Jednostavan nadzor i sistem za kontrolu zamućenosti za mikroalge: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Recimo samo da vam je dosadno uzimanje uzoraka vode za mjerenje zamućenosti, što je bruto pojam koji označava male, suspendirane čestice u vodi, koje smanjuju intenzitet svjetlosti bilo sa povećanjem putanje svjetlosti ili većom koncentracijom čestica, ili oboje. Dakle, kako to učiniti?

Ispod je nekoliko koraka koje sam poduzeo za izgradnju automatskog sistema za praćenje gustoće biomase mikroalgi. Ovo su mikro-alge veličine submikrona, dobro suspendirane u vodi, koje imaju ekstreman način života, pretvarajući svjetlosnu energiju i smanjujući ugljični dioksid u novo sintetiziranu biomasu. To je dovoljno o mikroalgama.

Za mjerenje zamućenosti ili gustoće biomase, u mom slučaju, moram izmjeriti intenzitet svjetla na strani detektora koji se pretvara u očitanje napona. Jednu prepreku sam imao na početku da pronađem odgovarajući senzor koji radi sa vrstama mikroalgi s kojima sam radio.

Zamućenost se može mjeriti spektrofotometrom. Laboratorijski spektrofotometar je skup i uglavnom mjeri jedan po jedan uzorak. Nekako sam imao sreće da sam kupio jeftin senzor zamućenosti koji sam mogao pronaći na ebay.com ili amazon.com, a na moje iznenađenje, senzor dobro funkcionira s vrstama mikroalgi koje sam eksperimentirao.

Korak 1: Potrebni dijelovi:

1. Senzor zamućenosti poput ovog na fotografiji koji povezuje cijevi. Ovaj na popisu ima otvoren prolaz osim ako ne namjeravate potopiti senzor.

2. Arduino ploča. To može biti Nano ili Mega/Uno (ako se koristi Yun Shield)

3. Potenciometar. Bolje je koristiti ovakvu preciznost.

4. OLED ekran. Koristio sam SSD1306, ali druge vrste LCD -a, poput 1602, 2004 bi radile (i prema tome revidirale kôd).

5. Reprodukcijska ploča sa dva ovakva kanala

6. Dva od tri položaja prekidača za dodatnu ručnu kontrolu

7. Pumpe: Kupio sam malu peristaltičku pumpu od 12V i koristio dvokanalnu pumpu Cole Parmer u laboratoriji kao glavnu pumpu. Ako glavna pumpa ima samo jedan kanalni kanal, tada upotrijebite preljevnu cijev za prikupljanje viška biomase, pripazite na moguće gnječenje biomase na vrhu reaktora ako koristite snažno miješanje zračnim putem.

8. Raspberry Pi ili laptop za evidentiranje podataka za opciju 1 ili Yun Shield za opciju 2

Ukupni troškovi kreću se u rasponu od 200 USD. Pumpa Cole Parmer košta oko 1000 USD i nije uključena u ukupnu cijenu. Nisam napravio tačan zbir.

Korak 2: Opcija 1: Prijavite podatke na računar/ Raspberry Pi putem USB kabla

Korištenje računara ili Raspberry Pi za snimanje nekih izlaznih podataka

Snimanje se može izvršiti pomoću opcija zapisivanja poput Putty (Windows) ili Screen (Linux). Ili se to može učiniti pomoću Python skripte. Ova skripta zahtijeva Python3 i biblioteku koja se zove pyserial da bi bila funkcionalna. Osim što su evidentirani podaci lako dostupni na laptopu ili na Desktop Remote -u, ovaj pristup koristi prednosti vremena provedenog na računaru koji je prijavljen u datoteku zajedno sa drugim izlazima.

Evo još jednog vodiča koji sam napisao o tome kako postaviti Raspberry Pi i prikupiti podatke s Arduina. To je korak-po-korak vodič za dobivanje podataka s Arduina na Raspberry Pi.

Kod za Arduino je ovdje smješten za opciju 1: rad sa sistemom senzora zamućenosti i bilježenje podataka u računar.

Kao što sam gore spomenuo, ovo je jednostavan sistem, ali da bi senzor proizveo značajne podatke, tada je predmet mjerenja poput mikroalgi, sumraka, mlijeka ili suspendiranih čestica potrebno suspendirati, relativno stabilne.

Snimljena datoteka sadrži vremensku oznaku, zadanu vrijednost, mjernu vrijednost zamućenosti i kada je glavna pumpa bila uključena. To bi vam trebalo dati neke pokazatelje performansi sistema. Možete dodati još parametara u Serial.println (dataString) u.ino datoteci.

Zarez (ili karticu ili druge znakove za podjelu podataka u svaku ćeliju u proračunskoj tablici) treba dodati u svaki izlaz tako da se podaci mogu podijeliti u Excelu za izradu grafikona. Zarez će vam uštedjeti malo kose (štedi i moju), posebno nakon što imate nekoliko hiljada redova podataka, i smislit ćete kako podijeliti brojeve, a zaboravili ste dodati zarez između.

Korak 3: Opcija 2: Podaci se zapisuju u Yun Shield

Korištenje Yun Shield -a na vrhu Arduino Mega ili Uno za bilježenje podataka

Yun Shield pokreće minimalni Linux distro i može se povezati s internetom, imati USB portove i utor za SD karticu, tako da se podaci mogu zapisati na USB stick ili SD karticu. Vrijeme se preuzima iz Linux sustava, a datoteka s podacima preuzima se iz FTP programa poput WinSCP ili FileZilla ili izravno s USB -a, čitača SD kartica.

Evo koda koji se nalazi na Githubu za opciju 2.

Korak 4: Performanse senzora zamućenosti

Koristio sam Amphenol senzor za zamućenost (TSD-10) i dolazi sa listom podataka. Teže je verifikovati proizvod sa liste na mreži. Tehnički list sadrži grafikon očitavanja napona (Vout) sa različitim koncentracijama zamućenosti predstavljenim u Nefelometrijskoj jedinici za zamućenost (NTU). Za mikroalge, gustoća biomase je obično na valnoj duljini 730 nm ili 750 mm za mjerenje koncentracije čestica, koja se naziva optička gustoća (OD). Evo usporedbe između Vout -a, OD730 (mjereno Shimadzu spektrometrom) i OD750 (pretvoreno iz NTU -a u podatkovnoj tablici).

Najpoželjnije stanje ovog sistema je statičko stanje zamućenosti ili turbidostat koje sistem može automatski mjeriti i kontrolirati gustoću biomase na (ili blizu) postavljene vrijednosti. Evo grafikona koji prikazuje rad ovog sistema.

Otkrivanje:

Ovaj sistem za praćenje i kontrolu zamućenosti (često se naziva turbidostat) jedna je od tri jedinice koje sam radio u pokušaju da napravim napredni fotobioreaktor. Ovaj posao je obavljen dok sam radio u Biodesign Swette centru za biotehnologiju okoliša, Državni univerzitet u Arizoni. Naučni doprinosi ovog sistema unapređenju uzgoja algi objavljeni su u Algal Research Journal.