تصنيع خلية ضوئية مجفف لخلايا التحليل سبيكتروسكوبيك

Summary

ويرد على بروتوكول لاختلاق جهاز لتجفيف الخلايا الضوئية متعددة في وقت واحد.

Abstract

الخلايا الضوئية، وأدوات تجريبية، الصغيرة، ساحة أنابيب مختومة على جانب واحد. يتم وضع عينة في هذا الأنبوب، ويتم تنفيذها قياس مع مطياف. تشمل المواد المستخدمة للخلايا الضوئية عموما زجاج الكوارتز أو البلاستيك، ولكن تكلفة زجاج الكوارتز يتم استخدامها عن طريق إزالة المواد، بخلاف السوائل، إلى تحليل أن تنضم إلى المناطق داخلية الحاوية. وفي هذه حالة، تغسل بالماء أو الإيثانول الخلايا الضوئية والمجففة. ثم، إضافة العينة التالي وقياسها. الخلايا الضوئية هي المجففة طبيعيا أو باستخدام مجفف يدوي. ومع ذلك، التجفيف يستغرق وقتاً طويلاً، مما يجعله واحداً من العوامل التي تزيد من وقت التجربة. في هذه الدراسة، الهدف هو إجراء تخفيض جذري في وقت التجفيف مع مجفف تلقائي مخصصة التي يمكن أن تجف الخلايا الضوئية متعددة في وقت واحد. لتحقيق ذلك، صمم دارة للحواسيب الصغيرة، والأجهزة التي تستخدم بشكل مستقل قد صممت وصنعت.

Introduction

وتستخدم الخلايا الضوئية كأدوات المختبر في طائفة واسعة من المجالات. في بحوث علوم الحياة، كثيرا ما تستخدم الجزيئات الحيوية مثل الأحماض النووية والبروتينات للتجارب، والطرق الطيفية وتستخدم على نطاق واسع للأساليب الكمية. دقة القياس الكمي العينة من هذه التجربة لا غنى عنه للحصول على نتائج أكثر دقة واستنساخه. وكثيراً ما استخدمت طيف امتصاص التي حصل عليها جهاز المطياف الضوئي للتحديد الكمي للجزيئات الحيوية مثل الأحماض النووية والبروتينات^1،2،،من³⁴. وكان البحث عن خصائص الأكسدة والاختزال الناجمة عن التغيير في طيف امتصاص وفوتولومينيسسينسي من أنبوب نانوي الكربون (المركز الوطني للاستشعار) فرقت باستخدام الحمض النووي أيضا أجرى^{5،،،من67 8،،}من⁹¹⁰. وتستخدم الخلايا الضوئية لهذه القياسات، ولكن لا يمكن إجراء قياسات دقيقة إلا إذا هم دقة غسلها وتجفيفها.

عند قياس أطياف الامتصاص أو فوتولومينيسسينسي، من المستحيل قياس دقة في الخلايا الضوئية القذرة^{11،12،13،،}من¹⁴¹⁵. كما تستخدم الخلايا الضوئية المتاح اقتصادا المصنوعة من البوليسترين وبولي-الميثيل-الميثاكريليت للقضاء على التلوث والغسيل. ومع ذلك، عندما يتطلب الأمر قياسات دقيقة، نظارات الكوارتز تستخدم غالباً، لأن لديهم خصائص بصرية ممتازة جداً مثل نفاذية الضوء. في هذه الحالة، يتم غسلها بعد قياس العينة الخلايا الضوئية واستخدمت مرارا وتكرارا. عادة، بعد غسل الخلايا الضوئية مع الماء أو الإيثانول، تجفف بطبيعة الحال. عند التجفيف السريع مطلوب، وهم المجففة واحدة تلو الأخرى باستخدام مجففات الشعر أو معدات مماثلة. تنظيف الخلايا الضوئية أحد الإجراءات الأكثر مزعجة ومستهلكة للوقت في التجربة. كما يزيد عدد العينات، الزيادات وقت التجفيف، التي، بدورها، تزيد من الوقت المطلوب لإجراء التجربة والبحث. في الماضي الدراسات، هناك لم ترد تقارير عن الأجهزة الطرفية من الخلايا الضوئية. تهدف هذه الدراسة إلى تقليل وقت البحث بتجفيف الخلايا الضوئية متعددة في وقت واحد.

نحن التحقيق في ما إذا كانت هناك منتجات أخرى مماثلة. درجة حرارة ثابتة من نوع مربع مجفف مع وظيفة تحكم في درجة حرارة ووظيفة مؤقت موجود بالفعل؛ ومع ذلك، يمكن الاطلاع على لا منتجات تجارية بنفس التكوين.

ويرد موجز لإنتاج هذا الجهاز. أولاً، القضية من نوع مربع باستخدام صفيحة اكريليك. يتم إرفاق المعاوضة النايلون إلى الأعلى. شبكة بلاستيكية يوضع عليه لإصلاح الخلية الضوئية. دارة التحكم يتم تخزينها داخل القضية، وهو يعلق لوحة بلاستيكية لحماية الدارة من قطرات الماء. دارة مراقبة تتكون من وحدة المعالجة المركزية وتسيطر عليها البرمجيات. يتم إرفاق نواقيس الخطر بالجزء الخلفي من القضية، والرياح تم توفيره بواسطة نواقيس الخطر يدخل الخلايا الضوئية تعيين رأسا على عقب. نواقيس الخطر يتم تنشيطها بتبديل على الجبهة، وهم توقفوا تلقائياً بجهاز ضبط الوقت. اعتماداً على عدد الخلايا الضوئية تكون المجففة، يمكن تحديد نواقيس الخطر اثنين أو أربعة للعملية. تتبخر قطرات الماء تتساقط من الخلايا الضوئية مع الريح من نواقيس الخطر. خلايا الكوارتز يتم غسلها بالماء أو الإيثانول، وهو مقارنة الوقت التجفيف بالتجفيف الطبيعي.

Protocol

1-التصميم

1. انظر الشكل 1 تفاصيل عن وضع الرسم.
2. قطع مجلس اكريليك سميك 3 مم إلى 210 ملم في العرض x 60 مم في الطول x 104 ملم في العمق، والسندات بمادة لاصقة اﻷكريليك وتجميع القضية.
3. قم بتثبيت الخلايا الضوئية ما يصل إلى 30 من 12.5 × 12.5 ملم.
4. إرفاق مفاتيح ومصابيح لبدء وإيقاف ومتغير الاتصال الهاتفي لإعداد الوقت التجفيف على الوجه الأمامي للغلاف.
5. انظر الشكل 2 لعرض خارجي وتكوين المكونات.
6. استخدام اﻷكريليك والنايلون لغلاف وصافي، على التوالي. إصلاح الشبكة للإطار ونعلق على الجزء العلوي من القضية.
7. استخدام اﻷكريليك لشعرية تركيب الخلية الضوئية. نعلق على الجزء العلوي من الشبكة.
8. جبل المخبرين إلى الجزء الخلفي من القضية.
9. استخدام اﻷكريليك شفافة لقسم الوقاية واتيردروب.

2-الأجهزة تصميم المخطط

1. انظر الشكل 3 للاطلاع على تفاصيل مخطط الدائرة.
2. التنحي من 12 V إلى 5 الخامس بمنظم المحطة الطرفية الثلاث للتشغيل الحواسيب الصغيرة.
3. تنشيط نواقيس الخطر عن طريق NPN الترانزستور (25 ت، 500 mA).
   ملاحظة: لأن طرف الإخراج للحواسيب الصغيرة 5 الخامس.
4. التحكم في سرعة دوران نواقيس الخطر بعملية التحوير (بوم) عرض النبضة من طرف الإخراج.
   ملاحظة: يجري مدفوعة المنفاخ، يتم التحكم في العدد من الثورات، والقوام يتغير بشكل دوري.
5. قم بتوصيل رمز التبديل بدء دفع طرف الإدخال الرقمي.
6. قم بتوصيل العملية وقت الإعداد حجم نواقيس الخطر طرف الإدخال التناظري لتغيير الجهد وفقا لموقف التناوب.
7. الاتصال العضوية أدى (لقد اخترت) لعرض وقت العملية بدبابيس الإخراج الرقمي اثنين مع دوائر متكاملة بين (I2C).
8. قم بتوصيل LED التي تضيء أثناء العملية من طرف الإخراج الرقمي.

3-برنامج تصميم المخطط

1. استخدام ميكرو للتحكم المخبرين.
   ملاحظة: بيئة التطوير تم بناؤها باستخدام اردوينو، الذي واحد من بيئات التطوير ودعا الأجهزة المفتوحة المصدر، وكافة الدوائر والبرامج مفتوحة للجمهور.
2. الخطوط العريضة للعملية
   1. اضغط على مفتاح التبديل ابدأ.
   2. قراءة حالة الزر المحدد بواسطة الزر تحديد على الجبهة وتنشيط المنفاخ وفقا لتلك الدولة.
   3. قراءة الوقت التجفيف حددتها مقاوم متغير على الجبهة كإشارة الجهد وبدء العد التنازلي الموقت.
   4. تشغيل أضواء LED، وعرض الوقت المتبقي على الد.
3. شرح مفصل
   1. قراءة موقف وحدة تخزين متصلة بطرف الإدخال التناظري كجهد؛ ثم، فإنه يحول إلى وقت عملية المنفاخ، ويعرض على الد.
   2. كشف على/قبالة التحول متصلاً J1-9، 10 دبابيس الرسم التخطيطي الدائرة عند الضغط على رمز التبديل ابدأ، تشغيل دبوس محرك الأقراص نواقيس الخطر تنشيط نواقيس الخطر، وتشغيل الصمام أثناء العملية.
   3. مراقبة المخبرين بوم. الكشف عن موقف مقاوم متغير 10-kΩ متصلة إلى الرسم التخطيطي للدائرة J1-5، 6، 7، ومحرك المخبرين بالمقابل الإخراج.
   4. الكشف عن موقف مقاوم متغير 10-kΩ متصل بالدائرة J1-1، 2، 3 دبوس بالإعداد تجفيف الوقت وتنشيط نواقيس الخطر في وقت المقابلة لأن الرسوم البيانية.
   5. قم بتوصيل الطاقة LED مخططات الدوائر J1-15، 16 رقم التعريف الشخصي. قم بتوصيل بدء الصمام مخططات الدوائر J1-12، 13.
      ملاحظة: صلاحية الصمام تضيء عندما يتحول القوة، والصمام ابدأ تضيء بينما يتم تنشيطها المخبرين.
   6. الاتصال الد PB4، PB5 من وحدة المعالجة المركزية مع I2C.
      ملاحظة: يتم حساب وقت العملية المعروضة على الد أسفل كل ثانية. عند وقت العملية تصل إلى 0، دبوس محرك الأقراص المخبرين يتم تعيين إلى 0 وتوقفت المخبرين والصمام التشغيل إيقاف تشغيل لجعل الانتقال إلى حالة الاستعداد الأولى.
   7. استخدام مكتبة Adafruit SSD1306 لقد اخترت عرض Arduino.
      ملاحظة: عند تشغيل مفتاح الطاقة، تعمل حسب ترتيب العرض التهيئة والرسالة. ويرد جزء من التعليمات البرمجية المصدر أدناه كمثال لاستخدام هذه المكتبة.
      #include "Wire.h"؛
      #include < Adafruit_SSD1306.h >
      #define OLED_RESET-1
      Display(OLED_RESET) Adafruit_SSD1306؛
      
      
      {setup() باطلة
      Serial.begin(115200)؛
      بينما (!. {المسلسل)
      ; الانتظار للمنفذ التسلسلي للاتصال. هناك حاجة لليوناردو فقط
      }
      Wire.begin (حزب العمل الديمقراطي، SCL)؛ (حزب العمل الديمقراطي، SCL)
      delay(1000)؛
      display.clearDisplay()؛ مسح المخزن المؤقت.
      display.setTextSize(1)؛
      display.clearDisplay()؛
      display.print (و ("التنمية المستدامة"))؛ متابعة وياك رسالة Display(Version)
      display.println(ver)؛
      display.display()؛
      
      
      }

4-طريقة التشغيل

1. انظر الشكل 2 للاطلاع على تفاصيل "العرض الخارجي".
2. تشغيل تبديل الطاقة الرئيسي لعدد 10. يضيء مصباح التشغيل لعدد 11.
3. وضع الخلايا الضوئية على شبكة عدد 2 من الجزء شعرية من البلاستيك رقم 1.
   ملاحظة: عدد الخلايا الضوئية التي يمكن تركيبها قدر عدد المشابك.
4. حدد أربعة-منفاخ أو عملية اثنين-منفاخ. اعتماداً على الوضع الدافعة، يضيء مصباح التشغيل رقم 5 ورقم 6.
   ملاحظة: الرقم 3 مفتاح للتشغيل نواقيس الخطر على الجانب الأيمن، ورقم 4 مفتاح للتشغيل نواقيس الخطر على الجانب الأيسر.
5. تعيين وقت التشغيل مع جهاز ضبط الوقت مع رقم 9.
6. دورة رقم 7 على.
   ملاحظة: يبدأ المروحة مع رقم 12، وفي الوقت نفسه، يضيء مصباح التشغيل رقم 8.

5-أسلوب لقياس الوقت بالتجفيف

1. وفي حالة التجفيف الطبيعي
   1. تغسل الخلايا الضوئية جيدا بالماء أو الإيثانول. استخدم ورقة ماصة سميكة لامتصاص رطوبة الخلايا الضوئية، ثم نقل الخلايا إلى مكان آخر على ورقة ماصة سميكة والانتظار لحين أن تجف.
2. وفي حالة مجفف خلية ضوئية
   1. تغسل الخلايا الضوئية جيدا بالماء أو الإيثانول.
      ملاحظة: استخدم ورقة ماصة سميكة لامتصاص الرطوبة مؤقتاً.
   2. ضع الخلايا الضوئية في مجفف خلية ضوئية، ثم انتظر حتى هم جافة.
   3. قياس وقت التجفيف 3 x لكل خلية.
3. مقارنة بين متوسط القيم
   1. قياس تجفيف مرات x 3 في 30 مكاناً للحصول على التوزيع.
      ملاحظة: هذا للكشف عن الفارق الزمني وفقا لموضع الخلايا في خلية ضوئية مجفف.
   2. استخدام متوسط القيم لجميع الأماكن 30 لمقارنة مع الماء.
      ملاحظة: في حالة الغسيل بالماء وتحديد مواقع الخلايا الضوئية عشوائياً، ثم قياس الوقت التجفيف في 10 نقاط.

النتائج

كما هو مبين في الجدول 1، وفي حالة الغسل الإيثانول، وكان معدل التجفيف الوقت في التجفيف الطبيعي 426.4 s، ومتوسط تجفيف الوقت في مجفف خلية ضوئية كان 106 ق. وكان معدل التجفيف الوقت في التجفيف الطبيعي في حالة مياه الغسيل، 1481.4 s، ومتوسط تجفيف الوقت في مجفف خلية ضوئية كان 371.6 s....

Discussion

الخلايا الضوئية يمكن أن تجفف في وقت واحد مع نواقيس الخطر، ويمكن تقليل وقت التجفيف إلى حد كبير. حتى إذا لم يتم تنفيذ عملية الإيقاف، فإنه يمكن بأمان إيقاف باستخدام الدالة التلقائي إيقاف جهاز ضبط الوقت. من نتائج قياس توزيع وقت التجفيف، كان هناك لا اختلاف كبير في وقت التجفيف بسبب الاختلاف في م?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
blower	ebm-papst	422JN	Mulfingen, Germany
Microcomputer	Atmel Corporation	ATmega 328 P	CA, USA
Blower selection button	Sengoku Densyo Co., Ltd.	MS-358 (red)	Tokyo, Japan
Blower operationg lamp	Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd.	DB-15-T-OR	Tokyo, Japan
Blower start button	Sengoku Densyo Co., Ltd.	MS-350M (white)	Tokyo, Japan
Timer	Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd.	SH16K4A105L20KC	Tokyo, Japan
Power supply switch	Marutsuelec Co., Ltd.	3010-P3C1T1G2C01B02BKBK-EI	Tokyo, Japan
Power supply lamp	Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd.	DB-15-T-G	Tokyo, Japan
OLED module	Akihabara Co., Ltd.	M096P4W	Tokyo, Japan