N Eenvoudige troebelheidsmonitor en -beheerstelsel vir mikroalge: 4 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Sê nou dat u verveeld is met monsternemingswater om troebelheid te meet, 'n bruto term wat dui op klein, gesuspendeerde deeltjies in water, wat die ligintensiteit verminder met 'n toenemende ligpad of 'n hoër deeltjiekonsentrasie of albei. So, hoe om dit te doen?

Hieronder is 'n paar stappe wat ek geneem het om 'n outomatiese moniteringstelsel vir die biomassadigtheid van mikroalge te bou. Dit is mikro-alge wat in submikron grootte is, goed in water gesuspendeer is, en eerder 'n uiterste leefstyl het, wat ligenergie omskakel en koolstofdioksied in nuut gesintetiseerde biomassa verminder. Dit is genoeg oor die mikroalge.

Om troebelheid of biomassadigtheid te meet, moet ek in my geval die ligintensiteit in die detektorkant meet, wat omgeskakel word na 'n spanningsuitlezing. Een hindernis wat ek in die begin gehad het om 'n geskikte sensor te vind wat werk met die mikroalgesoorte waarmee ek gewerk het.

Troebelheid kan met 'n spektrofotometer gemeet word. Die laboratoriumspektrofotometer is duur en meet meestal een monster op 'n slag. Op een of ander manier was ek gelukkig dat ek 'n goedkoop troebelheidssensor gekoop het wat ek op ebay.com of amazon.com kon kry, en tot my verbasing werk die sensor goed met die mikroalge -spesies wat ek geëksperimenteer het.

Stap 1: Onderdele benodig:

1. 'n Troebelheidssensor soos hierdie op die foto wat die buis verbind. Die een in die lys het 'n oop gang, tensy u van plan is om die sensor te dompel.

2. 'n Arduino -bord. Dit kan Nano of Mega/Uno wees (as Yun Shield gebruik word)

3. 'n Potensiometer. Dit is beter om die presisie soos hierdie te gebruik.

4. 'n OLED -skerm. Ek het SSD1306 gebruik, maar ander soorte LCD soos 1602, 2004 sou werk (en die kode dienooreenkomstig hersien).

5. 'n herhalingsbord met twee kanale soos hierdie

6. Twee van drie-posisie skakelaars vir ekstra handmatige beheer

7. Pompe: Ek het 'n 12V klein peristaltiese pomp gekoop en 'n Cole Parmer tweekanaalspomp in die laboratorium gebruik as die hoofpomp. As die hoofpomp slegs een kanaalkop het, gebruik dan die oorloopbuis om die oorskotbiomassa op te vang, pas op dat 'n moontlike afval van biomassa bo -op die reaktor as u 'n sterk lugmengsel gebruik.

8. 'n Framboos Pi of 'n skootrekenaar om data vir Opsie 1 of 'n Yun -skild vir Opsie 2 aan te meld

Die totale koste is in die omgewing van $ 200. Die Cole Parmer -pomp beloop ongeveer $ 1000, en is nie ingesluit by die totale koste nie. Ek het nie 'n presiese opsomming gemaak nie.

Stap 2: Opsie 1: Teken data aan op 'n rekenaar/ Framboos Pi via 'n USB -kabel

Gebruik 'n rekenaar of 'n Raspberry Pi om sekere uitvoerdata op te neem

Die opname kan gedoen word deur die aanmeldopsie soos Putty (Windows) of Screen (Linux). Of dit kan gedoen word deur 'n Python -script. Hierdie script vereis dat Python3 en 'n biblioteek genaamd pyserial funksioneel is. Behalwe dat die aangetekende data maklik toeganklik is op die skootrekenaar of op die afstandbeheer van die rekenaar, neem hierdie benadering voordeel uit die tyd op die rekenaar wat by die lêer aangemeld is, asook ander uitsette.

Hier is nog 'n handleiding wat ek geskryf het oor hoe om 'n Raspberry Pi op te stel en data van Arduino te versamel. Dit is 'n stap-vir-stap gids om data van 'n Arduino na 'n Raspberry Pi te kry.

En die kode vir Arduino word hier aangebied vir Opsie 1: bedryf van troebelheidssensorsisteem en aanmelding van data op 'n rekenaar.

Soos ek hierbo genoem het, is dit 'n eenvoudige stelsel, maar vir die sensor om betekenisvolle data te produseer, moet die onderwerp van metings soos mikroalge, skemer, melk of die gesuspendeerde deeltjies relatief stabiel wees.

Die aangetekende lêer bevat die tydstempel, setpunt, meetwaarde van troebelheid en wanneer die hoofpomp aan was. Dit moet u 'n paar aanduidings gee van die stelselprestasie. U kan meer parameters by die Serial.println (dataString) in die.ino -lêer voeg.

'N Komma (of 'n oortjie of ander karakters om die data in elke sel in die sigblad te verdeel) moet by elke uitset gevoeg word sodat die data in Excel verdeel kan word om 'n grafiek te maak. Die komma sal u 'n bietjie hare bespaar (dit spaar myne), veral nadat u 'n paar duisend reëls data gehad het, en u kan uitvind hoe u getalle kan verdeel en 'n komma tussenin moet vergeet.

Stap 3: Opsie 2: Data word by die Yun -skild aangeteken

Gebruik 'n Yun -skild bo -op Arduino Mega of Uno om die data aan te meld

Die Yun Shield het 'n minimale Linux -distro, en kan aan die internet gekoppel word, USB -poorte en SD -kaartgleuf hê, sodat die data op 'n USB -stick of 'n SD -kaart aangemeld kan word. Die tyd word uit die Linux -stelsel gehaal en die datalêer word opgehaal uit 'n FTP -program soos WinSCP of FileZilla of direk vanaf USB, SD -kaartleser.

Hier is die kode wat op Github aangebied word vir opsie 2.

Stap 4: Prestasie van troebelheidssensor

Ek het 'n Amphenol-troebelheidssensor (TSD-10) gebruik en dit bevat die datablad. Dit is moeiliker om die produk uit die aanlynlys te verifieer. Die datablad bevat 'n grafiek van die spanningsuitlesing (Vout) met verskillende troebelheidskonsentrasie wat in die nefelometriese troebelheidseenheid (NTU) voorgestel word. Vir mikroalge is die biomassadigtheid gewoonlik by 'n golflengte 730 nm, of 750 mm om die deeltjieskonsentrasie te meet, optiese digtheid (OD) genoem. Hier is die vergelyking tussen Vout, OD730 (gemeet met 'n Shimadzu -spektrometer) en OD750 (omgeskakel van NTU in die datablad).

Die mees wenslike toestand van hierdie stelsel is troebelheid-statiese of troebelheid wat die stelsel outomaties biomassadigtheid kan meet en beheer teen (of naby) aan 'n vasgestelde waarde. Hier is 'n grafiek wat die stelsel toon.

Openbaarmaking:

Hierdie troebelheidsmoniterings- en -beheerstelsel (dikwels turbidostaat genoem) is een van drie eenhede wat ek gewerk het in 'n poging om 'n vooraf fotobioreaktor te bou. Hierdie werk is uitgevoer terwyl ek gewerk het by Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology, Arizona State University. Die wetenskaplike bydraes van hierdie stelsel om die kweek van alge te bevorder, is in Algal Research Journal gepubliseer.