En billig fotometer och kolorimeter
Version 08-maj-2016
Vad är detta instructable om?
Syftet med detta projekt var att bygga en enkel och billig enhet som tillåter mätning av färg sammansättningen av en lösning, dvs en kolorimeter och/eller dess optiska densitet, dvs en fotometer.
Det är avsett att vara ett pedagogiskt verktyg för klasser vetenskap, men kan det också användas av hobby forskare, citizen science grupper, och förmodligen för en mängd andra ändamål.
För att läsa data från sensorer, enheten kan det vara antingen anslutas direkt till en Raspberry Pi eller via en Arduino, till en PC.
Den beräknade totala kostnaden för alla delar som behövs är i spänna av 30 € eller US$ (utan fraktkostnad).
Som du kan använda en Raspberry Pi noll eller Arduino Nano, kan de extra kostnaderna också vara mycket begränsad.
Layout av bostäder kan bygga både fotometer och kolorimeter från samma delar, bara beroende på sensorn breakouts och lysdioder som du vill använda.
Så vad kan du göra med enheten?
A fotometer gör det möjligt för att mäta mängden ljus når en sensor. Får du använder en konstant ljuskälla, och du placerar en genomskinlig objekt mellan ljuskälla och sensorn, kan du beräkna hur mycket ljus som försvinner på detta sätt. Detta definierar den optiska densiteten för objektet. "Förlorat" ljuset kunde antingen vara absorberas av ett färgämne eller spridda av partiklar, eller en kombination av båda. Så kan en fotometer för att kvantifiera den optiska densiteten av en tydlig lösning, t.ex. vissa bläck, eller en fjädring, som mjölk eller jäst partiklar i öl, wenn fylld till en standard fotometer kyvett.
A kolorimeter kan du mäta färg sammansättningen av ett objekt, här av en lösning. Sensorn som används här för kolorimetrisk enheten delar visuell spektrumet i tre kanaler, röd, grön och blå (RGB), härmed simulera hur våra ögon ser färger. För de flesta färger kan beskriva våra intryck av en färg genom en kombination av tre siffror som beskriver intensiteten i de tre RGB-kanaler, vanligtvis definierade i 256 steg. Så svart är 0-0-0, vit är 256-256-256, ren röd 256-0-0 och så vidare. Ren gul skulle vara 256-256-0, ren cyan 0-256-256. Men sensorn som används här är mycket exakt och ger möjlighet för att diskriminera över 67 000 steg för varje färgkanal.
Fotometrar används ofta att mäta kemiska reaktioner, som förändringar i surhetsgraden (pH) i en lösning, genom mätning av intensiteten i en indikator färgämne. För optimal detektering kan du mäta endast absorptionen av ljus nära absorption maximum av färgämnet. Därför kommer du föredrar att använda en monokromatisk ljuskälla istället för vitt ljus. Lysdioder kommer i en mängd olika färger, ger nästan monokromatiskt och intensivt ljus med en mycket stabil intensitet mönster och är mycket energi effektivt. Sensorn som används för den fotometriska layouten kan du mäta ljusstyrkan över ett mycket brett spektrum, från UV till IR, med en mycket hög precision.
En mängd indikator färgämnen förändras deras färg, e.g. från gult till blått. Här kan en kolorimetrisk mätning tillåta att påvisa och kvantifiera denna övergångsprocess som den kolorimeter som beskrivs här kan även definieras som en tre-kanals fotometer.
Så kan du till exempel mät pH, syre och CO2-koncentrationerna i din pool eller akvarium, eller nitrat och leda koncentrationer i ditt dricksvatten. Eller bara analysera exakt färg på din favorit bläck, så du kan måla din lägenhet i samma färg.
Kostnaderna per enhet är extremt låg jämfört med alla kommersiella enheter, är det ett trevligt verktyg för klasser vetenskap och hobbyister.