מעקב ובקרת עכירות פשוטה למיקרו -אצות: 4 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

רק נגיד שמשעמם לך מים מדגימה למדידת עכירות, מונח גולמי המציין חלקיקים קטנים ותלויים במים, המפחיתים את עוצמת האור עם נתיב אור גובר או ריכוז חלקיקים גבוה יותר או שניהם. אז, איך לעשות זאת?

להלן מספר שלבים שעשיתי לבניית מערכת ניטור אוטומטית לצפיפות ביומסה של מיקרו אצות. מדובר במיקרו-אצות הנמצאות בגודל תת-מיקרון, תלויות היטב במים, ואורח חיים קיצוני, הממירות אנרגיית אור ומפחיתות פחמן דו חמצני לביומסה שסינתזה לאחרונה. זה מספיק לגבי המיקרו -אצות.

כדי למדוד עכירות או צפיפות ביומסה, במקרה שלי, אני צריך למדוד את עוצמת האור בצד הגלאי המומר לקריאת מתח. מכשול אחד שהיה לי בהתחלה למצוא חיישן מתאים שעובד עם מיני המיקרו -אצות איתם עבדתי.

עכירות ניתן למדוד באמצעות ספקטרופוטומטר. ספקטרופוטומטר המעבדה יקר ובעיקר מודד דגימה אחת בכל פעם. איכשהו, היה לי מזל שקניתי חיישן עכירות זול שיכולתי למצוא ב- ebay.com או amazon.com, ולהפתעתי, החיישן עובד היטב עם מיני המיקרו -אצות שניסיתי.

שלב 1: חלקים הדרושים:

1. חיישן עכירות כמו זה שבתמונה המחבר את הצינור. לאחד ברישום יש מעבר פתוח, אלא אם כן אתה מתכנן להטביע את החיישן.

2. לוח ארדואינו. זה יכול להיות ננו, או מגה/אונו (אם משתמשים במגן יון)

3. פוטנציומטר. עדיף להשתמש בדייקנות כזו.

4. מסך OLED. השתמשתי ב- SSD1306, אך סוגים אחרים של LCD כגון 1602, 2004 יעבדו (ותשנה את הקוד בהתאם).

5. לוח שידור חוזר עם שני ערוצים כאלה

6. שניים מתוך מתגים עם שלושה מצבים לשליטה ידנית נוספת

7. משאבות: קניתי משאבה פריסטלטית קטנה 12V, והשתמשתי במשאבה כפולה של ערוץ כפול של ערוץ Cole Parmer כמשאבה הראשית. אם למשאבה הראשית יש רק ראש ערוץ אחד, השתמש בצינור ההצפה כדי לאסוף את עודפי הביומסה, היזהר מקלקול אפשרי של ביומסה בחלקו העליון של הכור אם אתה משתמש בערבוב נמרץ של מעלית אוויר.

8. פטל פטל או מחשב נייד לרישום נתונים לאופציה 1 או מגן יון לאופציה 2

העלות הכוללת היא בטווח של 200 $. משאבת קול פארמר נעה כ- $ 1000, ואינה כלולה בעלות הכוללת. לא עשיתי סיכום מדויק.

שלב 2: אפשרות 1: רישום נתונים למחשב/ פטל פאי באמצעות כבל USB

הקלטת נתוני פלט באמצעות מחשב או פטל פטל

ניתן לבצע את ההקלטה באמצעות אפשרות הרישום כמו מרק (Windows) או מסך (לינוקס). או שניתן לעשות זאת באמצעות סקריפט פייתון. סקריפט זה דורש ש- Python3 וספרייה בשם pyserial יהיו פונקציונליים. לצד הנתונים הרשומים נגישים בקלות במחשב הנייד או בשלט רחוק, גישה זו מנצלת את הזמן במחשב שנכנס לקובץ יחד עם פלטים אחרים.

להלן הדרכה נוספת שכתבתי כיצד להגדיר פטל פטל ולאסוף נתונים מארדואינו. זהו מדריך שלב אחר שלב להעביר נתונים מארדואינו ל- Raspberry Pi.

והקוד של Arduino מתארח כאן לאפשרות 1: הפעלת מערכת חיישן עכירות ורישום נתונים למחשב.

כפי שציינתי לעיל, זוהי מערכת פשוטה, אך כדי שהחיישן יפיק נתונים משמעותיים, יש צורך להשעות את נושא המדידות כגון מיקרו אצות, דמדומים, חלב או חלקיקים מושעים, יחסית יציב.

הקובץ המוקלט מכיל את חותמת הזמן, נקודת ההגדרה, ערך המדידה של העכירות וכאשר המשאבה הראשית הייתה מופעלת. זה אמור לתת לך כמה אינדיקטורים לביצועי המערכת. תוכל להוסיף עוד פרמטרים ל- Serial.println (dataString) בקובץ.ino.

יש להוסיף פסיק (או כרטיסייה או תווים אחרים לפיצול הנתונים לכל תא בגיליון האלקטרוני) בכל פלט כך שניתן יהיה לפצל את הנתונים ב- Excel לצורך יצירת גרף. הפסיק יחסוך לך קצת שיער (זה מציל את שלי), במיוחד לאחר כמה אלפי שורות נתונים, וימצא כיצד לפצל מספרים ושכח להוסיף פסיק בין לבין.

שלב 3: אפשרות 2: הנתונים נרשמים למגן Yun

שימוש במגן Yun על גבי Arduino Mega או Uno לרישום הנתונים

מגן Yun מפעיל הפצת לינוקס מינימלית והוא יכול להתחבר לאינטרנט, יש לו יציאות USB וחריץ לכרטיס SD, כך שניתן לרשום את הנתונים למקל USB או לכרטיס SD. הזמן מאוחזר ממערכת לינוקס וקובץ הנתונים מאוחזר מתוכנית FTP כמו WinSCP או FileZilla או ישירות מתוך קורא כרטיסי SD מסוג USB.

להלן הקוד המתארח ב- Github לאפשרות 2.

שלב 4: ביצועי חיישן עכירות

השתמשתי בחיישן עכירות אמפנול (TSD-10) והוא מגיע עם גליון הנתונים. קשה יותר לאמת את המוצר מהרישום המקוון. גליון הנתונים כולל גרף של קריאת המתח (Vout) עם ריכוז עכירות שונה המיוצג ביחידת עכירות נפלאומטרית (NTU). עבור מיקרו אצות, צפיפות הביומסה היא בדרך כלל באורך גל 730 ננומטר, או 750 מ מ למדידת ריכוז החלקיקים, הנקרא צפיפות אופטית (OD). אז הנה ההשוואה בין Vout, OD730 (נמדד על ידי ספקטרומטר Shadadzu) ו- OD750 (שהוסב מ- NTU בגיליון הנתונים).

המצב הרצוי ביותר של מערכת זו הוא עכירות-סטטית או עכירות שהמערכת יכולה למדוד ולשלוט באופן אוטומטי בצפיפות ביומסה (או לסגור) לערך מוגדר. להלן גרף המציג את המערכת המבוצעת.

גילוי נאות:

מערכת ניטור ובקרת עכירות זו (המכונה לעתים קרובות טורבידוסטט) היא אחת משלוש יחידות שעבדתי בניסיון לבנות פוטוביורקטור מראש. עבודה זו בוצעה בזמן שעבדתי במרכז Biodesign Swette לביוטכנולוגיה סביבתית באוניברסיטת אריזונה. התרומות המדעיות של מערכת זו לקידום גידול אצות פורסמו בכתב העת Algal Research Journal.