Open-Source-Kolorimeter

Dieses Projekt beschreibt ein Open-Source-Kolorimeter , das aus Open-Source-Elektronik und 3-D-druckbaren Komponenten besteht. Dies ist Teil eines größeren Projekts zur Reduzierung der Kosten für wissenschaftliche Geräte mit Open-Source-Hardware . ^[1]

Quelle
Anzalone GC, Glover AG, Pearce JM. Open-Source-Kolorimeter . Sensoren . 2013; 13(4):5338-5346. doi:10.3390/s130405338 frei zugänglich

Abstrakt
Die hohen Kosten für historisch ausgeklügelte forschungsbezogene Sensoren und Werkzeuge haben ihre Einführung auf eine relativ kleine Gruppe gut finanzierter Forscher beschränkt. Dieses Whitepaper bietet eine Methodik zur Anwendung eines Open-Source-Ansatzes auf das Design und die Entwicklung eines Kolorimeters. Ein 3-D-druckbares Open-Source-Kolorimeter, das nur Open-Source-Hardware- und -Softwarelösungen und leicht verfügbare diskrete Komponenten verwendet, wird diskutiert und seine Leistung im Vergleich zu einem kommerziellen tragbaren Kolorimeter beschrieben. Die Leistung wird mit handelsüblichen Fläschchen bewertet, die für die CSB-Methode (Chemical Oxygen Demand) mit geschlossenem Rückfluss vorbereitet wurden. Dieser Ansatz reduzierte die Kosten für einen zuverlässigen COD mit geschlossenem Rückfluss um zwei Größenordnungen, was ihn zu einer wirtschaftlichen Alternative für die überwiegende Mehrheit potenzieller Benutzer macht. Das Open-Source-Kolorimeter zeigte eine gute Reproduzierbarkeit und dient als Plattform für die Weiterentwicklung und Ableitung des Designs für andere, ähnliche Zwecke wie die Nephelometrie. Dieser Ansatz verspricht einen beispiellosen Zugang zu anspruchsvoller Instrumentierung auf der Grundlage kostengünstiger Sensoren durch diejenigen, die ihn am dringendsten benötigen, unterentwickelte Labors und Entwicklungslabors.

Schlüsselwörter

Open-Source ; Open-Source-Hardware ; Kolorimeter; Nachnahme ; Arduino ; RepRap ; 3-D-Drucker ; Open-Source-Sensor; chemischer Sauerstoffbedarf; Open-Source-Kolorimeter

Einführung

Kolorimetrische Analysemethoden sind wahrscheinlich die am häufigsten angewandten Methoden zur Bestimmung der Konzentration gelöster Spezies. Viele gelöste Spezies absorbieren Licht einer bestimmten Wellenlänge, und die Menge, die absorbiert wird, wenn das Licht eine gegebene Länge der Lösung passiert, nimmt mit zunehmender Konzentration der Spezies zu; höhere Konzentrationen absorbieren mehr Licht als niedrigere Konzentrationen. Der Zusammenhang zwischen Absorption und Konzentration wird durch das Beer-Lambert-Gesetz [2] definiert .

Ein Kolorimeter oder ein Spektrophotometer wird verwendet, um die Absorption bei einer bestimmten Wellenlänge zu messen. Licht wird normalerweise gefiltert, um nur ein schmales Lichtband bei der Absorptionsspitzenwellenlänge für die gemessene Spezies zuzulassen. Das Gerät meldet Ergebnisse typischerweise in Konzentrationseinheiten, aber auch in Extinktionseinheiten oder Transmission.

Designdateien : http://www.thingiverse.com/thing:45443

Firmware : http://github.com/mtu-most/colorimeter

GUT

• Arduino Uno
• Adafruit LCD-Schild ( http://www.adafruit.com/products/772 )
• LED mit Spitzenwert um 606 nm (wie: LEF3833 http://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/333665.pdf )
• Ein passender Widerstand für die von Ihnen gewählte LED
• TSL230R light-to-frequency sensor
• Proto board (like: http://radioshack.com/product/index.jsp?productId=2102845&znt_campaign=Category_CMS&znt_source=CAT&znt_medium=RSCOM&znt_content=CT2032230)
• Conductors (Cat 5 cable works great)
• Black ABS or PLA filament
• 12 M3 screws (just about any length; 10-12mm is good)
• 12 M3 nuts
• 20 M3 washers

Instructions

1. Print the parts and clean them up so everything fits together nicely. Push M3 nuts into their appropriate slots at each corner of the case body - slots open to interior.
2. Cut the proto board down to size (about 27mm x 46mm) and drill holes to match those in the sides of the case.
3. Loosely attach the boards to the interior of the case with a couple screws each and push the cuvette holder into place (no cover) and mark the approximate locations where the sensor and LED must be placed on the boards to align with the windows in the cuvette holder.
4. Remove the boards from the case and solder the components to their respective boards at the points marked. Leave the LED leads a bit long so it can be moved to aim the beam through the hole.
5. Solder the conductors per the schematic. (The io pins can be soldered to directly on the LCD shield if you're careful, otherwise different means will be required, like not using the shield as a shield.)
6. Fit the boards back into the case, this time firmly.
7. Download and install the firmware on the Arduino.
8. Fit the LCD shield and power the device (surplus wall wart of appropriate voltage or USB power will work).
9. Place the cuvette holder back into position (no cover) and use the menu system to select "Calibrate". The LED will illuminate for a few seconds - make sure that the majority of light passes as straight as possible through the cuvette holder windows and impinges upon the sensor. If the LED/sensor are high or low, reshape the cuvette windows with a small rat tail file or suitably sized drill bit.
10. After the LED is properly aimed, remove the cuvette holder and align and affix the cover to the case with four M3 screws and washers.
11. Push the cuvette holder through the opening in the cover and check that the lid fits nicely into recess.
12. Follow the appropriate protocol for calibration (yet to be built into the firmware - forthcoming).

Applications

• COD^W

Media

• Joshua M. Pearce, "Open source 3D printing allows you to print your own cheaper health devices", Conversation, Feb. 28, 2014.
• 3D printing in the lab- Biolegend

See also

• Open-source Lab
• Open-source mobile water quality testing platform
• Open-Source Photometric System for Enzymatic Nitrate Quantification
• Open source optics
• Building research equipment with free, open-source hardware
• Open source science
• Open source 3-D printing of OSAT
• Open-source hardware

References