Yosun təcrübələri üçün evdə hazırlanan Jenga Blok Spektrofotometri: 15 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

Yosunlar fotosintetik protistlərdir və su qida zəncirlərində kritik orqanizmlərdir. Yaz və yaz aylarında bu və digər mikroorqanizmlər təbii su ehtiyatlarını çoxalda və basdıra bilər, nəticədə oksigen tükənir və zəhərli maddələr istehsal olunur. Bu orqanizmlərin artım sürətini anlamaq, su ehtiyatlarını qorumaqda və güclərindən istifadə edən texnologiyaları inkişaf etdirməkdə faydalı ola bilər. Əlavə olaraq, bu orqanizmlərin deaktivləşmə sürətini anlamaq suda və atıksuların təmizlənməsində faydalı ola bilər. Bu araşdırmada, Penshylvania'nın Horsham şəhərindəki Park Creekdən götürülmüş suda xlorlu ağartıcıya məruz qalan orqanizmlərin çürümə nisbətlərini təhlil etmək üçün aşağı qiymətli bir spektrofotometr qurmağa çalışacağam. Sahədən toplanan dərə suyu nümunəsi qida qarışığı ilə döllənəcək və yosunların böyüməsini təşviq etmək üçün günəş işığında buraxılacaq. Evdə hazırlanan spektrofotometr, ayrı bir dalğa uzunluğundakı işığın bir Arduino dövrəsinə qoşulmuş bir fotorezistor tərəfindən aşkar edilməzdən əvvəl nümunənin flakonundan keçməsinə imkan verəcəkdir. Nümunədəki orqanizmlərin sıxlığı artdıqca, nümunə tərəfindən udulan işığın miqdarının artması gözlənilir. Bu məşq elektronika, optika, biologiya, ekologiya və riyaziyyat anlayışlarını vurğulayacaq.

Spektrofotometrimin ideyasını Satchelfrost-un Təlim olunan "Tələbə Spektrofotometri" ndən və Daniel R. Albert, Michael A. Todt və H. Floyd Davisin "Aşağı Qiymətli Kəmiyyət Emilim Spektrofotometrindən" hazırladım.

Addım 1: İşıq Yolu Çərçivənizi yaradın

Bu Təlimatda ilk addım altı Jenga blokundan və lentdən yüngül bir yol çərçivəsi yaratmaqdır. İşıq yolu çərçivəsi, işıq mənbəyini, böyütmə cihazını və CD difraksiya ızgarasını yerləşdirmək və dəstəkləmək üçün istifadə olunacaq. İlk görüntüdə göstərildiyi kimi üç Jenga blokunu bir xəttə yapışdıraraq iki uzun zolaq yaradın. Bu fotoşəkilləri ikinci fotoda göstərildiyi kimi yapışdırın.

Addım 2: Böyüdücü cihazınız üçün bir baz yaradın və İşıq Yolu Çərçivəsinə yapışdırın

Böyüdücü cihaz işıq yolunun çərçivəsinə yapışdırılacaq və CD -dən ayrılmadan əvvəl LED -in yaydığı işığı cəmləşdirəcək. İki Jenga blokunu yapışdırın ki, bir blokun ortası digər blokun sonuna doğru birinci açıda göstərildiyi kimi dik açıda olsun. Üçüncü şəkildə göstərildiyi kimi lent istifadə edərək böyüdücü cihazı bu bazaya bağlayın. Bir neçə ildir sahib olduğum kiçik, ucuz bir böyüdücü şüşədən istifadə etdim. Böyüdücü cihazı bazasına bağladıqdan sonra böyüdücü cihazı işıq yolu çərçivəsinə yapışdırdım. Büyütmə cihazımı işıq yolu çərçivəsinin kənarından 13.5 sm aralıda yerləşdirdim, ancaq cihazı böyüdücü şüşənin fokus uzunluğundan asılı olaraq fərqli bir mövqedə düzəltməyiniz lazım ola bilər.

Addım 3: İşıq mənbəyinizi yaradın

CD difraksiya ızgarasına və fotorezistora çata biləcək konsentrasiyasız işığın miqdarını məhdudlaşdırmaq üçün, üstündə kiçik bir çuxur olan qara qələm qapağının içərisində ağ LED lampanı düzəltmək üçün elektrik lenti istifadə etdim. Birinci şəkil LED-i, ikinci şəkil bantlanmış LED-qələm qapağını göstərir. Kiçik elektrik lentlərindən istifadə edərək LED -in arxasından işığın anod və katot tellərinin olduğu yerlərdə parlamasını maneə törətdim.

LED qələm qapağı yaratdıqdan sonra, LED-i 220 ohm rezistora və güc mənbəyinə bağladım. LED'i Arduino Uno 5V və torpaq əlaqələrinə bağladım, ancaq hər hansı bir xarici DC enerji mənbəyi istifadə edilə bilər. LED işığının yanmasının qarşısını almaq üçün rezistor vacibdir.

Addım 4: İşıq mənbəyini İşıq Yolu Çərçivəsinə bağlayın

İşıq mənbəyi üçün bir platform təmin etmək üçün işıq yolu çərçivəsinin sonuna yaxın başqa bir Jenga blokunu bantlayın. Quraşdırmamda, işıq mənbəyini dəstəkləyən Jenga bloku işıq yolu çərçivəsinin kənarından təxminən 4 sm məsafədə yerləşirdi. İkinci görüntüdə göstərildiyi kimi, işıq mənbəyinin düzgün yerləşdirilməsi odur ki, işıq şüası CD difraksiya ızgarasının yerləşəcəyi işıq yolu çərçivəsinin əks ucundakı böyüdücü qurğu vasitəsilə fokuslansın.

Addım 5: İşıq Yolu Çərçivəsini, Böyüdücü Cihazı və İşıq mənbəyini Fayl Qutusu Qutusuna qoyun

Spektrofotometrin hər bir komponentini tutmaq üçün bir fayl qutusu və ya qeyri -şəffaf tərəfləri olan başqa bir möhürlənən qabdan istifadə edin. Şəkildə göstərildiyi kimi, fayl qutusu gövdəsindəki işıq yolu çərçivəsini, böyüdücü cihazı və işıq mənbəyini təmin etmək üçün bant istifadə etdim. Fayl qutusunun daxili divarının kənarından təxminən 2,5 sm məsafədə işıq yolu çərçivəsini boşaltmaq üçün bir Jenga bloku istifadə etdim (Jenga bloku yalnız aralıq üçün istifadə edildi və sonradan silindi).

Addım 6: CD Difraksiya Izgarasını kəsin və yerləşdirin

Bir hobbi bıçağı və ya qayçı istifadə edərək, təxminən 2,5 sm uzunluğunda və yansıtıcı üzü olan bir meydanda bir CD kəsin. CD -ni Jenga blokuna bağlamaq üçün lentdən istifadə edin. Jenga blokunun və CD difraksiya ızgarasının yerləşdirilməsi ilə oynayın ki, LED mənbəyindən gələn işıq ona dəyəndə fayl qutusunun korpusunun əks divarına göy qurşağı çəksin. Əlavə edilmiş şəkillər bu komponentləri necə yerləşdirdiyimi göstərir. Layihələnən göy qurşağının son şəkildəki kimi nisbətən düz olması vacibdir. Fayl qutusu divarının içindəki bir hökmdar və qələm eskizi, proyeksiyanın nə zaman düz olduğunu təyin etməyə kömək edə bilər.

Addım 7: Nümunə Tutucu yaradın

Əlavə edilmiş sənədi çap edin və kağızı bir kartona yapışdırın və ya yapışdırın. Kartonu çarpaz formada kəsmək üçün bir qayçı və ya hobbi bıçaqdan istifadə edin. Çaprazın ortasındakı çap edilmiş xətlər boyunca kartonu vurun. Əlavə olaraq, göstərildiyi kimi karton xaçın iki qolunun ortasında bərabər yüksəkliklərdə kiçik yarıqlar kəsin; bu yarıqlar işığın ayrı dalğa uzunluqlarının nümunədən fotorezistora keçməsinə imkan verəcəkdir. Kartonun daha möhkəm olmasına kömək etmək üçün lentdən istifadə etdim. Kartonu ballar boyunca qatlayın və yapışdırın ki, düzbucaqlı bir nümunə tutacağı yaransın. Nümunə tutacağı bir şüşə test borusunun ətrafına möhkəm oturmalıdır.

Addım 8: Nümunə Tutucu üçün Baza yaradın və əlavə edin

Üç Jenga blokunu bantlayın və montajı göstərildiyi kimi nümunə tutucuya bağlayın. Test borusu nümunə tutucusundan çıxarılarkən, karton nümunə tutucusunun Jenga blok bazasından ayrılmayacaq qədər möhkəm olduğundan əmin olun.

Addım 9: Fotoresistoru Nümunə Tutucuya əlavə edin

Fotorezistorlar foto keçiricidir və işıq intensivliyi artdıqca təmin etdikləri müqavimət miqdarını azaldır. Kiçik, taxta bir korpusa fotorezistoru bantladım, amma korpus lazım deyil. Arxa fotorezistoru, hissedici üzü nümunə tutucusunda kəsdiyiniz yarığa qarşı birbaşa yerləşdiriləcək şəkildə bantlayın. Nümunə və nümunə tutucunun yarıqlarından keçdikdən sonra fotorezistoru mümkün qədər çox işıq vurmağa çalışın.

Addım 10: Fotoresistoru bağlayın

Arduino sxemində fotorezistoru bağlamaq üçün əvvəlcə köhnə bir USB printer kabelinin tellərini kəsib soydum. Göstərildiyi kimi üç bloku bantladım və sonra soyulmuş telləri bu bazaya bağladım. İki düymə ucundan istifadə edərək, USB printer kabel tellərini fotorezistorun terminallarına bağladım və bir vahid yaratmaq üçün bazaları bantladım (dördüncü şəkildə göstərildiyi kimi). Yazıcı kabelinin telləri yerinə hər hansı bir uzun tel istifadə edilə bilər.

Fotorezistordan çıxan bir teli Arduinonun 5V güc çıxışına qoşun. Fotorezistordan gələn digər teli Arduino portlarından analoqlarından birinə aparan bir telə bağlayın. Sonra paralel olaraq 10 kilo-ohm müqavimətçi əlavə edin və rezistoru Arduino-nun torpaq bağlantısına qoşun. Son rəqəm konseptual olaraq bu əlaqələrin necə qurula biləcəyini göstərir (circuit.io kredit).

Addım 11: Bütün Komponentləri Arduinoya bağlayın

Kompüterinizi Arduino -ya qoşun və ona əlavə edilmiş kodu yükləyin. Kodu yüklədikdən sonra onu ehtiyaclarınıza və seçimlərinizə uyğun olaraq düzəldə bilərsiniz. Hal -hazırda, Arduino hər dəfə işə salındıqda 125 ölçmə aparır (həm də sonunda bu ölçüləri ortalayır) və siqnaldakı analoqu A2 -yə gətirib çıxarır. Kodun yuxarı hissəsində nümunənizin adını və nümunə tarixini dəyişə bilərsiniz. Nəticələri görmək üçün Arduino masaüstü interfeysinin sağ üst hissəsindəki serial monitor düyməsini basın.

Bir az qarışıq olsa da, Arduino dövrəsinin hər bir komponentini necə birləşdirdiyimi görə bilərsiniz. İki çörək taxtası istifadə etdim, ancaq bir dənə ilə asanlıqla edə bilərsiniz. Əlavə olaraq, LED işıq mənbəyim Arduino -ya bağlıdır, amma istəsəniz bunun üçün fərqli bir enerji təchizatı istifadə edə bilərsiniz.

Addım 12: Nümunə Tutucunuzu Fayl Qutusu Qutusuna qoyun

Evdə hazırlanan spektrofotometrinizi yaratmağın son addımı, nümunə tutucusunu fayl qutusunun korpusuna yerləşdirməkdir. Fotorezistordan telləri keçmək üçün fayl qutusunda kiçik bir yarıq kəsdim. Sistemin hər bir komponentinin əvvəlcədən yerləşdirilməsi nümunə tutucunun fayl qutusu gövdəsindəki mövqeyinə təsir edəcəyi üçün bu son addımı bir elmdən çox bir sənət kimi qiymətləndirdim. Nümunə tutucusunu elə yerləşdirin ki, nümunə tutucusundakı yarığı fərdi işıq rəngi ilə hizalaya biləsiniz. Məsələn, Arduino -nu narıncı işıq və yaşıl işıq yarığın hər iki tərəfinə çıxacaq şəkildə yerləşdirə bilərsiniz, yalnız sarı işıq yarıqdan fotorezistora keçir. Nümunə tutucusundakı yarıqdan yalnız bir işığın keçdiyi bir yer tapdıqdan sonra, bir -birinizə uyğun yerləri müəyyən etmək üçün nümunə tutucusunu yanal hərəkət etdirin (unutmayın, ROYGBV). Yalnız bir rəngli işığın fotorezistora çata biləcəyi yerləri qeyd etmək üçün fayl qutusu korpusunun altına düz xətlər çəkmək üçün qələm istifadə edin. Nümunə tutucunun qarşısında və arxasında iki Jenga blokunu bantladım ki, oxuyarkən bu işarələrdən kənara çıxmadım.

Addım 13: Evdə hazırlanan spektrofotometrinizi sınayın - bir spektr yaradın

Evdə hazırlanan spektrofotometrlə bir neçə test keçirdim. Ətraf mühəndisi olaraq suyun keyfiyyəti ilə maraqlanıram və evimin yanındakı kiçik bir dərədən su nümunələri götürmüşəm. Nümunələr alarkən təmiz bir qabdan istifadə etməyiniz və nümunə götürərkən qabın arxasında dayanmanız vacibdir. Nümunənin arxasında dayanmaq (yəni toplama məntəqəsinin aşağı axını) nümunənizin çirklənməsinin qarşısını almağa kömək edir və axındakı aktivliyinizin nümunəyə təsir dərəcəsini azaldır. Bir nümunədə (Nümunə A) az miqdarda Miracle-Gro əlavə etdim (nümunə həcmimi nəzərə alaraq qapalı bitkilər üçün uyğun olan məbləğ), digər nümunədə isə heç bir şey əlavə etmədim (Nümunə B). Fotosintezi təmin etmək üçün bu nümunələri yaxşı işıqlı bir otaqda qapaqsız buraxdım (qaz mübadiləsi üçün qapaqları qapalı saxlamaq). Gördüyünüz kimi, şəkillərdə Miracle-Gro ilə tamamlanan nümunə yaşıl platonik yosunlarla doymuşdu, Miracle-Gro olmayan nümunə isə təxminən 15 gün sonra heç bir əhəmiyyətli artım görmədi. Yosunlarla doymuş olduqdan sonra, A Nümunəsinin bir hissəsini 50 ml konik borularda seyreltdim və eyni yaxşı işıqlı otaqda qapaqları olmadan buraxdım. Təxminən 5 gün sonra, yosunların böyüməsini göstərən rənglərində artıq nəzərəçarpacaq fərqlər var idi. Diqqət yetirin ki, prosesdə dörd seyreltmədən biri itdi.

Çirkli şirin sularda böyüyən müxtəlif növ yosun növləri var. Yosunların mikroskopla şəkillərini çəkdim və ya xlorokok və ya xlorella olduğuna inanıram. Ən az bir başqa yosun növü də var kimi görünür. Zəhmət olmasa bu növləri tanıya bilsəniz mənə bildirin!

Nümunə A -da yosun yetişdirdikdən sonra ondan kiçik bir nümunə götürüb ev spektrofotometrində test borusuna əlavə etdim. Hər bir işığın rəngi üçün Arduinonun çıxışlarını qeyd etdim və hər bir çıxışı hər rəng aralığının orta dalğa uzunluğu ilə əlaqələndirdim. Yəni:

Qırmızı İşıq = 685 nm

Narıncı İşıq = 605 nm

Sarı İşıq = 580 nm

Yaşıl İşıq = 532.5 nm

Mavi İşıq = 472.5 nm

Bənövşəyi İşıq = 415 nm

Nümunə tutucuya Deer Park su nümunəsi qoyulduqda, hər bir işıq rəngi üçün Arduinonun çıxışlarını da qeyd etdim.

Beer Qanunu istifadə edərək, Dərin Park su absorbansının Nümunə A absorbansına bölünmüş hissəsinin baza-10 logarifmasını alaraq hər ölçü üçün absorbans dəyərini hesabladım. Absorbans dəyərlərini ən aşağı dəyərin udma qabiliyyətini sıfıra dəyişdim və nəticələri qrafikə saldım. Piqment növlərini təxmin etməyə çalışmaq üçün bu nəticələri ümumi piqmentlərin absorbans spektri ilə müqayisə edə bilərsiniz (Sahoo, D., & Seckbach, J. (2015). Yosun Dünyası. Hüceyrə Mənşəyi, Aşırı Habitatlarda Həyat və Astrobiologiya.). yosun nümunəsində var.

Addım 14: Evdəki Spektrofotometrinizi Test edin - Dezinfeksiya Təcrübəsi

Evdə hazırlanan spektrofotometrlə müxtəlif fəaliyyətlər həyata keçirə bilərsiniz. Burada, müxtəlif konsentrasiyalı ağartıcılara məruz qaldıqda yosunların necə çürüdüyünü görmək üçün bir təcrübə apardım. Sodyum hipoklorit (yəni ağartıcı) konsentrasiyası 2,40%olan bir məhsul istifadə etdim. 50 mL A nümunəsini 50 mL konik borulara əlavə etməklə başladım. Daha sonra nümunələrə fərqli miqdarda ağartıcı məhlul əlavə etdim və spektrofotometrdən istifadə edərək ölçü götürdüm. Nümunələrə 4 ml və 2 ml ağartıcı məhlulun əlavə edilməsi, nümunələrin demək olar ki, dərhal çürüməsinə səbəb oldu ki, bu da yosunların demək olar ki, dərhal dezinfeksiya olunduğunu və deaktivləşdiyini göstərir. Nümunələrə yalnız 1 ml və 0,5 ml ağartıcı məhlulun əlavə edilməsi, zamanın funksiyası olaraq evdə hazırlanan spektrofotometrdən və modelin çürüməsindən istifadə edərək ölçmələr aparmaq üçün kifayət qədər vaxt verdi. Bunu etməzdən əvvəl, ağartma məhlulu üçün bir spektr qurmaq üçün son addımdakı prosedurdan istifadə etdim və qırmızı işığın həllinin dalğa uzunluğunun qırmızı dalğa uzunluğunda udma qabiliyyətindən istifadə edərək yosun deaktivasiyasına yaxın müdaxilə olacağını kifayət qədər aşağı olduğunu təyin etdim. işıq Qırmızı işıqda Arduino-dan arxa planın oxunuşu 535 [-] idi. Bir neçə ölçmə aparmaq və Beer Qanunu tətbiq etmək, göstərilən iki əyrini qurmağa imkan verdi. Diqqət yetirin ki, absorbans dəyərləri ən aşağı udulmuş dəyər 0 -a bərabərdir.

Bir hemositometr varsa, gələcək təcrübələr Nümunə A-da hüceyrə konsentrasiyası ilə əlaqədar absorbansa aid olan xətti bir reqressiya inkişaf etdirmək üçün istifadə edilə bilər. Bu əlaqə daha sonra ağartıcıdan istifadə edərək yosunların deaktivasiyası üçün CT dəyərini təyin etmək üçün Watson-Crick tənliyində istifadə edilə bilər..

Addım 15: Açar paketlər

Bu layihə sayəsində ətraf mühit biologiyası və ekologiyanın təməl prinsipləri haqqında biliklərimi artırdım. Bu təcrübə, su mühitində fotoautotrofların böyüməsi və çürüməsi kinetikası haqqında anlayışımı daha da inkişaf etdirməyə imkan verdi. Əlavə olaraq, spektrofotometrlər kimi vasitələrin işləməsinə imkan verən mexanizmlər haqqında daha çox məlumat əldə edərkən ətraf mühitdən nümunə götürmə və analiz üsullarını tətbiq etdim. Mikroskop altında nümunələri təhlil edərkən orqanizmlərin mikro mühitləri haqqında daha çox məlumat əldə etdim və ayrı -ayrı növlərin fiziki quruluşları ilə tanış oldum.