یک سیستم نظارت و کنترل کدورت ساده برای جلبکهای کوچک: 4 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

بگذارید بگوییم که از نمونه گیری آب برای اندازه گیری کدورت خسته شده اید ، یک اصطلاح ناخالص نشان دهنده ذرات معلق کوچک در آب است که با افزایش مسیر نور یا غلظت ذرات بالاتر یا هر دو ، شدت نور را کاهش می دهد. بنابراین ، چگونه این کار را انجام دهیم؟

در زیر چندین مرحله برای ایجاد یک سیستم نظارت خودکار برای تراکم زیست توده ریزجلبک ها وجود دارد. این جلبکهای میکرو جلبکی هستند که در اندازه زیر میکرون هستند ، به خوبی در آب معلق هستند و سبک زندگی شدید دارند ، انرژی نور را تبدیل کرده و دی اکسید کربن را به زیست توده تازه سنتز شده تبدیل می کنند. این در مورد ریزجلبک ها کافی است.

برای اندازه گیری کدورت یا چگالی زیست توده ، در مورد من ، باید شدت نور را در سمت آشکارساز که به بازخوانی ولتاژ تبدیل می شود اندازه گیری کنم. یک مانع در ابتدا برای یافتن سنسور مناسب وجود داشت که با گونه های ریزجلبک هایی که با آنها کار می کردم کار کند.

کدورت را می توان با دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه گیری کرد. اسپکتروفتومتر آزمایشگاهی گران است و بیشتر یک نمونه را در یک زمان اندازه گیری می کند. به نوعی ، من خوش شانس بودم که یک سنسور کدورت ارزان قیمت خریدم که می توانم در ebay.com یا amazon.com پیدا کنم ، و در کمال تعجب ، این سنسور با گونه های ریزجلبک هایی که آزمایش کرده ام به خوبی کار می کند.

مرحله 1: قطعات مورد نیاز:

1. یک سنسور کدورت مانند این در عکس که لوله را متصل می کند. در لیست موجود دارای گذرگاه باز است مگر اینکه قصد دارید سنسور را زیر آب بکشید.

2. یک برد آردوینو. این می تواند نانو ، یا مگا/اونو باشد (در صورت استفاده از یون شیلد)

3. یک پتانسیومتر. بهتر است از نمونه دقیق مانند این استفاده کنید.

4. صفحه نمایش OLED. من از SSD1306 استفاده کردم ، اما انواع دیگر LCD مانند 1602 ، 2004 کار می کند (و کد را بر این اساس تجدید نظر کنید).

5. یک برد پخش با دو کانال مانند این

6. دو سوئیچ سه حالته برای کنترل دستی اضافی

7. پمپ ها: من یک پمپ پرستالتیک کوچک 12 ولت خریدم و در آزمایشگاه از پمپ دو کاناله کول پارمر به عنوان پمپ اصلی استفاده کردم. اگر پمپ اصلی فقط یک سر کانال دارد ، سپس از لوله سرریز برای جمع آوری مازاد زیست توده استفاده کنید ، مراقب باشید که در صورت استفاده از مخلوط کردن هوابرد قوی ، از توده زیست توده در بالای راکتور استفاده کنید.

8. یک Raspberry Pi یا یک لپ تاپ برای ورود اطلاعات برای گزینه 1 یا Yun Shield برای گزینه 2

هزینه کل در محدوده 200 دلار است. پمپ کول پارمر حدود 1000 دلار قیمت دارد و در هزینه کل گنجانده نشده است. من جمع بندی دقیقی نکردم.

مرحله 2: گزینه 1: ورود داده ها به رایانه/ رزبری پای از طریق کابل USB

استفاده از رایانه یا رزبری پای برای ضبط برخی از داده های خروجی

ضبط می تواند توسط گزینه ورود به سیستم مانند Putty (Windows) یا Screen (Linux) انجام شود. یا می توان آن را با یک اسکریپت پایتون انجام داد. این اسکریپت برای کارکردن به Python3 و کتابخانه ای به نام pyserial نیاز دارد. علاوه بر اینکه داده های وارد شده به راحتی در لپ تاپ یا دسکتاپ ریموت قابل دسترسی هستند ، این رویکرد از زمان رایانه ای که در فایل وارد شده است به همراه سایر خروجی ها استفاده می کند.

در اینجا یک آموزش دیگر برای نحوه راه اندازی رزبری پای و جمع آوری داده ها از آردوینو وجود دارد. این یک راهنمای گام به گام برای بدست آوردن داده ها از آردوینو به رزبری پای است.

و کد Arduino در اینجا برای گزینه 1 ذخیره شده است: سیستم حسگر کدورت و ورود داده ها به کامپیوتر.

همانطور که در بالا اشاره کردم ، این یک سیستم ساده است ، اما برای این که سنسور داده های معنی داری را تولید کند ، سپس موضوع اندازه گیری هایی مانند ریزجلبک ، غروب ، شیر یا ذرات معلق باید معلق باشد ، نسبتاً پایدار.

فایل ضبط شده دارای مهر زمان ، نقطه تنظیم ، مقدار اندازه گیری کدورت و زمان روشن بودن پمپ اصلی است. این باید برخی از شاخص های عملکرد سیستم را به شما ارائه دهد. می توانید پارامترهای بیشتری به Serial.println (dataString) در فایل.ino اضافه کنید.

یک کاما (یا یک برگه یا سایر کاراکترها برای تقسیم داده ها به هر سلول در صفحه گسترده) باید در هر خروجی اضافه شود تا داده ها در Excel برای ایجاد نمودار تقسیم شوند. کاما برای شما موهای شما را نجات می دهد (موهای من را نجات می دهد) ، به ویژه پس از داشتن چند هزار خط داده ، و نحوه تقسیم اعداد را فراموش کرده و فراموش کرده اید که بین آنها کاما اضافه کنید.

مرحله 3: گزینه 2: داده ها به سپر یون وارد می شوند

برای ثبت داده ها از Yun Shield در بالای Arduino Mega یا Uno استفاده کنید

Yun Shield حداقل یک توزیع لینوکس را اجرا می کند و می تواند به اینترنت متصل شود ، دارای پورت های USB و شکاف کارت SD باشد ، بنابراین داده ها را می توان به یک USB یا کارت SD وارد کرد. زمان از سیستم لینوکس بازیابی می شود و فایل داده از برنامه FTP مانند WinSCP یا FileZilla یا مستقیماً از USB ، کارت خوان SD بازیابی می شود.

در اینجا کد میزبانی شده در Github برای گزینه 2 آمده است.

مرحله 4: عملکرد سنسور کدورت

من از سنسور کدورت آمفنول (TSD-10) استفاده کردم و دارای برگه اطلاعات است. تأیید محصول از لیست آنلاین سخت تر است. برگه اطلاعات شامل نمودار بازخوانی ولتاژ (Vout) با غلظت کدورت متفاوت است که در واحد کدورت نفلومتری (NTU) نشان داده شده است. برای ریزجلبک ها ، چگالی زیست توده معمولاً در طول موج 730 نانومتر یا 750 میلی متر برای اندازه گیری غلظت ذرات است که چگالی نوری (OD) نامیده می شود. بنابراین در اینجا مقایسه بین Vout ، OD730 (اندازه گیری شده توسط طیف سنج Shimadzu) و OD750 (در برگه داده از NTU تبدیل شده است) وجود دارد.

مطلوب ترین حالت این سیستم کدورت استاتیک یا کدورت است که سیستم می تواند به طور خودکار چگالی زیست توده را (یا نزدیک) به مقدار تعیین شده اندازه گیری و کنترل کند. در اینجا گراف نشان داده شده است که این سیستم انجام شده است.

افشاگری:

این سیستم نظارت و کنترل کدورت (که اغلب به آن Turbidostat نیز گفته می شود) یکی از سه واحدی است که من در تلاش برای ایجاد یک فتوبیوراکتور پیشرفته کار کردم. این کار در حالی انجام شد که من در مرکز Biodesign Swette برای زیست فناوری محیط زیست ، دانشگاه ایالتی آریزونا کار می کردم. مشارکت های علمی این سیستم برای پیشرفت کشت جلبک در مجله تحقیقاتی Algal منتشر شد.