Fabricación de una célula óptica para las células de análisis espectroscópico

Resumen

Se presenta un protocolo para la fabricación de un dispositivo para secar simultáneamente múltiples células ópticas.

Resumen

Las células ópticas, que son instrumentos experimentales, son pequeñas y cuadrados tubos sellados en un lado. En este tubo se coloca una muestra, y se realiza una medición con un espectroscopio. Los materiales usados para las células ópticas generalmente incluyen cristal de cuarzo o plástico, pero caro cristal de cuarzo es reutilizado mediante la eliminación de sustancias, que no sean líquidos, para ser analizados que se adhieren al interior del contenedor. En tal caso, las células ópticas son lavadas con agua o etanol y secadas. Entonces, la siguiente muestra es añadida y medida. Las células ópticas se secan naturalmente o con secador de pelo manual. Sin embargo, el secado lleva tiempo, es uno de los factores que aumentan el tiempo de experimento. En este estudio, el objetivo es reducir drásticamente el tiempo de secado con una secadora automática dedicada que puede secar varias celdas ópticas a la vez. Para realizar esto, diseñó un circuito para un microordenador, y el hardware usando independientemente fue diseñado y fabricado.

Introducción

Las células ópticas se utilizan como instrumentos de laboratorio en una amplia gama de campos. En la investigación de Ciencias de la vida, biomoléculas como los ácidos nucleicos y proteínas son utilizados a menudo para experimentos y métodos espectroscópicos son ampliamente utilizados para métodos cuantitativos. Cuantificar exactamente la muestra de la experiencia es indispensable para la obtención de resultados más precisos y reproducibles. El espectro de absorción obtenido mediante un espectrofotómetro a menudo se ha utilizado para la cuantificación de biomoléculas como los ácidos nucleicos y proteínas^1,2,3,4. Investigación sobre características de oxidación-reducción causada por el cambio en el espectro de absorción y fotoluminiscentes de un nanotubo de carbono (CNT) dispersada usando ADN también ha sido llevado a cabo^{5,6,7, 8,9,10}. Las células ópticas se utilizan para estas medidas, pero las medidas exactas no se puede hacer si no son bien lavados y secos.

Medición de espectros de absorción o fotoluminiscencia, es imposible medir exactamente en células óptico sucio^{11,12,13,14,15}. Económicas células ópticas desechables de poliestireno y poli metacrilato de metilo también se utilizan para eliminar el lavado y la contaminación. Sin embargo, cuando se requieren las medidas exactas, vidrios de cuarzo se utilizan, porque tienen muy excelentes propiedades ópticas tales como transmitancia de luz. En este caso, las células ópticas son lavadas después de la medición de la muestra y utilizadas en varias ocasiones. Generalmente, después de lavar las células ópticas con agua o etanol, que son secadas naturalmente. Cuando se requiere de secado rápido, son secos uno por uno mediante el uso de secadores de pelo o equipo similar. Limpieza de las células ópticas es uno de los procedimientos más desagradables y desperdiciador de tiempo en el experimento. A medida que aumenta el número de muestras, el tiempo secado aumenta, que, a su vez, aumenta el tiempo necesario para llevar a cabo el experimento y la investigación. En anteriores estudios, no ha habido informes sobre dispositivos periféricos de células ópticas. Este estudio tiene como objetivo reducir el tiempo de investigación de secado varias celdas ópticas simultáneamente.

Se investigó si existen otros productos similares. Ya existe una temperatura constante de caja con una función de control de temperatura y una función de temporizador; sin embargo, no hay productos comerciales con la misma configuración pueden encontrarse.

Se describe un esquema de la producción de este dispositivo. En primer lugar, el caso de la caja se realiza mediante una placa de acrílico. Red de nylon se une a la parte superior. Se coloca una rejilla plástica en fijar la célula óptica. El circuito de control se almacena dentro de la caja, y se une la placa de plástico para proteger el circuito de las gotas de agua. El circuito de control consta de un CPU y es controlado por el software. Los sopladores se unen a la parte posterior de la caja, y el viento proporcionado por los sopladores entra las células ópticas situadas boca abajo. Los ventiladores se activan mediante un interruptor en la parte delantera, y pararon automáticamente por el temporizador. Dependiendo del número de células ópticas a secarse, pueden seleccionarse dos o cuatro ventiladores para la operación. Las gotas de agua de las células ópticas se evaporan con el viento de los ventiladores. Las células de cuarzo se lavan con agua o etanol, y el tiempo de secado es comparado con la de secado natural.

Protocolo

1. diseño

1. Vea la figura 1 para obtener detalles sobre el desarrollo de dibujo.
2. Cortar un tablero acrílico grueso de 3 mm y 210 mm de ancho x 60 mm altura x 104 mm de profundidad, adherir con adhesivo acrílico y montar el caso.
3. Instalar hasta 30 células ópticas de 12.5 x 12.5 mm.
4. Instale interruptores y lámparas para el arranque y parada y un dial variable para el ajuste del tiempo de secado en la cara frontal de la carcasa.
5. Vea la figura 2 para un punto de vista externo y configuración de componentes.
6. Uso acrílico y nylon de la carcasa y neto, respectivamente. Fijar la red para el marco y fíjelo a la parte superior de la caja.
7. Uso acrílico para el entramado de la instalación de óptica de la célula. Conéctelo a la parte superior de la red.
8. Montar los ventiladores en la parte posterior de la caja.
9. Uso acrílico translúcido para una partición de prevención de la gota de agua.

2. esquema de diseño de hardware

1. Vea la figura 3 para obtener detalles sobre el esquema del circuito.
2. Paso hacia abajo de 12 V a 5 V por un regulador de tres terminales para el funcionamiento de la microcomputadora.
3. Activar lo ventiladores a través de un NPN transistor (25 V, 500 mA).
   Nota: Debido a que el pin de salida de la microcomputadora es 5 V.
4. Control de la velocidad de rotación de los ventiladores por la operación de modulación (PWM) de ancho de pulso del pin de salida.
   Nota: El ventilador está siendo conducido, se controla el número de revoluciones y la fuerza se cambia periódicamente.
5. Conecte el interruptor de pulsador de arranque con el conector de entrada digital.
6. Conecte operación vez ajuste el volumen los ventiladores con el conector de entrada analógico para cambiar el voltaje de acuerdo a la posición rotacional.
7. Conecte el orgánico diodo emisor de luz (OLED) para la visualización del tiempo de operación a los dos pines de salida digital con un circuito Inter-integrado (I2C).
8. Conecte el LED que se ilumina durante la operación con el conector de salida digital.

3. esquema de diseño de software

1. Utilice un microordenador para controlar los ventiladores.
   Nota: El entorno de desarrollo fue construido usando Arduino, que es uno de los entornos de desarrollo llamados hardware de código abierto, y todos los circuitos y el software están abiertos al público.
2. Esquema de la operación
   1. Presione el interruptor de arranque.
   2. Leer el estado del botón especificado en el botón seleccionar en la parte delantera y activar el ventilador según dicho Estado.
   3. Leer el tiempo de secado establecido por el resistor variable en el frente como una señal de voltaje y comienzan a contar hacia abajo el temporizador.
   4. A su vez el LED se enciende para arriba y mostrar el tiempo restante en la OLED.
3. Explicación detallada
   1. Leer la posición de volumen conectado al pin de entrada analógico como una tensión; entonces, se convierte en tiempo de la operación del soplador y muestra en la OLED.
   2. Detectar el interruptor conectado a J1-9, 10 pernos del diagrama del circuito cuando se presiona el interruptor de arranque, apagar con perno los sopladores, activar los ventiladores y encender el LED durante la operación.
   3. Control de ventiladores por PWM. Detectar la posición de la resistencia variable de 10-kΩ conectada con el diagrama del circuito J1-5, 6, 7 y manejar los ventiladores con la correspondiente salida.
   4. Detectar la posición de la resistencia variable de 10-kΩ conectada al circuito de diagramas J1-1, 2, 3 clavijas fijando el secado tiempo y activar los ventiladores por un tiempo correspondiente a la.
   5. El LED para alimentar los esquemas J1-15, 16 pines. Conectarse Inicio LED esquemas J1 - 12, 13.
      Nota: El LED de alimentación se ilumina cuando la alimentación se enciende, e ilumina el LED de inicio, mientras que los ventiladores se activan.
   6. Conectarse el OLED PB4, PB5 de la CPU con una I2C.
      Nota: El tiempo de operación en lo OLED se cuenta cada segundo. Cuando el tiempo de operación alcanza 0, clavija del accionamiento de los ventiladores se establece en 0, se paran los ventiladores y se apaga el LED de funcionamiento para hacer la transición hacia el estado inicial de espera.
   7. Utilizar la biblioteca de Adafruit SSD1306 para una pantalla OLED de Arduino.
      Nota: Cuando el interruptor está encendido, funciona en el orden de inicialización y mensaje de la pantalla. A continuación se muestra una parte del código fuente como un ejemplo del uso de esta biblioteca.
      #include "Wire.h";
      #include < Adafruit_SSD1306.h >
      #define OLED_RESET -1
      Display(OLED_RESET) de Adafruit_SSD1306;
      
      
      void setup() {}
      Serial.Begin(115200);
      mientras (!. Serie) {}
      ; Espere a que el puerto serial para conectar. Necesario sólo para Leonardo
      }
      Wire.Begin (SDA, SCL); (SDA, SCL)
      Delay(1000);
      display.clearDisplay(); Borrar el buffer.
      display.setTextSize(1);
      display.clearDisplay();
      display.Print F ("SD"); Conquista hasta mensaje Display(Version)
      display.println(ver);
      display.display();
      
      
      }

4. método de operación

1. Vea la figura 2 para más detalles de la vista externa.
2. Apague el interruptor principal de la número 10. Encienda la lámpara de operación número 11.
3. Coloque las células ópticas sobre el malla número 2 de la parte del enrejado de la plástica del número 1.
   Nota: El número de células ópticos que puede ser montada es tantas como el número de celosías.
4. Seleccione el funcionamiento del ventilador de dos o cuatro-soplador operación. Dependiendo de la situación de conducción, se enciende la lámpara de funcionamiento del número 5 y número 6.
   Nota: Número 3 es un interruptor para el funcionamiento de los ventiladores en el lado derecho, y número 4 es un interruptor para el funcionamiento de los ventiladores en el lado izquierdo.
5. Ajustar el tiempo de funcionamiento con el temporizador con el número 9.
6. Vuelta número 7.
   Nota: El ventilador con el número 12 se inicia, y, al mismo tiempo, se enciende la lámpara de operación número 8.

5. método para medir el tiempo de secado

1. En el caso de secado natural
   1. Lavar las células ópticas completamente con agua o etanol. Utiliza papel absorbente para absorber la humedad de las células ópticas, luego mover las células a otro lugar en el papel absorbente grueso y espere hasta que seque.
2. En el caso de la secadora de la óptica de la célula
   1. Lavar las células ópticas completamente con agua o etanol.
      Nota: Utilice papel absorbente para absorber temporalmente la humedad.
   2. Coloque las células ópticas en la secadora de la óptica de la célula, luego esperar hasta que estén secas.
   3. Medir el tiempo de secado 3 x para cada celda.
3. Comparación de los valores medios
   1. Medir los tiempos x 3 en 30 lugares para obtener la distribución de secado.
      Nota: Se trata de detectar la diferencia de tiempo según la posición de las células en la secadora de la óptica de la célula.
   2. Utilizar valores promedio de los 30 lugares para una comparación con el agua.
      Nota: En el caso de lavado con agua, determinar las posiciones de las células ópticas al azar y medir el tiempo de secado en 10 puntos.

Resultados

Como se muestra en la tabla 1, en el caso de lavado de etanol, el promedio de tiempo de secado natural de secado fue 426.4 s y el medio de secado en la secadora de la óptica de la célula fue 106 s. En el caso del lavado del agua, el medio de secado tiempo de secado natural fue 1481.4 s y el medio de secado en la secadora de la óptica de la célula fue 371.6 s. En ambos casos, el tiempo de secado se redujo a una cuarta parte aproximadamente. La distribución del tiempo ...

Discusión

Las células ópticas se pueden secar al mismo tiempo con los ventiladores, y el tiempo de secado puede reducirse considerablemente. Incluso si no se ejecuta la operación de parada, puede ser detenido con seguridad utilizando la función de paro automático del temporizador. De los resultados de la medición de la distribución del tiempo de secado, no hubo ninguna diferencia significativa en el tiempo de secado debido a la diferencia en la posición de instalación de las células ópticas.

...

Materiales

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