12 misure di spettrometria riflessiva e trasmissiva

Physical computing: imparare e divertirsi in laboratorio
con Arduino, materiali a basso costo e software libero.
hands on:
Misure di spettrometria
riflessiva e trasmissiva
Daniele Grosso(1)
1. Dipartimento di Fisica (Università di Genova)
Scuola Estiva Genova AIF-DIFI
Piano Lauree Scientifiche, modulo di formazione insegnanti in laboratorio
Obbiettivi
Realizzare uno strumento per l’analisi della risposta di un
campione illuminato con radiazione elettromagnetica
di lunghezza d’onda compresa tra l’infrarosso e l’ultravioletto
La spettrofotometria della regione compresa tra circa 400 e
circa 700 nm, viene usata nella colorimetria scientifica
E’ possibile illustrare alcuni principi di ottica e introdurre una
tecnica di analisi con un modello e
realizzare misure su piccole quantità di liquidi
ad es. concentrazione di un soluto.
Traccia
Quando un led viene attivato emette luce di una data lunghezza d’onda
(la distribuzione spettrale è specificata dal costruttore nel datasheet)
La luce è in parte riflessa, in parte trasmessa
Fotoresistenza o fototransistor rilevano l’intensità del segnale
Viene generato un grafico che rappresenta
la risposta del campione in riflessione ed uno che rappresenta
la risposta del campione in trasmissione
schermo
sensore
LED IR
componente riflessa
RGB LED red
LED green
LED blu
LED UV
campione
sensore
radiazione emessa
Componente trasmessa
Materiali
Arduino
1 led RGB (ha 3 led ad alta intensità)
1 led IR
1 led UV
Per acquisire più punti si può usare anche un numero di led
maggiore,
fino a 14 senza multiplexer
con picchi di emissione diversi
resistenze da 330 ohm (per proteggere i led)
2 resistenze da 4.7 kohm,
2 fotoresistenze (oppure fototransistor)
NB controllare il data sheet, di solito le fotoresistenze hanno una
risposta uniforme in una regione più vasta dello spettro rispetto ai
fototransistor
Metodi
Realizzare un circuito per il controllo di almeno 5 led con
arduino e
scrivere il relativo programma di controllo
in modo che ciascun led venga attivato in sequenza
per un tempo dt
(dt >> 20 ms, tempo di risposta della fotoresistenza)
Realizzare 2 circuiti che acquisiscano i valori letti da una
fotoresistenza
Scrivere un programma che trasmetta i dati a processing
attraverso la porta USB
Utilizzare processing per realizzare un grafico che riporti i
valori acquisiti per riflessione e trasmissione
(la differenza in presenza/assenza del campione)
Spunti di riflessione, proposte
Spunti
Vedere l’infrarosso con un telefonino o una webcam
Il colore, emissione, assorbimento,
riflessione, trasmissione
La luce: lunghezza d’onda, frequenza,
velocità di propagazione
Proposte
Aumentare il numero dei LED
Utilizzare una webcam ed un reticolo di diffrazione
Riferimenti e approfondimenti
spettrofotometria
http://it.wikipedia.org/wiki/Spettrofotometria
Spettrofotometria (quaderni di analisi chimica strumentale)
http://www.prweb.it/chimica_biologico/testi/QACS_spettrofotometria.pdf
Spettroscopio con un CD ROM e una scatola
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed075p1569 (journal of chemical education)
http://www.isissbuonarroti.it/scientia/spettroscopio.pdf (realizzazione)
Spettroscopia ... dalla NASA
http://asd-www.larc.nasa.gov/edu_act/simple_spec.html
Principi base per la costruzione di uno spettrografo a reticolo a bassa risoluzione
http://astro.lapolse.org/documenti/spectro.pdf
L'autocostruzione di spettroscopi
http://www.pno-astronomy.com/Spettroscopia/Strumenti/Autocostruzione/Autocostruzione.htm
Il software visual spec
http://astrosurf.com/vdesnoux/