Summary
Un protocole de fabrication d’un appareil pour sécher simultanément plusieurs cellules optiques est présenté.
Abstract
Les cellules optiques, qui sont des instruments expérimentaux, sont petites, place tubes scellés sur un côté. Un échantillon est placé dans ce tube, et une mesure est effectuée avec un spectroscope. Les matériaux utilisés pour les cellules optiques généralement incluent quartz verre ou en plastique, mais coûteux verre de quartz est réutilisé en éliminant les substances, autres que les liquides, à analyser qui adhèrent à l’intérieur du conteneur. Dans un tel cas, les cellules optiques sont lavés avec de l’eau ou l’éthanol et séchés. Ensuite, l’exemple suivant est ajouté et mesurée. Les cellules optiques sont séchés naturellement ou avec un sèche-cheveux manuels. Cependant, séchage prend du temps, ce qui en fait l’un des facteurs qui augmentent le temps de l’expérience. Dans cette étude, l’objectif est de réduire considérablement le temps de séchage avec un séchoir automatique dédié qui peut sécher plusieurs cellules optiques à la fois. Pour réaliser ceci, un circuit a été conçu pour un micro-ordinateur, et le matériel utilisé a été indépendamment conçu et fabriqué.
Introduction
Cellules optiques sont utilisés comme instruments de laboratoire dans un large éventail de domaines. Dans la recherche en sciences de la vie, biomolécules telles que les acides nucléiques et les protéines sont souvent utilisés pour des expériences et des méthodes spectroscopiques sont largement utilisés pour les méthodes quantitatives. Quantifier précisément l’échantillon de l’expérience est indispensable pour obtenir des résultats plus précis et reproductibles. Le spectre d’absorption obtenu par un spectrophotomètre a souvent été utilisé pour la quantification des biomolécules telles que les acides nucléiques et protéines1,2,3,4. Recherche sur les caractéristiques d’oxydo-réduction causée par le changement dans le spectre d’absorption et de photoluminescence d’un nanotube de carbone (CNT) dispersé à l’aide de l’ADN a également été menée5,6,7, 8,9,10. Cellules optiques sont utilisés pour ces mesures, mais des mesures précises ne peuvent être faites que si elles sont soigneusement lavés et séchés.
Lors de la mesure des spectres d’absorption ou de la photoluminescence, il est impossible de mesurer précisément dans les cellules optique sale11,12,13,14,15. Économiques cellules optiques jetables en polystyrène et poly-méthacrylate de méthyle-servent également à éliminer la contamination et les laver. Cependant, lorsque des mesures précises sont requises, verres de quartz sont souvent utilisés, parce qu’ils ont extrêmement excellentes propriétés optiques tels que de la transmission de la lumière. Dans ce cas, les cellules optiques sont lavés après la mesure de l’échantillon et utilisés à plusieurs reprises. Habituellement, après avoir lavé les cellules optiques avec l’eau ou l’éthanol, ils sont séchés naturellement. Lorsqu’il est nécessaire de séchage rapide, ils sont séchés un à un en utilisant un sèche-cheveux ou des appareils similaires. Nettoyage des cellules optiques est une des procédures plus désagréables et beaucoup de temps dans l’expérience. Comme le nombre d’échantillons augmente, le temps séchage augmente, ce qui, à son tour, augmente le temps requis pour effectuer l’expérience et la recherche. Dans les études passé, on n’a aucuns signalé sur périphériques de cellules optiques. Cette étude a pour but de réduire le temps de recherche par séchage des cellules optiques multiples simultanément.
Nous avons examiné s’il existe des autres produits similaires. Une température constante de type boîte sèche avec une fonction de contrôle de température et une fonction de minuterie existe déjà ; Cependant, aucun produit commercial avec la même configuration ne se trouvent.
Un aperçu de la production de ce dispositif est décrit. Tout d’abord, le cas de caisson est fait à l’aide d’une plaque d’acrylique. Filet en nylon est fixé sur le haut. Une grille en plastique est placée dessus pour fixer la cellule optique. Le circuit de commande est stocké à l’intérieur du boîtier et la plaque en plastique est fixée afin de protéger le circuit de gouttelettes d’eau. Le circuit de commande est constitué d’un CPU et est contrôlé par logiciel. Souffleurs sont attachés à l’arrière du boîtier, et le vent fourni par les soufflantes pénètre dans les cellules optiques mis sens dessus dessous. Les ventilateurs sont activées par un interrupteur sur le front, et ils sont automatiquement arrêtés par la minuterie. Selon le nombre de cellules optiques à sécher, deux ou quatre ventilateurs peuvent être sélectionnés pour l’opération. Les gouttelettes d’eau ruisselant des cellules optiques s’évaporent avec le vent les souffleurs. Les cellules de quartz sont lavés avec de l’eau ou l’éthanol, et le temps de séchage est comparé à celle de séchage naturel.
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Protocol
1. conception
- Voir la Figure 1 pour des détails sur la mise au point de dessin.
- Couper une planche épaisse acrylique de 3 mm à 210 mm de largeur x 60 mm de hauteur x 104 mm de profondeur, lier avec adhésif acrylique et assembler le cas.
- Installer jusqu'à 30 cellules optiques de 12,5 x 12,5 mm.
- Fixer les interrupteurs et les lampes de démarrage et d’arrêt et un bouton de variable pour le réglage de temps de séchage sur la face avant du boîtier.
- Voir la Figure 2 pour une vue externe et la configuration des composants.
- Utilisez acrylique et le nylon pour l’enveloppe et le net, respectivement. Fixer le filet sur le cadre et l’attacher à la partie supérieure du boîtier.
- Utilisation acrylique pour le réseau de l’installation de la cellule-optique. Attachez-le à la partie supérieure du filet.
- Monter les ventilateurs à l’arrière du boîtier.
- Utilisation : acrylique translucide pour une partition de prévention goutte d’eau.
2. matériel Design contour
- Pour plus d’informations de schéma, voir la Figure 3 .
- Démissionner de 12 V à 5 V par un régulateur à trois bornes pour faire fonctionner le micro-ordinateur.
- Activer le souffleurs via un NPN transistor (25 V, 500 mA).
Remarque : La broche de sortie du micro-ordinateur étant 5 V. - Contrôler la vitesse de rotation des souffleries de l’opération de modulation (PWM) de largeur impulsion de la broche de sortie.
Remarque : Le ventilateur est alimenté, le nombre de tours est contrôlé et la force est modifiée périodiquement. - Connecter l’interrupteur poussoir de démarrage à la broche d’entrée numérique.
- Connecter opération temps régler le volume des ventilateurs sur la broche d’entrée analogique pour changer la tension selon la position de rotation.
- Connectez l’organique diode électroluminescente (OLED) pour l’affichage de l’heure d’opération sur les deux broches de sortie numérique dotée d’un circuit inter-intégré (I2C).
- Connecter la LED qui s’allume pendant le fonctionnement sur la broche de sortie numérique.
3. logiciel Design contour
- Utiliser un micro-ordinateur pour contrôler les ventilateurs.
Remarque : L’environnement de développement a été construit en utilisant Arduino, qui est l’un des environnements de développement appelés open source du matériel, et tous les circuits et les logiciels sont ouverts au public. -
Grandes lignes de l’opération
- Appuyez sur l’interrupteur de démarrage.
- Lire l’état du bouton spécifié par le bouton de sélection sur le front et activer le ventilateur selon cet état.
- Lire le temps de séchage défini par la résistance variable sur le front comme un signal de tension et démarrer la minuterie de compte à rebours.
- Tournez la LED s’allume vers le haut et affiche le temps restant sur l’OLED.
-
Explication détaillée
- Lire la position de volume connectée à la broche d’entrée analogique tension ; Ensuite, il convertit en temps de fonctionnement de la soufflante et affiche sur l’OLED.
- Détecter la ON/interrupteur connecté à J1-9, 10 quilles du diagramme circuit lorsque vous appuyez sur l’interrupteur de démarrage, allumez goupille des souffleurs, activer les souffleurs et la LED s’allume pendant l’opération.
- Contrôler les ventilateurs par PWM. Détecter la position de la résistance variable 10-kΩ connectée sur le diagramme de circuit J1-5, 6, 7 et conduire les souffleurs à la sortie.
- Détecter la position de la résistance variable 10-kΩ reliée au circuit J1-1, 2, 3 broches de réglage le séchage de temps et d’activer les souffleurs pendant une période correspondant à celle des diagrammes.
- Brancher le voyant d’alimentation pour les schémas de circuit J1-15, 16 broches. Branchez le début LED sur les schémas des circuits J1 - 12, 13.
Remarque : Le voyant d’alimentation s’allume lorsque l’alimentation s’allume et le voyant de départ s’allume tandis que les ventilateurs sont activés. - Connectez l’OLED à PB4, PB5 du CPU avec un I2C.
Remarque : La durée de l’opération affichée sur l’OLED est comptée chaque seconde. Lorsque la durée de fonctionnement atteint 0, goupille des souffleurs est définie sur 0, les ventilateurs sont arrêtés et le voyant de fonctionnement s’éteint pour faire la transition à l’état initial de la veille. - Utiliser la bibliothèque Adafruit SSD1306 pour un écran OLED d’Arduino.
Remarque : Lorsque l’interrupteur est allumé, fonctionne dans l’ordre d’affichage d’initialisation et de message. Une partie du code source est indiquée ci-dessous à titre d’exemple d’utilisation de cette bibliothèque.
#include « Wire.h » ;
#include < Adafruit_SSD1306.h >
#define OLED_RESET -1
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET) ;
void setup() {}
Serial.Begin(115200) ;
while ( !. {Série)
; attendre pour port série pour se connecter. Nécessaire uniquement pour Leonardo
}
Wire.Begin (SDA, SCL) ; (SDA, SCL)
delay(1000) ;
display.clearDisplay() ; Effacer la mémoire tampon.
display.setTextSize(1) ;
display.clearDisplay() ;
Display.Print (F ("SD")) ; Display(Version) de messages forts vers le haut
Display.println(ver) ;
Display.Display() ;
}
4. mode de fonctionnement
- Voir la Figure 2 pour plus de détails de la vue extérieure.
- Mettez l’interrupteur principal du numéro 10 ON. Le témoin de fonctionnement du numéro 11 s’allume.
- Placer les cellules optiques sur le nombre de mailles 2 de la partie réseau du plastique du numéro 1.
Remarque : Le nombre de cellules optiques qui peut être monté est autant que le nombre de grilles. - Sélectionnez une opération souffleur de deux ou quatre-souffleur. Selon la situation de conduite, le témoin de fonctionnement du numéro 5 et numéro 6 s’allume.
Remarque : Numéro 3 est un interrupteur pour faire fonctionner les ventilateurs sur le côté droit, et numéro 4 est un interrupteur pour faire fonctionner les ventilateurs sur le côté gauche. - Définir la durée de l’opération avec la minuterie avec numéro 9.
- Virage numéro 7.
Remarque : Le ventilateur avec numéro 12 commence, et, en même temps, le témoin de fonctionnement du numéro 8 s’allume.
5. méthode de mesure de la durée de séchage
-
Dans le cas de séchage naturel
- Laver les cellules optiques soigneusement à l’eau ou l’éthanol. Utiliser du papier absorbant épais pour absorber l’humidité des cellules optiques, puis déplacer les cellules vers un autre emplacement sur le papier absorbant épais et attendre qu’ils sèchent.
-
Dans le cas de la sécheuse de cellule-optique
- Laver les cellules optiques soigneusement à l’eau ou l’éthanol.
Remarque : Utiliser du papier absorbant épais pour temporairement absorbent l’humidité. - Placer les cellules optiques dans la sécheuse de cellule-optique, puis attendre qu’ils soient secs.
- Mesurer le temps de séchage 3 x pour chaque cellule.
- Laver les cellules optiques soigneusement à l’eau ou l’éthanol.
-
Comparaison des valeurs moyennes
- Mesurer le temps 3 x à 30 endroits pour obtenir la distribution de séchage.
Note : Ceci est pour détecter le décalage horaire selon la position des cellules dans la sécheuse optique-cell. - Utilisez les valeurs moyennes de tous les 30 places pour une comparaison avec l’eau.
Remarque : Dans le cas de lavage à l’eau, déterminer les positions des cellules optiques au hasard, puis mesurer le temps de séchage à 10 points.
- Mesurer le temps 3 x à 30 endroits pour obtenir la distribution de séchage.
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Representative Results
Comme le montre le tableau 1, dans le cas de lavage de l’éthanol, la moyenne de temps de séchage naturel de séchage était 426,4 s et la moyenne de séchage dans le sèche-linge de cellule-optique était de 106 s. Dans le cas de l’eau de lavage, la moyenne de temps de séchage naturel de séchage a été 1481.4 s et la moyenne durée dans la sécheuse cellule de séchage était 371.6 s. Dans les deux cas, le temps de séchage a été réduit à environ un quart. La distribution du temps séchage de la sécheuse de cellule-optique est illustrée à la Figure 4. La moyenne de temps de séchage à 30 endroits était de 106 s. Le numéro de la rangée supérieure représente la position de la cellule. Le numéro de la rangée inférieure représente la valeur moyenne de la durée de séchage.
Le volume d’air du ventilateur était 31 m3/h par une seule unité, et le total des quatre unités était de 124 m3/h. La température de l’air a température ambiante, et le contrôle de la température n’a pas été effectué.
Figure 1 : schéma de développement. Fixer le filet sur le dessus de l’étui en acrylique et monter une grille en plastique pour la fixation des cellules optiques qui sont attachées au-dessus de celui-ci. La taille de l’espèce est de 210 mm de largeur x 60 mm de hauteur x 104 mm de profondeur et 30 cellules optiques de 12,5 x 12,5 mm peuvent être montés en même temps. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : vue extérieure. Le matériau de l’enveloppe est acrylique, c'est-à-dire facile à traiter. Le matériel du filet est en nylon. Il est fixé au cadre et attaché à la partie supérieure du boîtier. Le matériel du réseau pour l’installation de la cellule optique est acrylique, et elle est fixée sur le haut du filet. Numéro description : 1 = le treillis en plastique, 2 = le net, 3 = le bouton de sélection de ventilateur (côté droit), 4 = le bouton de sélection de ventilateur (côté gauche), 5 = la lampe ventilateur de fonctionner (à droite), 6 = la lampe ventilateur de fonctionner (à gauche), 7 = la touche du ventilateur, 8 = bl ower-fonctionnement lampe, 9 = le timer, 10 = l’interrupteur, 11 = la puissance d’alimentation lampe, 12 = l’écran OLED et 13 = les souffleurs. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : schéma de câblage. L’alimentation est de 12 V. La tension de fonctionnement des souffleurs est 12 V. contrôle la vitesse de rotation du ventilateur par pulse width modulation (PWM) fonctionnement de la broche de sortie. Branchez le ventilateur fonctionnement temps régler le volume sur la broche d’entrée analogique pour changer la tension selon la position de rotation. Connectez l’organique diode électroluminescente (OLED) pour l’affichage de l’heure de fonctionnement pour les deux broches de sortie numérique avec un I2C. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : distribution de temps à l’éthanol de séchage. Le temps de séchage dans 30 emplacements a été mesuré trois fois à l’éthanol pour obtenir la distribution. La moyenne de temps de séchage à 30 endroits était de 106 s. Le numéro de la rangée supérieure représente la position de la cellule. Le numéro de la rangée inférieure représente la valeur moyenne de la durée de séchage. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Tableau 1 : Comparaison de la durée de séchage pour les cellules optiques. La moyenne de temps de séchage naturel après lavage avec de l’éthanol était 426,4 de séchage s et la moyenne de temps utiliser la sécheuse cellule de séchage était de 106 s. La moyenne de temps de séchage naturel après lavage à l’eau a été 1481.4 de séchage s et la moyenne de temps utiliser la sécheuse cellule de séchage était 371.6 s. s’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.
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Discussion
Les cellules optiques peuvent être séchés en même temps avec les ventilateurs, et le temps de séchage peut être considérablement réduit. Même si l’opération d’arrêt n’est pas exécutée, il peut être arrêté en toute sécurité en utilisant la fonction d’arrêt automatique du minuteur. Les résultats de mesure de la distribution du temps séchage, il n’y avait aucune différence significative concernant la durée de séchage en raison de la différence de la position de montage des cellules optiques.
Une étape critique du protocole est la conception du boîtier. Le défi est de savoir comment faire le boîtier compact. Il est également important de comprendre comment prévenir les excès éthanol ou l’eau de tomber dans la soufflerie.
Pour réduire le temps de séchage, le volume de vent des ventilateurs peut être augmenté, mais il y a un risque que les cellules optiques pourraient sauter. Pour augmenter la capacité des souffleurs et réduire le temps de séchage, il est nécessaire de concevoir les mesures qui empêchent cela, telles que fixer un appareil pour fixer les cellules optiques ou fixer un couvercle à la sécheuse pour le mettre dans une boîte. Il existe également une méthode de plus en plus la température d’air d’admission des souffleurs pour réduire le temps de séchage. À cette fin, il est nécessaire d’ajouter une fonction de contrôle de température pour ne pas endommager la cellule optique. Cependant, c’est une tâche future car plus compliqué des dispositifs et des circuits de contrôle sont nécessaires.
Une autre façon de réduire le temps de séchage est de vibrer les gouttelettes d’eau pour les faire tomber, mais c’est aussi un sujet de recherches futures.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Les auteurs n’ont aucuns accusés de réception.
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 |
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