Il colorimetro open source da $ 50 è notevole rispetto ai modelli commerciali
I ricercatori della Michigan Technological University stanno applicando chimica alla stampa 3D, illustrando in dettaglio il loro recente studio sul ” Colorimetro open-source “. Un sensore di base, il colorimetro è costituito da una semplice sorgente luminosa. La luce viene controllata e trasmessa, filtrata in modo da consentire solo una leggera banda vicino al picco di assorbanza.
Sebbene il pubblico in generale non sia a conoscenza di questi tipi di sensori o li utilizzi comunemente, essi sono spesso utilizzati in grandi applicazioni con alimenti (pane, cioccolato e latte), insieme al monitoraggio di nitrati, metallo, fosfati e materiali presenti a causa della produzione commerciale come quello della carta o di altri beni. I colorimetri sono utilizzati anche in applicazioni mediche per misurare i protozoi nelle colture di laboratorio, misurare le radiazioni UV attraverso la trasformazione del colore della pelle e persino per studiare l’età dei lividi. I colorimetri possono anche essere utilizzati per valutare le acque reflue e la qualità delle acque.
“Esistono metodi sofisticati e costosi per determinare il COD con elevata precisione, ma spesso a costi elevati e aumento della produzione di rifiuti dalle analisi”, affermano gli autori.
In questo studio, gli autori hanno progettato un dispositivo colorimetro con il metodo COD a riflusso chiuso (metodo EPA 5220D). Successivamente, hanno valutato il dispositivo in termini di capacità futura di ridurre i costi delle apparecchiature, oltre a offrire progressi nella ricerca e nello sviluppo di strumenti analitici che possono essere di provenienza aperta. Il dispositivo dovrebbe essere “di livello di ricerca” e funzionare come uno strumento su misura per gli scienziati in laboratorio.
“Il colorimetro è stato selezionato per la sua semplicità e utilità, rendendolo uno strumento ideale per avviare un’indagine su questa metodologia”, hanno affermato i ricercatori.
Creata in OpenSCAD, la custodia del colorimetro è stata fabbricata su una stampante 3D RepRap con PLA nero, pensata per far entrare meno luce possibile nell’area di rilevamento.
L’elettronica di accompagnamento per questo dispositivo è controllata con un Arduino. L’hardware necessario si interfaccia con Arduino tramite il computer host, incluso un bootloader personalizzato per l’esecuzione di codice C ++ compilato. Il firmware è stato creato con Arduino, consentendo un semplice sistema di menu che elenca le funzioni.
Rispetto al colorimetro commerciale (0,0002 unità di assorbanza), il modello open source ha mostrato una deviazione standard media singola maggiore di un campione di 0,0010 unità di assorbanza. Poiché i risultati open-source erano ben entro i limiti di precisione richiesti, gli autori hanno stabilito che era “adatto all’uso” nelle applicazioni COD.
“L’assorbanza determinata dal colorimetro open source è leggermente inclinata rispetto all’attrezzatura commerciale, che è il risultato degli spettri di emissione della sorgente luminosa che hanno un picco più lontano da 606 nm (la sorgente luminosa a LED ha una lunghezza d’onda dominante di 620 nm) rispetto alla gamma della sorgente luminosa o del rivelatore utilizzata dal colorimetro commerciale “, hanno affermato gli autori.
“Poiché il colorimetro è stato progettato per utilizzare fiale di digestione COD disponibili in commercio con un intervallo dichiarato compreso tra 20 e 1.500 mg / L COD e si desiderava solo una valutazione fianco a fianco delle prestazioni, non sono stati fatti tentativi per stabilire limiti di rilevamento o linearità.”
I ricercatori hanno ritenuto i dati “notevoli”, soprattutto perché il modello open source può essere costruito per soli $ 50. Sia la progettazione che il software necessario sono disponibili online e possono essere personalizzati in base alle esigenze degli utenti. Il processo ha richiesto meno di 100 ore di lavoro da parte del team e gli scienziati sono stati in grado di attingere a lavori precedenti.
“Come dimostrano i risultati, l’approccio di progettazione hardware open source qui utilizzato per sviluppare uno strumento COD a costi estremamente bassi si è rivelato efficace. La curva di apprendimento un tempo onerosa associata a “open source” è stata ampiamente superata a causa dell’innovazione e del rapido sviluppo di strumenti come la piattaforma di prototipazione Arduino, RepRap e il software associato “, hanno concluso i ricercatori.
“Un grande vantaggio dell’approccio mostrato qui è che poiché entrambi i file di progettazione sono disponibili gratuitamente per replicare questo strumento COD in un altro laboratorio con la stampa 3D open source, ci vorranno solo poche ore. L’uso di questo approccio su altri tipi di strumenti come le apparecchiature ottiche ha mostrato una riduzione dei costi di oltre il 97% per i laboratori. Inoltre, è stato reso disponibile il codice OpenSCAD, semplificando la riprogettazione del case per testare, ad esempio, dimensioni o geometrie alternative dei flaconcini. Allo stesso modo, il software Arduino reso disponibile qui può essere facilmente modificato, ad esempio per regolare il tempo di integrazione, l’intensità della luce o la sensibilità del sensore per un’altra applicazione. “
I chimici stanno iniziando a utilizzare la stampa 3D più spesso per la creazione di dispositivi e strumenti di misurazione convenienti, da regolatori e polarimetri a basso costo a modelli molecolari .
The high cost of what have historically been sophisticated research-related sensors and tools has limited their adoption to a relatively small group of well-funded researchers. This paper provides a methodology for applying an open-source approach to des 