Summary
Ein Protokoll für die Herstellung von einem Gerät zur Trocknung von gleichzeitig mehreren optischen Zellen präsentiert.
Abstract
Optischen Zellen, die experimentelle Instrumente, sind klein, Quadrat Rohre versiegelte auf einer Seite. In diesem Rohr befindet sich eine Probe und eine Messung erfolgt mit einem Spektroskop. Die Materialien für optische Zellen in der Regel Quarz Glas oder Kunststoff unter anderem teure Quarzglas wird durch das Entfernen von Stoffen als Flüssigkeiten, analysiert werden, die sich in das Innere des Behälters halten wiederverwendet. In einem solchen Fall sind die optischen Zellen mit Wasser oder Ethanol gewaschen und getrocknet. Dann ist die nächste Probe aufgenommen und gemessen. Optischen Zellen werden natürlich oder mit einem manuellen Haartrockner getrocknet. Allerdings dauert das Trocknen Zeit, wodurch es einer der Faktoren, die das Experiment mal erhöhen. In dieser Studie zielt darauf ab die Trocknungszeit mit einem dedizierten automatische Trockner drastisch zu reduzieren, die mehrere optische Zellen gleichzeitig trocknen kann. Um dies zu realisieren, wurde eine Schaltung für einen Mikrocomputer entwickelt, und die Hardware benutzen wurde unabhängig voneinander entwickelt und hergestellt.
Introduction
Optischen Zellen werden als Laborinstrumente in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. In der Life-Science-Forschung Biomoleküle wie Nukleinsäuren und Proteine werden oft für Experimente genutzt und spektroskopische Methoden werden häufig für quantitative Methoden eingesetzt. Genaue Quantifizierung der Probe des Experiments ist unentbehrlich für präzise und reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten. Das Absorptionsspektrum erhalten von einem Spektrophotometer wurde oft für die Quantifizierung von Biomolekülen wie Nukleinsäuren und Proteine1,2,3,4verwendet. Forschung auf Oxidations-Reduktions-Eigenschaften, bedingt durch den Wechsel im Absorptionsspektrum und Photolumineszenz ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) verteilt, mit der DNA wurde auch durchgeführt5,6,7, 8,9,10. Diese Messungen dienen der optischen Zellen, aber genaue Messungen können nicht gemacht werden, es sei denn, sie gründlich gewaschen und getrocknet werden.
Beim Messen von Absorptionsspektren oder Photolumineszenz ist es unmöglich, genau in der schmutzigen optischen Zellen11,12,13,14,15messen. Kostengünstige optische Einwegzellen gemacht aus Polystyrol und Poly-Methyl-Methacrylat dienen auch waschen und Verunreinigungen zu beseitigen. Jedoch wenn präzise Messungen erforderlich sind, sind Quarz Brille häufig verwendet weil sie sehr gute optische Eigenschaften wie Lichtdurchlässigkeit haben. In diesem Fall sind die optischen Zellen nach der Messung der Probe gewaschen und immer wieder verwendet. In der Regel werden sie nach dem Waschen optischen Zellen mit Wasser oder Ethanol, natürlich getrocknet. Wenn eine schnelle Trocknung erforderlich ist, sind sie getrocknete eins nach dem anderen mit Haartrockner oder ähnliche Geräte. Optischen Zellen putzen ist eine unangenehme und zeitraubende Verfahren im Experiment. Mit steigender Anzahl von Proben erforderlich die Trocknung erhöht, was wiederum die Zeit erhöht, das Experiment und Forschung durchzuführen. In vergangenen Studien gab es keine Berichte auf Peripheriegeräte von optischen Zellen. Ziel dieser Studie ist es, die Forschung durch mehrere optische Zellen gleichzeitig Trocknen verkürzen.
Untersuchten wir, ob andere ähnliche Produkte vorhanden sind. Kastenförmigen konstanter Temperatur Trockner mit einem Temperatur-Control-Funktion und eine Timer-Funktion ist bereits vorhanden; jedoch finden Sie keine kommerziellen Produkte mit der gleichen Konfiguration.
Ein Überblick über die Produktion dieses Gerätes wird beschrieben. Erstens wird den Box-Typ Gehäuse mit einer Acrylplatte hergestellt. Nylon-Netz ist an der Spitze befestigt. Kunststoffrost steht es um die optische Zelle zu beheben. Der Regelkreis wird im Inneren des Gehäuses gespeichert, und die Kunststoffplatte ist angebracht, um die Schaltung von Wassertröpfchen zu schützen. Der Regelkreis besteht aus einer CPU und ist über die Software gesteuert. Gebläse sind auf der Rückseite des Gehäuses angebracht, und der Wind durch die Gebläse geliefert betritt die optischen Zellen auf den Kopf stellen. Die Gebläse werden durch einen Schalter an der Vorderseite aktiviert, und sie werden automatisch vom Timer gestoppt. Abhängig von der Anzahl der optischen Zellen getrocknet werden können zwei oder vier Gebläse für Betrieb ausgewählt werden. Tropft von den optischen Zellen Wassertröpfchen verdunsten vom Winde verweht aus dem Gebläse. Die Quarz-Zellen werden mit Wasser oder Ethanol gewaschen und die Trocknungszeit wird verglichen mit der natürlichen Trocknung.
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Protocol
(1) design
- Siehe Abbildung 1 für Details zur Entwicklung zeichnen.
- Schneiden Sie ein 3 mm dickes Acryl-Brett bis 210 mm in der Breite X 60 mm in der Höhe X 104 mm in der Tiefe, Bindung mit Acrylkleber und montieren des Falls.
- Installieren Sie mehr als 30 optische Zellen von 12,5 x 12,5 mm.
- Befestigen Sie Schalter und Lampen zum starten und stoppen und eine Variable Zifferblatt für die Trocknung Zeiteinstellung auf der Vorderseite des Gehäuses.
- Ein Blick von außen und die Komponentenkonfiguration finden Sie in Abbildung 2 .
- Verwenden Sie Acryl und Nylon für das Gehäuse und die Net, bzw.. Das Netz am Rahmen befestigen und an den oberen Teil des Gehäuses befestigen.
- Verwenden Sie Acryl für das Gitter aus der optischen Zelle-Installation. Befestigen Sie es an die Spitze des Netzes.
- Montieren Sie das Gebläse an der Rückseite des Gehäuses.
- Verwenden Sie durchscheinenden Acryl für einen Wassertropfen-Prävention-Partition.
(2) Hardware Design Gliederung
- Weitere Informationen von den Schaltplan Abbildung 3 .
- Rücktritt von 12 V auf 5 V von einem drei-Terminal-Regler für den Betrieb des Mikrocomputer.
- Aktivieren Sie den Gebläse über einen NPN Transistor (25 V, 500 mA).
Hinweis: Da die Ausgangs-Pin von der Mikrocomputer 5 V ist. - Kontrollieren Sie die Drehzahl der Gebläse von der Pulsbetrieb breite Modulation (PWM) der Ausgangs-Pin.
Hinweis: Das Gebläse angetrieben, die Anzahl der Umdrehungen wird gesteuert und die Stärke wird in regelmäßigen Abständen geändert. - Verbinden Sie Start-Druckschalter mit der digitalen Pin.
- Schließen Sie die Gebläse Betrieb Zeit Einstellung Lautstärke an analogen input-Pin, die Spannung nach der Drehstellung zu ändern.
- Verbinden Sie die organische Leuchtdiode (OLED) für die Zeitanzeige Betrieb zwei digitale Output-Pins mit einem Inter-integrated Circuit (I2C).
- Schließen Sie die LED, die leuchtet während des Betriebs auf den digitalen Ausgangspin.
3. Software Design Gliederung
- Verwenden Sie einen Mikrocomputer zur Steuerung der Gebläse.
Hinweis: Die Entwicklungsumgebung wurde gebaut mit Arduino, die zählt die Entwicklungsumgebungen namens Open-Source-Hardware und alle Schaltungen und Software sind für die Öffentlichkeit zugänglich. -
Gliederung des Vorgangs
- Drücken Sie den Startschalter.
- Lesen Sie den Zustand der Taste durch die select-Taste auf der Vorderseite angegeben und aktivieren Sie das Gebläse nach diesem Staat zu.
- Lesen Sie die Trocknungszeit festgelegten Variablen Widerstand auf der Vorderseite als Spannungssignal und Start Countdown Timer.
- Schalten Sie die LED leuchtet und zeigt die verbleibende Zeit auf die OLED.
-
Ausführliche Erklärung
- Lesen Sie die Volumen-Position angeschlossen an die analoge input-Pin als Spannung; dann, es wandelt in das Gebläse Betriebszeit und zeigt auf die OLED.
- Erkennen Sie die ON/aus-Schalter verbunden J1-9, 10 Pins des Schaltplan beim Drücken des Start-Schalters, schalten Sie die Gebläse Mitnehmerstift, aktivieren Sie die Gebläse und schalten Sie die LED während des Betriebs.
- Die Gebläse durch PWM zu steuern. Erkennt die Position des 10-kΩ Variablen Widerstand verbunden mit dem Schaltplan J1-5, 6, 7, und fahren die Gebläse mit den entsprechenden Ausgang.
- Erkennen Sie, dass die Position der 10-kΩ-Variablen Widerstand an den Kreislauf angeschlossen Diagramme J1-1, 2, 3-Pin durch Einstellung der Trocknen Zeit und aktivieren die Gebläse eine Zeitlang entsprechend.
- Verbinden Sie die Power-LED mit den Schaltplänen J1-15, 16 Pin. Verbinden Sie die Start LED mit den Schaltplänen J1 - 12, 13.
Hinweis: Die Power-LED leuchtet, wenn das Gerät schaltet sich auf, und die Start-LED leuchtet, während das Gebläse aktiviert sind. - Schließen Sie die OLED-an PB4, PB5 der CPU mit einem I2C.
Hinweis: Die Betriebszeit angezeigt auf die OLED ist jede Sekunde gezählt. Wenn die Betriebszeit 0 erreicht, die Gebläse Mitnehmerstift auf 0 festgelegt ist, die Gebläse werden gestoppt und die Betriebs-LED wird ausgeschaltet, um den Übergang in den Grundzustand Standby. - Verwenden Sie die Adafruit SSD1306-Bibliothek für ein OLED-Display der Arduino.
Hinweis: Wenn der Netzschalter eingeschaltet ist, arbeiten Sie in der Reihenfolge der Initialisierung und Nachricht anzeigen. Ein Teil des Quellcodes ist unten als Beispiel für die Verwendung dieser Bibliothek gezeigt.
#include "Wire.h";
#include < Adafruit_SSD1306.h >
#define OLED_RESET-1
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);
void setup() {}
Serial.Begin(115200);
während (!) Seriell) {}
; warten Sie für die serielle Schnittstelle zu verbinden. Nur benötigt für Leonardo
}
Wire.Begin (SDA, SCL); (SDA, SCL)
Delay(1000);
display.clearDisplay(); Löschen Sie den Puffer.
display.setTextSize(1);
display.clearDisplay();
Display.Print (F ("SD")); Finanzmärkten Up Nachricht Display(Version)
Display.println(Ver);
Display.Display();
}
4. Arbeitsweise
- Siehe Abbildung 2 für Details von der Außenansicht.
- Schalten Sie den Hauptschalter der Nummer 10 auf. Leuchtet die Betriebsanzeige der Nummer 11.
- Legen Sie die optischen Zellen auf Mesh-Nummer 2 aus dem Gitter Teil des Kunststoffs der Nummer 1.
Hinweis: Die Anzahl der optischen Zellen, die montiert werden kann ist so viele wie die Zahl der Gitter. - Wählen Sie eine zwei-Gebläse-Operation oder vier-Gebläse-Operation. Je nach Fahrsituation leuchtet die Betriebsanzeige der Nummer 5 und Nummer 6.
Anmerkung: Nummer 3 ist ein Schalter für den Betrieb der Gebläse auf der rechten Seite und Nummer 4 befindet sich ein Schalter für den Betrieb der Gebläse auf der linken Seite. - Legen Sie die Betriebszeit mit dem Timer mit Nummer 9.
- Zug Nr. 7 auf.
Hinweis: Der Lüfter mit Nummer 12 beginnt, und zur gleichen Zeit leuchtet die Betriebsanzeige der Nummer 8.
5. Methode um die Trocknungszeit zu messen
-
Im Falle der natürlichen Trocknung
- Waschen Sie die optischen Zellen gründlich mit Wasser oder Ethanol. Verwenden Sie dicke saugfähiges Papier zu absorbieren die Feuchtigkeit der optischen Zellen, dann die Zellen auf dickem saugfähigem Papier an einen anderen Ort zu bewegen und warten, bis sie trocken.
-
Bei der optischen Zelle Trockner
- Waschen Sie die optischen Zellen gründlich mit Wasser oder Ethanol.
Hinweis: Verwenden Sie dicke saugfähiges Papier, um vorübergehend die Feuchtigkeit zu absorbieren. - Legen Sie die optischen Zellen in die optische Zelle Trockner, dann warten Sie, bis sie trocken sind.
- Messen Sie die Trocknungszeit 3 X für jede Zelle.
- Waschen Sie die optischen Zellen gründlich mit Wasser oder Ethanol.
-
Vergleich der Mittelwerte
- Messen Sie die Trocknung mal 3 X 30 Orte, um die Verteilung zu erhalten.
Hinweis: Dies ist die Zeitdifferenz entsprechend der Position der Zellen in den optischen Zelle Trockner zu erkennen. - Verwenden Sie Mittelwerte aller 30 Plätze für einen Vergleich mit Wasser.
Hinweis: Bei waschen mit Wasser, bestimmen Sie die Positionen der optischen Zellen zufällig, dann messen Sie die Trocknungszeit bei 10 Punkten.
- Messen Sie die Trocknung mal 3 X 30 Orte, um die Verteilung zu erhalten.
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Representative Results
Wie in Tabelle 1, bei Ethanol waschen, war die durchschnittliche Trocknungszeit in natürliche Trocknung 426.4 s und die durchschnittliche Trocknungszeit im optischen Zelle Trockner war 106 s. Im Falle von Wasser waschen, war die durchschnittliche Trocknungszeit in natürliche Trocknung 1481.4 s und die durchschnittliche Trocknungszeit im optischen Zelle Trockner war 371.6 s. In beiden Fällen war die Trocknungszeit um etwa ein Viertel verringert. Die Trocknung Zeitverteilung des Trockners optische Zelle ist in Abbildung 4dargestellt. Die durchschnittliche Trocknungszeit an 30 Standorten wurde 106 s. Die Zahl in der oberen Zeile steht die Position der Zelle. Die Zahl in der unteren Zeile steht den durchschnittlichen Wert der Trocknungszeit.
Die Luftmenge des Gebläses war 31 m3/h pro Einheit, und die Summe der vier Einheiten war 124 m3/h. Die Lufttemperatur war Raumtemperatur und die Temperatur-Regelung wurde nicht durchgeführt.
Abbildung 1: Entwicklung Zeichnung. Befestigen Sie das Netz auf der Oberseite der Acryl Fall und montieren ein Kunststoffgitter für die Befestigung der optischen Zellen, die oben drauf befestigt sind. Die Größe des Gehäuses ist 210 mm in der Breite X 60 mm in der Höhe X 104 mm in der Tiefe, und zur gleichen Zeit 30 optische Zellen von 12,5 x 12,5 mm montiert werden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2: Außenansicht. Das Material des Gehäuses ist Acryl, leicht zu verarbeiten. Das Material des Netzes ist Nylon. Es ist am Rahmen befestigt und an den oberen Teil des Gehäuses befestigt. Das Material des Gitters für die optische Zelle Installation ist Acryl, und es ist an der Oberseite des Netzes befestigt. Nummer Beschreibung: 1 = Kunststoff Gitter, 2 = net, 3 = Gebläse Auswahltaste (rechts), 4 = Gebläse Wahltaste (linke Seite), 5 = Gebläse-operative Lampe (rechts), 6 = Gebläse-operative Lampe (linke Seite), 7 = die Gebläse-Start-Taste, 8 = Bl BL-operative Lampe, 9 = Timer, 10 = Netzschalter, 11 = Power-Supply-Anzeige, 12 = das OLED-Display und 13 = die Gebläse. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3: Schaltbild. Die Stromversorgung beträgt 12 V. Die Betriebsspannung der Gebläse ist 12 V. Steuern die Drehzahl des Gebläses durch breite Modulation (PWM) Pulsbetrieb der Ausgangs-Pin. Schließen Sie die Gebläse Betrieb Zeit Einstellung Lautstärke an analoge input-Pin zu ändern, die Spannung nach der Drehstellung. Verbinden Sie organische Leuchtdiode (OLED) für die Zeitanzeige Betrieb zwei digitale Output-Pins mit einem I2C. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4: Trocknung mit Ethanol Zeitverteilung. Die Trocknungszeit an 30 Standorten wurde dreimal gemessen mit Ethanol um die Verteilung zu erhalten. Die durchschnittliche Trocknungszeit an 30 Standorten wurde 106 s. Die Zahl in der oberen Zeile steht die Position der Zelle. Die Zahl in der unteren Zeile steht den durchschnittlichen Wert der Trocknungszeit. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Tabelle 1: Vergleich der Trocknungszeit für optische Zellen. Die durchschnittliche Trocknungszeit der natürlichen Trocknung nach Waschen mit Ethanol 426.4 war s und die durchschnittliche Trocknungszeit mit der optischen Zelle Trockner war 106 s. Die durchschnittliche Trocknungszeit der natürlichen Trocknung nach dem Waschen mit Wasser 1481.4 war s und die durchschnittliche Trocknungszeit mit der optischen Zelle Trockner war 371.6 s. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterladen.
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Discussion
Die optischen Zellen gleichzeitig mit dem Gebläse getrocknet werden können, und die Trocknungszeit erheblich reduziert werden. Auch wenn die Stop-Betrieb nicht ausgeführt wird, kann es sicher gestoppt werden, mithilfe der automatische Stopp-Funktion des Timers. Von die Messergebnisse an die Trocknung Zeitverteilung gab es keinen signifikanten Unterschied in der Trockenzeit wegen des Unterschiedes in der Einbaulage der optischen Zellen.
Ein wichtiger Schritt des Protokolls ist die Gestaltung des Gehäuses. Die Herausforderung besteht darin, das Gehäuse kompakt zu gestalten. Es ist auch wichtig, herauszufinden, wie Sie fallen in das Gebläse die überschüssige Ethanol oder Wasser zu verhindern.
Um die Trocknungszeit zu reduzieren, kann der Wind Volumen der Gebläse erhöht werden, aber besteht die Gefahr, der die optischen Zellen nicht herausspringen können. Um die Gebläse Kapazität zu erhöhen und die Trocknungszeit zu reduzieren, ist es notwendig, Maßnahmen zu entwickeln, die dies zu verhindern, wie das Hinzufügen von einem Fixpunkt für die optischen Zellen zu reparieren oder den Trockner, um es in eine Schachtel stecken Deckel zuweisen. Es gibt auch eine Methode zur Steigerung der Einlass Lufttemperatur der Gebläse um die Trocknungszeit zu reduzieren. Zu diesem Zweck ist es notwendig, eine Temperaturregelung damit nicht die optische Zelle Schaden hinzuzufügen. Aber dies ist eine Zukunftsaufgabe, weil Geräte komplizierter und Regelkreise sind erforderlich.
Eine weitere Möglichkeit um die Trocknungszeit zu reduzieren ist die Wassertröpfchen zu machen, fallen zu vibrieren, aber das ist auch ein Thema der Zukunftsforschung.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Acknowledgments
Die Autoren haben keine Bestätigungen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| blower | ebm-papst | 422JN | Mulfingen, Germany |
| Microcomputer | Atmel Corporation | ATmega 328 P | CA, USA |
| Blower selection button | Sengoku Densyo Co., Ltd. | MS-358 (red) | Tokyo, Japan |
| Blower operationg lamp | Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. | DB-15-T-OR | Tokyo, Japan |
| Blower start button | Sengoku Densyo Co., Ltd. | MS-350M (white) | Tokyo, Japan |
| Timer | Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. | SH16K4A105L20KC | Tokyo, Japan |
| Power supply switch | Marutsuelec Co., Ltd. | 3010-P3C1T1G2C01B02BKBK-EI | Tokyo, Japan |
| Power supply lamp | Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. | DB-15-T-G | Tokyo, Japan |
| OLED module | Akihabara Co., Ltd. | M096P4W | Tokyo, Japan |
References
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