Jednostavan nadzor i sustav kontrole zamućenosti za mikroalge: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

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 svjetla bilo s povećanjem svjetlosnog puta ili većom koncentracijom čestica ili oboje. Dakle, kako to učiniti?

U nastavku je nekoliko koraka koje sam poduzeo za izgradnju automatskog sustava praćenja 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 sam prepreku imao na početku da pronađem odgovarajući senzor koji radi s 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 radi 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 zaslon. Koristio sam SSD1306, ali druge vrste LCD -a, poput 1602, 2004. bi radile (i prema tome revidirale kôd).

5. Ploča za ponavljanje s dva ovakva kanala

6. Dva od tri položaja prekidača za dodatno ručno upravljanje

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

8. Raspberry Pi ili prijenosno računalo za bilježenje podataka za opciju 1 ili Yun Shield za opciju 2

Ukupni troškovi kreću se u rasponu od 200 USD. Pumpa Cole Parmer iznosi oko 1000 USD i nije uključena u ukupnu cijenu. Nisam napravio točan zbroj.

Korak 2: Opcija 1: Zabilježite podatke na računalo/ Raspberry Pi putem USB kabela

Korištenje računala ili Raspberry Pi za snimanje nekih izlaznih podataka

Snimanje se može izvršiti pomoću opcije zapisivanja poput Putty (Windows) ili Screen (Linux). Ili se to može učiniti pomoću Python skripte. Ova skripta zahtijeva Python3 i knjižnicu koja se zove pyserial da bi bila funkcionalna. Osim što su evidentirani podaci lako dostupni na prijenosnom računalu ili na daljinskom upravljaču za stolna računala, ovaj pristup koristi prednosti vremena provedenog na računalu koje je prijavljeno u datoteku zajedno s drugim izlazima.

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

Kod za Arduino ovdje je smješten za Opciju 1: rad sa sustavom senzora zamućenosti i bilježenje podataka u računalo.

Kao što sam gore spomenuo, ovo je jednostavan sustav, 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 crpka bila uključena. To bi vam trebalo dati neke pokazatelje performansi sustava. 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 kako bi se podaci mogli podijeliti u Excelu za izradu grafikona. Zarez će vam uštedjeti nešto dlake (štedi moju), pogotovo nakon što imate nekoliko tisuća redaka podataka, te shvatiti kako podijeliti brojeve i zaboravio 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 priključke i utor za SD karticu, tako da se podaci mogu zapisati na USB stick ili SD karticu. Vrijeme se preuzima iz Linux sustava, a podatkovna datoteka 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 osjetnika zamućenosti

Koristio sam Amphenol senzor za zamućenost (TSD-10) i dolazi s podatkovnom tablicom. Teže je provjeriti proizvod na mrežnom popisu. Tehnički list uključuje grafikon očitanja napona (Vout) s različitim koncentracijama zamućenosti predstavljenim u Nefelometrijskoj jedinici za zamućenost (NTU). Za mikroalge, gustoća biomase obično je 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 sustava je zamućenost-statičko stanje ili turbidostat koje sustav može automatski mjeriti i kontrolirati gustoću biomase na (ili blizu) postavljene vrijednosti. Ovdje je grafikon koji prikazuje rad ovog sustava.

Otkrivanje podataka:

Ovaj sustav praćenja i kontrole zamućenosti (često se naziva turbidostat) jedna je od tri jedinice koje sam radio u pokušaju izgradnje unaprijed fotobioreaktora. Taj sam posao obavljao dok sam radio u Biodesign Swette centru za biotehnologiju okoliša, Državno sveučilište Arizona. Znanstveni doprinosi ovog sustava unapređenju uzgoja algi objavljeni su u Algal Research Journal.