролцоогоор 2.5 см урттай тусгалтай нүүр, тал бүхий дөрвөлжин хэлбэртэй дискийг хобби хутга эсвэл хайчаар хайчилж ав. CD -ийг Женга блок дээр бэхлэхийн тулд соронзон хальс ашиглана уу. Женга блок ба CD дифракцийн торны байрлалаар тоглож, LED эх үүсвэрээс гэрэл тусах үед файлын хайрцгийн хананы эсрэг талын хананд солонго татна. Хавсаргасан зургууд нь би эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хэрхэн байрлуулсан болохыг харуулж байна. Төлөвлөгдөж буй солонго нь сүүлийн зурагт үзүүлсэн шиг харьцангуй тэгш байх нь чухал юм. Файлын хайрцгийн хананы дотор талын захирагч ба харандаа ноорог нь проекц хэзээ жигд байгааг тодорхойлоход тусална.

Алхам 7: Дээж эзэмшигч үүсгэх

Хавсаргасан баримт бичгийг хэвлээд цаасан дээр цаасан дээр наа. Хайч эсвэл хобби хутга ашиглан картоныг хөндлөн хэлбэрээр хайчилж ав. Загалмайн төв хэсэгт хэвлэсэн шугамын дагуу картоныг оноолно уу. Нэмж дурдахад картон хөндлөн огтлолын хоёр гарны дунд ижил өндрөөр жижиг зүсмэлүүдийг хайчилж ав. Эдгээр хагарал нь гэрлийн салангид долгионы уртыг дээжээр дамжуулж фоторезистор руу дамжуулах боломжийг олгоно. Би картоныг илүү бат бөх болгохын тулд соронзон хальс ашигласан. Картоныг онооны дагуу нугалаад туузаар тэгш өнцөгт дээж эзэмшигч үүснэ. Дээж эзэмшигч нь шилэн туршилтын хоолойны эргэн тойронд нягт наасан байх ёстой.

Алхам 8: Дээж эзэмшигчийн суурийг бий болгож хавсаргана уу

Женгагийн гурван блокыг туузаар холбож, угсралтыг дээжийн эзэмшигчид үзүүлсэн шиг хавсаргана. Туршилтын хоолойг дээж эзэмшигчээс гаргаж авахад хавсралт нь картон дээж эзэмшигч нь Женга блокийн сууринаас салахгүй байхаар бат бэх эсэхийг шалгаарай.

Алхам 9: Дээж эзэмшигчид фоторезистор нэмнэ

Фоторезистор нь гэрэл дамжуулагч бөгөөд гэрлийн эрч хүч нэмэгдэх тусам үзүүлэх эсэргүүцлийн хэмжээг бууруулдаг. Би фоторезисторыг жижигхэн модон орон сууцанд наасан боловч орон сууц шаардлагагүй. Арын фоторезисторыг соронзон хальсны тусламжтайгаар түүний мэдрэх царай нь дээж эзэмшигчийн зүссэн ангархайны эсрэг байрлана. Сорьц болон дээж эзэмшигчийн ан цавыг дамжин өнгөрсний дараа фоторезисторыг аль болох их гэрэл тусгахыг хичээ.

Алхам 10: Фоторезисторыг утсаар холбоно уу

Arduino хэлхээнд фоторезисторыг холбохын тулд би хуучин USB принтер кабелийн утсыг хайчилж, хуулсан. Би зураг дээр үзүүлсэн шиг гурван блокыг наагаад дараа нь хуулагдсан утсыг энэ сууринд холбосон. Би хоёр өгзөг залгуурыг ашиглан USB принтерийн кабелийн утсыг фоторезисторын терминалуудтай холбож, суурийг нь наагаад нэг нэгж үүсгэв (дөрөв дэх зурагт үзүүлсэн шиг). Принтерийн кабелийн утаснуудын оронд ямар ч урт утсыг ашиглаж болно.

Фоторезистороос гаралтай нэг утсыг Arduino -ийн 5V тэжээлийн гаралт руу холбоно уу. Фоторезистороос нөгөө утсыг портууд дахь Arduino -ийн аналог руу хөтлөх утас руу холбоно уу. Дараа нь 10 кило-ом эсэргүүцэлтэй зэрэгцээ нэмж резисторыг Arduino-ийн газардуулгатай холбоно. Сүүлчийн зураг нь эдгээр холболт хэрхэн хийгдэж болохыг концептуалаар харуулав (circuit.io кредит).

Алхам 11: Бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг Arduino руу холбоно уу

Компьютерээ Arduino -д холбоод түүнд хавсаргасан кодыг оруулна уу. Кодыг татаж авсны дараа та үүнийг өөрийн хэрэгцээ, шаардлагад нийцүүлэн өөрчилж болно. Одоогийн байдлаар Arduino нь ажиллуулах тоолондоо 125 хэмжилт хийдэг (энэ хэмжигдэхүүний төгсгөлд дунджаар тооцогддог) бөгөөд дохионы аналог нь А2 руу хүргэдэг. Кодын дээд хэсэгт та дээжийнхээ нэр болон дээжийн огноог өөрчилж болно. Үр дүнг харахын тулд Arduino ширээний интерфэйсийн баруун дээд буланд байрлах цуваа дэлгэцийн товчлуурыг дарна уу.

Хэдийгээр энэ нь жаахан эмх замбараагүй байгаа ч гэсэн би Arduino схемийн бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийг хэрхэн холбож дууссаныг харж болно. Би хоёр талхны самбар ашигласан боловч та ганцхан хавтанг хялбархан хийж чадна. Нэмж дурдахад миний LED гэрлийн эх үүсвэр Arduino -той холбогдсон боловч хэрэв та хүсвэл өөр тэжээлийн хангамж ашиглаж болно.

Алхам 12: Дээж эзэмшигчийг файл хайрцагны хайрцагт байрлуул

Өөрийнхөө гараар хийсэн спектрофотометрийг бий болгох эцсийн алхам бол дээж эзэмшигчийг файлын хайрцгийн хайрцагт байрлуулах явдал юм. Фоторезистороос утас дамжуулахын тулд би файлын хайрцгийн жижиг зүсэлтийг хайчилж авав. Системийн бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийг урьдчилан байрлуулах нь файлын хайрцгийн хайрцаг дахь дээж эзэмшигчийн байршилд нөлөөлөх тул би энэ сүүлийн алхамыг шинжлэх ухаан гэхээсээ илүү урлаг гэж үзсэн. Дээж эзэмшигчийн зүсэлтийг гэрлийн тусгал өнгөтэй тохируулах боломжтой байхаар дээж эзэмшигчийг байрлуул. Жишээлбэл, та Arduino -ийг байрлуулж, улбар шар гэрэл, ногоон гэрэл нь хоёр талд нь тусах бөгөөд зөвхөн шар гэрэл нь гэрэл дамжуулагч руу дамждаг. Дээж эзэмшигчийн цоорхойгоор зөвхөн нэг гэрлийн гэрэл дамжин өнгөрөх байрлалыг олсны дараа дээж эзэмшигчийг хажуу тийш нь хөдөлгөж, өөр хоорондоо тохирох өнгийг тодорхойлно уу (ROYGBV гэдгийг санаарай). Фото резистор руу зөвхөн нэг өнгийн гэрэл хүрэх боломжтой газруудыг тэмдэглэхийн тулд харандаа ашиглан файлын хайрцгийн ёроолын дагуу шулуун шугам зур. Би уншлага хийхдээ эдгээр тэмдэглэгээнээс гажсангүйн тулд дээж эзэмшигчийн урд болон ард хоёр Женга блокыг наажээ.

Алхам 13: Өөрийнхөө гараар хийсэн спектрофотометрийг туршиж үзээрэй - спектр үүсгээрэй

Би гар хийцийн спектрофотометрээр хэд хэдэн туршилт хийсэн. Би байгаль орчны инженер хүний хувьд усны чанарыг сонирхож, байшингийнхаа хажуугийн жижиг урсгалаас усны дээж авч байсан. Дээж авахдаа цэвэр сав хэрэглэж байгаа бөгөөд дээж авахдаа савны ард зогсож байх нь чухал юм. Сорьцын ард зогсох (өөрөөр хэлбэл, цуглуулах цэгийн доод талд) таны дээжийг бохирдохоос сэргийлж, урсгал дахь идэвхжил нь дээжинд нөлөөлөх байдлыг бууруулдаг. Нэг дээжинд (А жишээ) би бага хэмжээний Miracle-Gro нэмсэн (дээжийнхээ хэмжээг харгалзан доторх ургамалд тохирох хэмжээ), нөгөө дээжинд би юу ч нэмээгүй (Б дээж). Би эдгээр дээжийг фотосинтез хийхийн тулд гэрэлтүүлэг сайтай өрөөнд таглаагүй үлдээсэн (тагийг нь хийн солилцохыг зөвшөөрдөг). Таны харж байгаагаар зурган дээр Miracle-Gro-аар баяжуулсан дээж нь ногоон платон замагаар ханасан бол Miracle-Gro-ийн дээж 15 хоногийн дараа мэдэгдэхүйц ургаагүй байна. Замаг ханасан болсны дараа би А дээжээс 50 мл конус хэлбэрийн хуруу шилэнд шингэлж, таглаагүй, гэрэлтүүлэг сайтай өрөөнд үлдээв. Ойролцоогоор 5 хоногийн дараа өнгөний хувьд мэдэгдэхүйц ялгаа гарсан нь замаг ургаж байгааг илтгэнэ. Дөрвөн шингэрүүлэлтийн нэг нь харамсалтай нь энэ явцад алдагдсан болохыг анхаарна уу.

Бохирдсон цэнгэг усанд ургадаг янз бүрийн төрлийн замаг байдаг. Би микроскоп ашиглан замагны зургийг авсан бөгөөд тэдгээр нь хлорококк эсвэл хлорелла гэдэгт итгэдэг. Наад зах нь өөр нэг төрлийн замаг бас байдаг бололтой. Хэрэв та эдгээр амьтдыг таних боломжтой бол надад мэдэгдээрэй!

А дээжинд замаг ургуулсны дараа би түүний багахан дээжийг авч, гар хийцийн спектрофотометрийн туршилтын хоолойд нэмсэн. Би Arduino -ийн гаралтын өнгийг тус бүрээр нь тэмдэглэж, гаралт бүрийг өнгөний муж бүрийн дундаж долгионы урттай холбож өгсөн. Тэр бол:

Улаан гэрэл = 685 нм

Улбар шар гэрэл = 605 нм

Шар гэрэл = 580 нм

Ногоон гэрэл = 532.5 нм

Цэнхэр гэрэл = 472.5 нм

Нил ягаан туяа = 415 нм

Би бас буга цэцэрлэгт хүрээлэнгийн усны дээжийг дээж авагчид байрлуулахад гэрлийн өнгө тус бүрийн хувьд гаргадаг Arduino -ийн гаралтыг тэмдэглэсэн.

Beer-ийн хуулийг ашиглан би Deep Park усны шингээлтийн хэсгийн 10-р логарифмыг А сорьцын шингээлтэд хувааж хэмжилт тус бүрийн шингээлтийн утгыг тооцоолсон. Би шингээлтийн утгыг өөрчилж, хамгийн бага утгын шингээлтийг тэг болгож, үр дүнг зурсан. Та эдгээр үр дүнг нийтлэг пигментүүдийн шингээлтийн спектртэй харьцуулж үзэж болно (Sahoo, D., & Seckbach, J. (2015). Замагны ертөнц. Эсийн гарал үүсэл, Хэт амьдрах орчинд амьдрал ба астробиологи.) Пигментүүдийн төрлийг таахыг оролдоорой. замагны дээжинд агуулагддаг.

Алхам 14: Өөрийн гараар хийсэн спектрофотометрийг туршиж үзээрэй - халдваргүйжүүлэх туршилт

Гэртээ хийсэн спектрофотометрийн тусламжтайгаар та янз бүрийн үйл ажиллагааг гүйцэтгэх боломжтой. Энд би цайруулагч бодисын янз бүрийн концентрацид өртөхөд замаг хэрхэн ялзарч байгааг харах туршилт хийсэн. Би натрийн гипохлорит (өөрөөр хэлбэл цайруулагч) 2.40%-ийн агууламжтай бүтээгдэхүүнийг хэрэглэсэн. Би 50 мл конус хэлбэрийн хуруу шилэнд 50 мл А дээж нэмж эхлэв. Дараа нь би дээжинд янз бүрийн хэмжээгээр цайруулагч уусмал нэмж, спектрофотометр ашиглан хэмжилт хийв. 4 мл ба 2 мл цайруулагч уусмалыг дээжинд нэмэхэд дээж бараг л тунгалаг болж, замаг халдваргүйжүүлж, идэвхгүй болсныг илтгэнэ. Зөвхөн 1 мл ба 0.5 мл (пипеткээс ойролцоогоор 15 дусал дуслаар) цайруулагч уусмалыг дээжинд нэмснээр гар хийцийн спектрофотометр болон загварын задралыг цаг хугацааны функц болгон хэмжих хангалттай хугацаа өгсөн. Үүнийг хийхээс өмнө би цайруулагч уусмалын спектрийг бий болгох сүүлчийн алхамыг хийж, улаан гэрлийн уусмалын долгионы урт хангалттай бага байсан тул улаан долгионы уртын шингээлтийг ашиглан замаг идэвхгүйжүүлэхэд ойролцоо хөндлөнгөөс оролцохгүй болохыг тогтоов. гэрэл Улаан гэрэл асахад Arduino-ийн арын дэвсгэр уншлага 535 [-] байв. Хэд хэдэн хэмжилт хийж, Beer -ийн хуулийг хэрэгжүүлснээр надад үзүүлсэн хоёр муруйг бүтээх боломж олгосон юм. Шингээлтийн утгыг хамгийн бага шингээсэн утга нь 0 байхаар шилжүүлсэн болохыг анхаарна уу.

Хэрэв гемоцитометр байгаа бол ирээдүйн туршилтыг А сорьц дахь эсийн концентрацитай холбоотой шугаман регрессийг боловсруулахад ашиглаж болно. Энэ харьцааг дараа нь цайруулагч ашиглан замаг идэвхгүйжүүлэх CT утгыг тодорхойлохын тулд Ватсон-Крикийн тэгшитгэлд ашиглаж болно..

Алхам 15: Хоолны гол түлхүүрүүд

Энэхүү төслөөр дамжуулан би байгаль орчны биологи, экологийн үндсэн зарчмуудын талаархи мэдлэгээ нэмэгдүүлсэн. Энэхүү туршилт нь усан орчинд фотоавтотрофуудын өсөлт, ялзралын кинетикийн талаарх ойлголтоо цаашид хөгжүүлэх боломжийг олгосон юм. Нэмж дурдахад би спектрофотометр гэх мэт багаж хэрэгслийг ажиллуулах механизмын талаар илүү ихийг олж мэдэхийн зэрэгцээ хүрээлэн буй орчны дээж авах, дүн шинжилгээ хийх аргуудыг хэрэгжүүлсэн. Дээжийг микроскопоор шинжлэх явцад би организмын бичил орчны талаар илүү ихийг мэдэж, бие даасан зүйлийн физик бүтэцтэй танилцсан.