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方法論記事

光学セルの作製分光分析セル用ドライヤー

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DOI：

10.3791/58518

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2019年1月8日

 ,  , 
1Department of Physics, Graduate School of Science, Tokyo University of Science

この記事について

サマリー

同時に複数の光学セルを乾燥するための装置を作製するためのプロトコルが表示されます。

要約

実験装置は、光のセルが小さい、正方形チューブに密封された 1 つの側面。このチューブにサンプルを配置し、分光器で測定を実行します。光学セルに一般的に使用される材料は、石英ガラスやプラスチック、しかし、コンテナーの内部に付着する分析する液体以外の物質を除去することによって高価な石英ガラスを再利用します。このような場合は、光のセルを水またはエタノールで洗浄して乾燥します。次のサンプルは追加し、測定します。光学セルは自然または手動ドライヤーで乾燥させます。ただし、乾燥すると、実験時間を増やす要因の一つになって時間がかかります。本研究の目的は、複数の光学セルを一度に乾燥できる専用自動乾燥機で乾燥時間を大幅に削減します。これを実現するための回路、マイコン用に設計された、それを使用してハードウェアは独立して設計・製造されました。

概要

光学セルは、幅広い分野での実験室の器械として使用されます。生命科学研究における実験、核酸やタンパク質などの生体分子がしばしば用いられます、分光方法は量的な方法を広きます。実験のサンプルを正確に定量化がより正確かつ再現性のある結果を得るために不可欠です。分光光度計によって得られた吸収スペクトルは、核酸とタンパク質1,2,3、4などの生体分子の定量化のため多く使用されています。吸収スペクトルと DNA を用いた分散におけるカーボンナノ チューブ (CNT) の発光の変化によって引き起こされる酸化還元特性に関する研究も実施5,6,7、 8,9,10。これらの測定のために使用する光学セルが、彼らは徹底的に洗浄し、乾燥しない限りは正確に測定できませんのでいます。

発光または吸収スペクトルを測定するとき、汚れた光学セル11,12,13,14,15で正確に測定するため不可能します。ポリスチレンとメタクリル酸ポリ-メチル経済的な使い捨て光学セルは洗浄し、汚染を除去するためにも使用されます。ただし、精密測定が必要なときは彼らは光透過性など非常に優れた光学特性を持っているので、石英ガラスが使用多くの場合。この場合、光セルをサンプルの測定後に洗浄して繰り返し使用されます。通常、水やエタノールの光セルを洗浄した後彼らは自然乾燥されます。急速な乾燥が必要な場合、乾燥した 1 つずつヘアー ドライヤーまたは同様の装置を使用しています。光学セルを洗浄実験で最も不快な時間のかかる手順の 1 つです。サンプル数が増えると、実験と研究を実施する時間を増加する乾燥時間の増加が必要です。従来の研究が報告されているない光学セルの周辺機器。本研究は、複数の光学セルを同時に乾燥による調査時間を短縮を目指しています。

他の類似製品が存在するかどうかを調べた。ボックス型恒温乾燥機温度制御機能とタイマー機能では既に存在します。ただし、同じ構成で商品が見つからない。

このデバイスの生産の概要を説明します。まず、ボックス タイプの場合は、アクリル板を使って行われます。ナイロン網は、上部に添付されます。プラスチック グリッドは、光学セルを修正するに配置されます。制御回路がケースの中に格納され、水滴から回路を保護するためにプラスチック製のプレートが取り付けられました。制御回路は CPU で構成され、ソフトウェアによって制御されます。送風機は、ケースの背面に接続されているし、送風機によって提供される風が逆さまセット光学セルに入ります。ブロワは、前面にあるスイッチによってアクティブ化され、タイマーで自動的に停止しています。乾燥光学セルの数、に応じて、操作に 2 つまたは 4 つの送風機を選択できます。ブロワーの風光学セルから滴り落ちる水滴を蒸発させます。水やエタノール、石英セルを洗浄し、自然乾燥の乾燥時間を比較します。

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プロトコル

1. デザイン

  1. 図面開発の詳細については、図 1を参照してください。
  2. 210 mm 幅 x 60 高さ x 104 mm の深さで mm に 3 mm 厚のアクリル板をカット、アクリル系接着剤で接着し、ケースを組み立てます。
  3. 12.5 x 12.5 ミリメートルの多くとして 30 光学セルをインストールします。
  4. スイッチとランプの開始と停止、筐体の前面の乾燥時間の設定を可変ダイヤル接続します。
  5. 外部ビューのコンポーネントの構成は、図 2を参照してください。
  6. それぞれ、ケーシング、ネットのアクリルとナイロンを使用しています。フレームにネットを修正、ケースの上部に取り付けます。
  7. 光学セル インストールの格子のアクリルを使用します。ネットの上部に取り付けます。
  8. ケースの背面に送風機をマウントします。
  9. 水滴防止パーティションの半透明のアクリルを使用します。

2. ハードウェアのデザイン アウトライン]

  1. 回路図の詳細については、図 3を参照してください。
  2. マイコンを操作するための 3 端子レギュレータで 5 V を 12 V から降りる。
  3. 送風機を介してNPN トランジスタをアクティブにする (25 V、500 mA)。
    注: は 5 V のマイコンの出力ピン。
  4. 出力端子のパルス幅変調 (PWM) 操作によって、送風機の回転速度を制御します。
    注: 送風機駆動され、回転数を制御すると、強さが定期的に変更されます。
  5. スタートのプッシュ スイッチをデジタル入力端子に接続します。
  6. 送風機の操作時間設定ボリュームを回転位置に応じて電圧を変更するアナログ入力端子に接続します。
  7. 内蔵回路 (I2C) と 2 つのデジタル出力端子に操作時の表示の有機発光ダイオード (OLED) を接続します。
  8. デジタル出力端子に操作中に点灯する LED を接続します。

3. ソフトウェアのデザイン アウトライン]

  1. ブロワを制御するのにマイコンを使用します。
    注: 開発環境はオープン ソース ハードウェアと呼ばれる開発環境の 1 つで、arduino を構築した、すべての回路とソフトウェアが公衆に開いています。
  2. 操作の概要
    1. スタート スイッチを押します。
    2. 前面に選択ボタンで指定したボタンの状態を読み、その状態に応じて送風機をアクティブにします。
    3. 電圧信号とカウント ダウン タイマー スタートとして前面に可変抵抗によって設定された乾燥時間をお読みください。
    4. 電源 LED が点灯し、OLED に残り時間を表示します。
  3. 詳細な説明
    1. 電圧; としてアナログ入力端子に接続して読み取りボリューム位置次に、送風機の操作時に変換し、OLED の表示。
    2. ON を検出/送風機の駆動ピンをオンに J1-9、スタート スイッチを押すと回路図の 10 本のピンに接続されているスイッチをオフ、送風機をアクティブ化および操作中に LED をオンにします。
    3. PWM で送風機を制御します。接続回路図 J1 5、6、7、10 kΩ 可変抵抗器の位置を検出し、対応する送風機の出力をドライブします。
    4. 検出回路に接続されている 10 kΩ 可変抵抗器の位置図 J1-1、2、3 pin が記載された乾燥時間し、それに対応する時間のため、送風機をアクティブに設定します。
    5. 回路図 J1 15、16 ピンに電源 LED を接続します。開始 LED を回路図 J1 - 12、13 に接続します。
      注: と電源が入り、開始 LED が点灯するブロワがアクティブになっている間、電源 LED は点灯しています。
    6. PB4、I2C で CPU の PB5 に、OLED を接続します。
      注: [OLED の表示操作時間をカウント毎秒ダウン。手術時間が 0 になったら、送風機の駆動ピンが 0 に設定されて、ブロワを停止すると、初期のスタンバイ状態への移行に動作 LED がオフします。
    7. Arduino の OLED ディスプレイの Adafruit SSD1306 ライブラリを使用します。
      注: 電源スイッチをオンにすると、初期化およびメッセージ表示の順序で動作します。ソース コードの一部は、このライブラリの使用方法の一例として以下に示します。
      #include"Wire.h";
      #include < Adafruit_SSD1306.h >
      #define OLED_RESET-1
      Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);
      figure-protocol-1
      figure-protocol-2
      テストメソッドごとに setup() void {
      Serial.begin(115200);
      しばらくの間があります。シリアル) {
      ;シリアル ポートを接続するを待ちます。レオナルドのためだけに必要
      }
      Wire.begin (SDA、SCL);(SDA、SCL)
      delay(1000);
      display.clearDisplay();バッファーをクリアします。
      display.setTextSize(1);
      display.clearDisplay();
      display.print (F ("SD"));Weake アップ メッセージ Display(Version)
      display.println(ver);
      display.display();
      figure-protocol-3
      figure-protocol-4
      }

4. 操作方法

  1. 外部のビューの詳細については、図 2を参照してください。
  2. 番号 10 の主電源スイッチをオンにします。11 番の動作ランプが点灯します。
  3. 数 1 のメッシュ数プラスチックの格子部分から 2 の光学セルを配置します。
    メモ: マウントすることができます光の細胞の数は格子の数と同数です。
  4. 2 送風機操作または 4 送風機操作を選択します。運転状況に応じて数 5 と 6 の操作ランプが点灯します。
    注: 番号 3 は、右側にある送風機を操作するためのスイッチ、4 番は左側にある送風機を操作するためのスイッチ。
  5. 9 番でタイマーで作業時間を設定します。
  6. ターン数 7 に。
    注: 番号 12 でファンが起動し、番号 8 の操作ランプが点灯、同時に。

5. 乾燥時間を測定する方法

  1. 自然乾燥の場合
    1. 洗浄水やエタノールで十分に光のセル。光の細胞の水分を吸収、厚い吸水紙の上セルを別の場所に移動、彼らは乾燥まで待って厚い吸水紙を使用します。
  2. 光学セルのドライヤーの場合
    1. 洗浄水やエタノールで十分に光のセル。
      注: は、一時的に水分を吸収するのに厚い吸水紙を使用します。
    2. 光学セル ドライヤーで光学セルを配置し、彼らが乾燥するまで待ちます。
    3. 乾燥時間 3 を測定する各セルの x。
  3. 平均値の比較
    1. 乾燥時間分布を取得する 30 カ所で 3 x を測定します。
      注: これは光学セル ドライヤーでセルの位置に応じて時間差を検出するためです。
    2. 水との比較のためすべて 30 場所の平均値を使用します。
      注: 水で洗浄、場合光学セルの位置をランダムに決定し、10 ポイントでの乾燥時間を測定します。

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結果

乾燥自然乾燥の時間平均された 426.4 エタノールで洗浄、場合表 1で示すように、s、および乾燥光学セル ドライヤーの時間平均された 106 s。水洗浄、場合乾燥自然乾燥の時間平均された 1481.4 s、および乾燥光学セル ドライヤーの時間平均は 371.6 s。両方のケースでは、乾燥時間が約 4 分の 1 に減少しました。光学セル乾燥機の乾燥時間分布は図 4に示します。30 の場所で乾燥時間平均された 106 s。上の行の数は、セルの位置を表します。下段の数字は、乾燥時間の平均値を表します。

送風機の風量は 1 単位あたり 31 m3/h、4 つのユニットの合計 124 m3/h。空気の温度は部屋の温度と温度コントロールは実行されませんでした。

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ディスカッション

光のセルは、送風機と同時に乾燥させることが、乾燥時間を大幅に低減することができます。停止操作を実行しない場合でもは、タイマーの自動停止機能を使用して安全に停止できます。乾燥時間分布の測定結果から光学セルの設置位置の違いのため乾燥時間に差はありません。

プロトコルの重要なステップは、筐体のデザインです。課題は、コンパクトな筐体を作る方法です。また、余分なエタノールまたは水の送風機に落下を防ぐ方法を把握することが重要です。

乾燥時間を減らすためには、ブロワの風量を増やすことができます、しかし、光学セルが飛び出す危険性があります。送風機の能力を上げるして乾燥時間を短縮するには、光のセルを修正するか、箱に入れて、ドライヤーに蓋を取り付ける器具を接続するなど、これを防ぐ工夫対策する必要は。また、乾燥時間を短縮する送風機の入口空気温度の上昇の方法です。このため、光の細胞を損傷しないように温度制御機能を追加する必要は。しかし、今後の課題は、複雑なデバイス、制御回路が必要。

乾燥時間を短...

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開示事項

著者が明らかに何もありません。

謝辞

著者の謝辞があります。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
ブロワーebm-papst422JNMulfingen, Germany
マイコンAtmel CorporationATmega 328 PCA, USA
ブロワー選択ボタン戦国電装株式会社MS-358 (赤)東京都
ブロワー運転 ランプ秋月電子通商(株)DB-15-T-OR東京・日本
ブロワースタートボタン戦国電装株式会社MS-350M (ホワイト)東京都
タイマー秋月電子通商(株)SH16K4A105L20KC東京
電源スイッチ株式会社マルツエレック3010-P3C1T1G2C01B02BKBK-EI東京都
電源ランプ秋月電子通商株式会社DB-15-T-G東京
有機ELモジュール秋葉原株式会社M096P4W東京
千代田区

参考文献

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