Балыр Эксперименттери үчүн Үйдө Женга Блок Спектрофотометр: 15 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:39

Балырлар фотосинтетикалык протисттер жана суунун азык тизмектериндеги маанилүү организмдер. Жаз жана жай айларында болсо, бул жана башка микроорганизмдер табигый суу ресурстарын көбөйтүп, басып кетиши мүмкүн, натыйжада кычкылтек азайып, уулуу заттар өндүрүлөт. Бул организмдердин өсүү ылдамдыгын түшүнүү суу ресурстарын коргоого, ошондой эле алардын күчүн колдонуучу технологияларды өнүктүрүүгө пайдалуу болушу мүмкүн. Андан тышкары, бул организмдердин иштен чыгуу ылдамдыгын түшүнүү суу жана саркынды сууларды тазалоодо пайдалуу болушу мүмкүн. Бул иликтөөдө мен Пенсильваниядагы Хоршамдагы Парк Криктен алынган сууда хлордуу агартуучу заттарга дуушар болгон организмдердин чирүү ылдамдыгын анализдөө үчүн арзан спектрофотометрди курууга аракет кылам. Сайттан чогултулган суунун үлгүсү азыктык аралашма менен уруктандырылып, балырлардын өсүшүнө көмөктөшүү үчүн күндүн нуруна коюлат. Үйдө жасалган спектрофотометр толкун узундугундагы жарыктын Arduino схемасына туташкан фоторезистор тарабынан аныкталганга чейин үлгүнүн флакону аркылуу өтүшүнө мүмкүндүк берет. Үлгүдөгү организмдердин тыгыздыгы жогорулаган сайын, үлгү сиңирген жарыктын көлөмүнүн көбөйүшү күтүлүүдө. Бул көнүгүү электроника, оптика, биология, экология жана математикадагы түшүнүктөрдү баса белгилейт.

Мен спектрофотометрдин идеясын Satchelfrostтун "Студенттик спектрофотометрден" жана Даниэль Р. Альберттин, Майкл А. Тодттун жана Х. Флойд Дэвистин "A Low-Cost Quantitative Absorption Spectrophotometer" кагазынан иштеп чыктым.

1 -кадам: Light Path Frame түзүңүз

Бул Нускамада биринчи кадам - алты Женга блокторунан жана лентадан жарык жол алкагын түзүү. Жарык жолунун алкагы жарык булагын, чоңойтуу түзмөгүн жана CD дифракциялык торун жайгаштыруу жана колдоо үчүн колдонулат. Биринчи сүрөттө көрсөтүлгөндөй үч Женга блокторун чаптоо менен эки узун тилке түзүңүз. Экинчи сүрөттө көрсөтүлгөндөй бул тилкелерди скотч менен байлаңыз.

2 -кадам: Чоңойтуучу түзмөгүңүз үчүн база түзүңүз жана аны Light Path Frameге тиркеңиз

Чоңойтуучу түзмөк жарык жолунун алкагына жабыштырылат жана дисктен ажыратылганга чейин LED чыгарган жарыкты топтойт. Биринчи Дженга блокторун бир сүрөттө көрсөтүлгөндөй, бир блоктун ортосу башка блоктун аягына тик бурчта тургандай кылып скотчтогула. Үчүнчү сүрөттө көрсөтүлгөндөй лента аркылуу чоңойтуучу аппаратты тиркеңиз. Мен кичинекей, арзан лупаны колдондум, бир нече жылдан бери. Чоңойтуучу аппаратты анын түбүнө бекиткенден кийин, мен чоңойтуучу аппаратты жарык жолунун алкагына скотч менен чаптадым. Мен чоңойтуучу түзмөгүмдү жарык жолунун алкагынын четинен 13,5 см алыстыкта жайгаштырдым, бирок сиз лупанын фокустук узундугуна жараша түзмөгүңүздү башка абалга оңдоп коюшуңуз керек болот.

3 -кадам: Жарык булагыңызды түзүңүз

CD дифракциялык торго жана фоторезисторго жете турган концентрацияланбаган жарыктын көлөмүн чектөө үчүн, мен кичинекей тешиги бар кара калем капкактын ичиндеги ак лампочканы оңдоо үчүн электр лентасын колдондум. Биринчи сүрөттө светодиод, экинчи сүрөттө скотч коюлган LED калем капкагы көрсөтүлгөн. Мен анод жана катод зымдары турган LEDдин арткы тарабынан жарык түшпөшү үчүн кичинекей электр ленталарын колдондум.

LED калем капкагын түзгөндөн кийин, мен диодду 220 омдук резисторго жана кубат булагына туташтырдым. Мен LEDди Arduino Uno микроконтроллеринин 5V жана жерге туташтырдым, бирок тышкы DC токтун булагын колдонсо болот. Резистор LED жарыгы күйүп кетпеши үчүн маанилүү.

4 -кадам: Жарык булагын Light Path Frameге бекитүү

Жарык булагына платформа берүү үчүн жарык жолунун алкагынын аягына жакын башка Jenga блогун скотч менен жабыңыз. Менин орнотуумда, жарык булагын колдогон Jenga блогу жарык жолунун алкагынын четинен болжол менен 4 см аралыкта жайгашкан. Экинчи сүрөттө көрсөтүлгөндөй, жарык булагынын туура жайгаштырылышы жарыктын нуру CD дифракциялык торчосу боло турган жарык жолунун карама -каршы четиндеги чоңойтуучу түзүлүш аркылуу фокусталгандай болот.

5 -кадам: Light Path Frame, Чоңойтуучу түзмөктү жана Жарык Булагын File Box корпусуна коюңуз

Спектрофотометрдин ар бир компонентин кармоо үчүн капкак катары капкагы тунук эмес башка файлдык кутуну же башка контейнерди колдонуңуз. Сүрөттө көрсөтүлгөндөй, мен тасманын жардамы менен жарык жолунун алкагын, чоңойтуучу түзүлүштү жана файл булагынын корпусуна жарык булагын бекиттим. Мен бир Jenga блогун колдонуп, жарык жолунун алкагын файл кутучасынын ички дубалынын четинен болжол менен 2,5 см алыстыкта (Jenga блогу аралык үчүн гана колдонулган жана кийинчерээк алынып салынган).

6 -кадам: CD дифракциялык торун кесүү жана жайгаштыруу

Хобби бычак же кайчынын жардамы менен болжол менен 2,5 см узундукта жана капталдары чагылдырылган дискти төрт бурчтуу кылып кесиңиз. Женга блогуна компакт -дискти туташтыруу үчүн скотчту колдонуңуз. Женга блогунун жана CD дифракциянын торунун жайгашуусу менен ойноңуз, ал LED булагынан жарык түшкөндө, файлдын кутусунун карама -каршы дубалына асан -үсөн түшүрөт. Тиркелген сүрөттөр мен бул компоненттерди кантип жайгаштырганымды көрсөтөт. Ал болжолдонгон асан -үсөн акыркы сүрөттө көрсөтүлгөндөй салыштырмалуу деңгээлде болгону маанилүү. Файл кутусунун дубалынын ичиндеги сызгыч жана карандаш эскизи проекциянын деңгээлин аныктоого жардам берет.

7 -кадам: Үлгү кармагычты түзүңүз

Тиркелген документти басып чыгарыңыз, жана кагазды картон кагазына скотч менен чаптаңыз. Картонду кайчылаш формага кесүү үчүн кайчы же хобби бычагын колдонуңуз. Картонду кресттин ортосунда басылган сызыктар боюнча упайлаңыз. Кошумча катары сүрөттө көрсөтүлгөндөй картон кайчылаштын эки колунун ортосунан бирдей бийиктикте кичинекей тешиктерди кесип алыңыз; бул тешиктер жарыктын дискреттик толкун узундугун үлгү аркылуу фоторезисторго өткөрүүгө мүмкүндүк берет. Мен картонду бышык кылуу үчүн скотч колдондум. Картонду упайлар боюнча бүктөп, аны тик бурчтуу үлгү кармагыч пайда болушу үчүн скотч менен жабыңыз. Үлгү кармагыч айнек пробирканын айланасына тыгыз батышы керек.

8 -кадам: Үлгү кармагыч үчүн базаны түзүңүз жана тиркеңиз

Үч Женга блокторун скотч менен жабдып, көрсөтүлгөндөй үлгү кармагычка бириктириңиз. Тиркеме пробирканы үлгү кармагычтан сууруп алганда, картон үлгүсүнүн кармагычы Женга блоктун базасынан бөлүнбөй тургандай күчтүү экенине ынангыла.

9 -кадам: Үлгү кармагычка фоторезисторду кошуңуз

Фоторезисторлор фотоөткөргүч жана жарык интенсивдүүлүгү жогорулаганда каршылыктын көлөмүн азайтышат. Мен фоторезисторду кичинекей, жыгач корпуска чаптадым, бирок корпустун кереги жок. Арткы фоторезисторду анын сезгич жүзү сиз үлгү кармагычта кесилген тешикке карама -каршы тургандай кылып жазыңыз. Үлгү жана үлгү кармоочунун тешиктеринен өткөндөн кийин фоторезисторду мүмкүн болушунча көбүрөөк жарык тийгизүүгө аракет кылыңыз.

10 -кадам: Фоторезисторду зымга сайыңыз

Ардуино схемасындагы фоторезисторду зым менен жабыш үчүн мен адегенде эски USB принтер кабелинин зымдарын кесип, сыйрып алдым. Мен көрсөтүлгөндөй үч блокту скотч менен жабыштырып, анан бул базага чечилген зымдарды бекиттим. Эки түйүндү колдонуп, USB принтер кабелинин зымдарын фоторезистордун терминалдарына туташтырып, бирдикти түзүү үчүн базаларды скотч менен чаптадым (төртүнчү сүрөттө көрсөтүлгөндөй). Принтердин кабелинин зымдарынын ордуна каалаган узун зымдарды колдонсо болот.

Фоторезистордон чыккан бир зымды Arduino 5V кубаттуулукка туташтырыңыз. Фоторезистордон башка зымды порттогу Arduino аналогунун бирине алып баруучу зымга туташтырыңыз. Андан кийин, параллелдүү түрдө 10 кило-омдук резисторду кошуп, резисторду Arduino'нун жерге туташуусун туташтырыңыз. Акыркы фигура бул туташуулардын кантип жасалышы мүмкүн экенин көрсөтөт (circuit.io кредити).

11 -кадам: Бардык компоненттерди Arduino менен туташтырыңыз

Компьютериңизди Arduino менен туташтырып, ага тиркелген кодду жүктөңүз. Кодду жүктөп алгандан кийин, аны муктаждыктарыңызга жана каалоолоруңузга ылайыкташтырсаңыз болот. Учурда, Arduino ар бир иштетилген сайын 125 өлчөө жүргүзөт (ал ошондой эле бул өлчөөлөрдү аягында орточо эсептейт) жана анын аналогдук сигналы A2ге алып келет. Коддун жогору жагында сиз үлгүңүздүн атын жана үлгү датасын өзгөртө аласыз. Жыйынтыктарды көрүү үчүн, Arduino рабочий интерфейсинин жогорку оң жагындагы сериялык монитор баскычын басыңыз.

Бул бир аз баш аламан болсо да, Arduino схемасынын ар бир компонентин кантип туташтырып бүткөнүмдү көрө аласыз. Мен эки таблицаны колдондум, бирок сиз бирөөнү оңой эле жасай аласыз. Мындан тышкары, менин LED жарык булагым Arduino менен туташкан, бирок сиз кааласаңыз, ал үчүн башка кубат булагын колдонсоңуз болот.

12 -кадам: Үлгү кармагычыңызды File Box корпусуна салыңыз

Үй спектрофотометрин түзүүнүн акыркы кадамы - үлгү кармагычты файл кутусунун капкагына салуу. Фоторезистордон зымдарды өткөрүү үчүн файл кутучасынын кичинекей тешигин кесип алдым. Мен бул акыркы кадамды илимге караганда искусство катары карадым, анткени тутумдун ар бир компонентинин алдын ала жайгашуусу файл тутумунун корпусундагы үлгү кармоочунун жайгашуусуна таасирин тийгизет. Үлгү кармагычты жарыктын жеке түсү менен үлгү кармагычтагы тешикти тегиздей алгыдай кылып коюңуз. Мисалы, сиз Arduino'yү кызгылт сары жана жашыл жарыктын тешиктин эки жагына түшүрө турган абалда жайгаштыра аласыз, ал эми тешиктен фоторезисторго жалаң гана сары жарык өтөт. Сиз үлгү кармагычтын тешиги аркылуу жарыктын бир гана түсү өтүүчү жерди тапкандан кийин, түстүн тиешелүү жерлерин аныктоо үчүн үлгү кармагычты капталына жылдырыңыз (эстен чыгарбаңыз, ROYGBV). Карандашты колдонуп, фоторезорго бир гана жарык түсү жете турган жерлерди белгилөө үчүн файл кутучасынын капкагынын түбүн түз сызыктар менен чийиңиз. Окуу учурунда бул белгилерден четтеп кетпешим үчүн, үлгү кармагычтын алдына жана артына эки Женга блокторун чаптадым.

13 -кадам: Үйдө жасалган спектрофотометрди сынап көрүңүз - Спектр түзүңүз

Мен үйдөгү спектрофотометр менен бир нече сыноолорду өткөрдүм. Экология инженери катары суунун сапатына кызыгам жана үйүмдүн жанындагы кичинекей агымдан суунун үлгүлөрүн алчумун. Үлгүлөрдү алууда таза идишти колдонуп жатканыңыз жана үлгү алууда контейнердин артында турушуңуз маанилүү. Үлгүнүн артында туруу (башкача айтканда, чогултуу пунктунун ылдый жагында) сиздин үлгүңүздүн булгануусун болтурбоого жардам берет жана агымдагы активдүүлүгүңүз үлгүгө таасир этет. Бир үлгүдө (А үлгүсү), мен бир аз Miracle-Gro коштум (үйдүн өсүмдүктөрүнө ылайыктуу сумма, менин көлөмүмдүн үлгүсүн эске алганда), экинчисинде мен эч нерсе кошкон жокмун (B үлгүсү). Мен бул үлгүлөрдү фотосинтез үчүн капкагы жок жакшы жарык бөлмөгө отургузуп койдум (капкактарды газ алмашууга уруксат берүү). Көрүнүп тургандай, сүрөттөрдө Miracle-Gro менен толукталган үлгү жашыл платон балырлары менен каныккан, ал эми Miracle-Gro жок үлгү 15 күндөн кийин эч кандай олуттуу өсүшкө ээ болгон эмес. Ал балырларга каныккандан кийин, мен А үлгүсүнүн бир бөлүгүн 50 мл конустук түтүктөрдө суюлтуп, ошол эле жакшы жарыктандырылган бөлмөдө алардын капкагы жок калтырдым. Болжол менен 5 күндөн кийин, балырлардын өсүшүн көрсөткөн, алардын түсүндө байкалган айырмачылыктар болгон. Белгилей кетсек, төрт суюлтуунун бири тилекке каршы процессте жоголгон.

Булганган таза сууларда өсүүчү балырлардын ар кандай түрлөрү бар. Мен балырларды микроскоп менен сүрөткө тартып, алар хлорококк же хлорелла экенине ишенем. Балырлардын жок дегенде дагы бир түрү бар окшойт. Сураныч, эгер сиз бул түрлөрдү идентификациялай алсаңыз, мага кабарлаңыз!

А үлгүсүндөгү балырларды өстүргөндөн кийин, мен анын кичинекей үлгүсүн алып, үйдөгү спектрофотометрдеги пробиркага коштум. Мен ар бир жарыктын түсү үчүн Arduino чыгармаларын жаздым жана ар бир түстүн диапазонунун орточо толкун узундугу менен байланыштым. Ушул:

Кызыл жарык = 685 нм

Orange Light = 605 нм

Сары жарык = 580 нм

Жашыл жарык = 532.5 нм

Blue Light = 472.5 нм

Violet Light = 415 нм

Мен ошондой эле Deed Park суусунун үлгүсүн кармоочуга койгондо жарыктын ар бир түсү үчүн Arduino чыгармаларын жаздырдым.

Сыра мыйзамын колдонуп, мен ар бир өлчөөнүн абсорбциялык маанисин Deep Park суу соргучтугунун A-үлгүсүнүн абсорбциясына бөлүнгөн бөлүгүнүн 10 логарифмин алуу менен эсептеп чыктым. Мен абсорбциянын маанилерин эң төмөнкү маанинин абсорбциясы нөлгө чейин жылдырдым жана жыйынтыктарды түздүм. Бул жыйынтыктарды жалпы пигменттердин сиңирүү спектрине салыштырууга болот (Sahoo, D., & Seckbach, J. (2015). Балырлар дүйнөсү. Уюлдук келип чыгышы, Экстремалдуу жашоо чөйрөсүндө жашоо жана астробиология.) Пигменттердин түрлөрүн табууга аракет кылуу үчүн. балырлардын үлгүсүндө камтылган.

14 -кадам: Үйүңүздөгү спектрофотометрди текшериңиз - дезинфекциялоочу эксперимент

Үйдө жасалган спектрофотометрдин жардамы менен сиз ар кандай иштерди аткара аласыз. Бул жерде мен агрегаттардын ар кандай концентрациясына дуушар болгондо балырлар кантип чирип кетерин билүү үчүн эксперимент өткөрдүм. Мен натрий гипохлоритинин (б.а. агартуучу) концентрациясы 2,40%болгон продукцияны колдондум. Мен 50 мл конустук түтүктөргө 50 мл А үлгүсүн кошуу менен баштадым. Мен андан кийин үлгүлөргө ар кандай өлчөмдөгү агартуучу эритмени кошуп, спектрофотометрдин жардамы менен өлчөгөм. Үлгүлөргө 4 мл жана 2 мл агартуучу эритмени кошуу, үлгүлөрдүн дароо тазалануусуна алып келди, бул дээрлик заматта балырларды дезинфекциялоону жана өчүрүүнү билдирет. Үлгүлөргө 1 мл жана 0,5 мл (пипеткадан 15 тамчыга жакын) кошуп, үй спектрофотометрин жана моделдин ажыроосун убакыттын функциясы катары өлчөө үчүн жетиштүү убакыт берди. Муну жасоодон мурун, мен акыркы этапта процедураны агартуучу эритменин спектрин куруу үчүн колдонгон элем жана кызыл жарыктын эритмесинин толкун узундугу кызыл түстүн толкун узундугундагы абсорбцияны колдонуп, балырлардын деактивациясына болжолдуу аз кийлигишүү болорун аныктадым. жарык. Кызыл жарыкта Arduino фонунда 535 [-] болгон. Бир нече өлчөөлөрдү алып, Сыра мыйзамын колдонуу мага көрсөтүлгөн эки ийри сызыкты курууга мүмкүндүк берди. Абсорбциялоочу маанилер эң төмөн жутулган мааниси 0 болуп өзгөргөнүн эске алыңыз.

Эгерде гемоцитометр бар болсо, келечектеги эксперименттер А үлгүсүндөгү клеткалардын концентрациясына сиңирүүчүлүккө байланышкан сызыктуу регрессияны иштеп чыгуу үчүн колдонулушу мүмкүн. Бул мамилени Уотсон-Крик теңдемесинде колдонуп, балырларды агартуучу каражаттарды колдонуу менен өчүрүү үчүн CT-маанисин аныктоого болот..

15 -кадам: Негизги пакеттер

Бул долбоор аркылуу мен экологиялык биология менен экологиянын негизги принциптери боюнча билимимди өстүм. Бул эксперимент суу чөйрөсүндөгү фотоавтотрофтордун өсүшү жана ажыроо кинетикасы жөнүндөгү түшүнүгүмдү андан ары өнүктүрүүгө мүмкүндүк берди. Кошумча катары, мен спектрофотометр сыяктуу инструменттердин иштешине мүмкүндүк берүүчү механизмдер жөнүндө көбүрөөк билүү менен бирге экологиялык үлгүлөрдү алуу жана анализдөө ыкмаларын практикаладым. Микроскоп астындагы үлгүлөрдү талдап жатып, мен организмдердин микро чөйрөсү жөнүндө көбүрөөк билдим жана айрым түрлөрдүн физикалык түзүлүштөрү менен тааныштым.