Colorimetro "al-mode"

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al-ham-bic

2009-08-13 09:27

Innescato da un post di Zolghetti, mi è venuta voglia di provare a fare un piccolo "colorimetro" sperimentale! Può darsi che funzioni (almeno per le minime prestazioni di principio che mi riprometto) oppure che sia un buco nell'acqua, solo la realizzazione pratica lo dirà. Ho intenzione di operare in questo modo:

- usare esclusivamente componenti che possiedo, il costo comunque dovrà essere minimo

- usare come elementi ottici fototransistor e LED anzichè fotocellule e lampadine speciali

- amplificare il segnale ottico con amplificatori operazionali e componenti low cost

- costruire una semplicissima celletta a tenuta di luce in cui inserire un banale contenitore (da usare sempre quello) per la sostanza in esame; niente vaschette speciali

- stabilizzare in tensione l'alimentazione dell'amplificatore a guadagno variabile e in corrente quella del LED di illuminazione

- usare diverse sorgenti di luce, dal blù all'infrarosso, a seconda del "colore" da analizzare

- predisporre dei comandi di guadagno e di offset (azzeramento)

- uscita su milliamperometro con scale di riferimento per la taratura

Ripeto che l'accrocco avrà come scopo fondamentale la sperimentazione, e che per me è la prima volta che faccio un link pratico tra una realizzazione elettronica (di queste ne ho fatte anche troppe) e una chimica; l'accrocco stesso non avrà alcuna velleità di fare concorrenza ad apparecchi di ben altra levatura (e prezzo!). Metto queste premesse e la descrizione di massima allo scopo di accettare eventuali consigli in merito (Rusty per l'elettronica, altri per ...altro!), magari riguardo grossolane omissioni in cui sono incorso nella stesura delle specifiche, dato che sto impostando tutto così come mi viene, senza minimamente aver visto schemi o aggeggi similari.

Ciao


Seconda puntata: la celletta.

Ho perso quasi una giornata per fare la celletta contenente il contenitore per il lquido colorato ed il semplicissimo gruppo ottico. Il tutto ovviamente deve essere a perfetta tenuta di luce. Ho usato delle piastrine di vetronite ramata, tagliate a misura esatta per contenere un contenitore in polietilene da 30x30x30 mm - Sono state saldate lungo i bordi per ottenere l'impermeabilità alla luce; il coperchietto superiore mobile permette di accedere all'interno.

Le due protuberanze laterali di rame contengono uno l'elemento illuminatore e l'altro il ricevitore.

Il primo per ora è un diodo infrarosso ed il ricevitore è un fototransistor opportunamente alimentato con il microjack di cui si vede il buchetto nella terza foto. In un'altra puntata parlerò dell'amplificatore.

Si accettano alla grande consigli di ogni tipo (basta che non ci sia da spendere... *Fischietta* )

Ecco come si presenta la celletta casalinga al-mode...

P1010238.JPG
P1010238.JPG
P1010240.JPG
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P1010242.JPG
P1010242.JPG

Rusty

2009-08-13 10:03

Complimenti Al per la "foga agonistica" con la quale ti sei lanciato, per quanto posso ti potrò dare la mia opinione e farti molte domande asd

Partendo dal fatto che mi sto appena documentando (10 minuti fa :-D ) su cosa è e come funziona un colorimetro, la prima cosa che mi è venuta in mente è stata: ma quale spettro è meglio analizzare per una misura adeguata? Infrarosso, visibile, uonde (sto sparando).

Poi ho visto che hai fatto il contenitore con una sola fonte infrarossa, ora non so se si fa così, non so bene come funziona, ma io avrei predisposto almeno 3 coppie diodo/fotodiodo, tipo uno infrarosso, uno visibile "basso"(rosso/arancio), uno visibile "alto" (verde/blu), che accendendosi (le coppie) alternativamente avrebbero fatto 3 misure. Il fatto è che in questo modo ci sarebbe da fare una elaborazione dei tre segnali letti, si potrebbe pure fare con dei comparatori analogici, tipo media pesata... da tarare... ecc..., oppure con uno stupidissimo microcontrollore che desse poi la lettura su un display lcd.

Sto farneticando sulla parte digitale, magari vuoi tenere tutto analogico anche per "linearità" dell'accrocchio, la mia era solo una idea/domanda sul fatto di utilizzare solo un infrarosso, perchè non più letture a bande diverse?

Mitico, continua cmq così asd

p.s. il contenitore in PE non è che può essere troppo opaco? lavoro in più per gli amplificatori asd , magari sarebbe meglio in vetro... ma ormai hai già saldato la forma, vabbè lascia stare :-P

quimico

2009-08-13 10:54

ci sarebbe da scrivere molto sull'elettronica dietro questa chimica analitica strumentale in passato l'ho studiata in lungo e in largo ed è bella tosta oltre che interessante ma non siamo mai entrati nel dettaglio dell'elettronica perché c'era un esame che non feci poiché opzionale se uno avesse soldi e capacità potrebbe usare come detector una serie di fotodiodi... sarebbe figo aver come sorgente un laser asd sinceramente a me piace più altra analitica... quella che usi in lab tipo GC/MS o HPLC-UV ma non è home-friendly

al-ham-bic

2009-08-13 11:15

OK per le risposte, servono ;-)

Le premesse, irrinunciabili, sono quelle dette all'inizio: deve essere una cosa esclusivamente didattica e di principio, non uno strumento professionale.

- nel tubetto dell'illuminatore possono entrare, a scelta, uno dei LED a colore diverso

- anch'io avrei preferito mille volte la vaschetta (parallelepipeda!) di vetro, ma trovarla...

- ho già provato un amplif. di massima buttato giù in un paio di ore ed ho visto che non è tanto semplice: sensibilità richiesta molto elevata, quindi stabilità e soprattutto rumore sono solo due dei problemi.

---

Lo scopo finale da raggiungere è (faccio un esempio):

- sol. di bicromato a conc. 1 = una certa lettura al mAamp.

- sol. di bicromato a conc. 2 = una certa lettura diversa dalla precedente

---

Credo che si sia abbondantemente capito che anche a me piace la chimica "ruspante" e non quella strumentale, ma sto facendo questo tentativo per nostalgia dell'hobby elettronico, altrimenti lo abbandono solo per gli alambicchi... asd

quimico

2009-08-13 13:22

ovviamente le mie era elucubrazioni mentali da strumentale, abituato agli strumenti nuovi (o quasi) so bene quanto tu ci tenga al fai-da-te casalingo, all'hobbystica e ad usare ciò che si ha... è ammirevole. davvero! difficile trovare una vaschetta? neanche se te la fai fare? so che ci son abili vetrai in grado di farne. non costano poi molto. così mi dissero. vetro vulgaris? non quarzo? in bocca al lupo al.

Dott.MorenoZolghetti

2009-08-13 21:43

La cella la fai così:

fai due finestre sul tuo contenitore, una opposta all'altra e le tappi dall'interno con una lastrina di vetro (tipo quelle da microscopio: vetro portaoggetti) o vetro comune. Sigilli il vetro al PE con del silicone incolore. Fatto. L'unica difficoltà: devi avere dita lunghe e affusolate...da chirurgo, ma so che se t'impegni...

PS. Così com'è, cioè in PE, non funzionerà, nel senso che perde di significato ideologico.

al-ham-bic

2009-08-14 08:28

Terza puntata: premessa e prime prove circuito

Premessa della premessa: consigli ricevuti

OK per i consigli riguardo il contenitore; l'uso dei vetrini potrebbe essere un'idea, anche se è difficile interfacciarli meccanicamente con la parte ottica. In seguito proverò. Anche con la vaschetta in PE ho ottenuto dei risultati (sempre valori relativi, mai assoluti di assorbanza o quant'altro), ved. puntata successiva.

Premessa: funzionamento della celletta

Poichè per qualcuno potrebbe essere poco chiaro il funzionamento della celletta, lo dico in due parole, così chi volesse seguire la logica dell'accrocco anche se non capisce un cappero di elettronica capirebbe almeno l'idea generale.

Da una parte una sorgente di luce (per ora non importa quale) manda il suo raggio verso un apposito rivelatore (un particolare transistor sensibile alla luce); tra i due elementi è posta la soluzione da analizzare, che assorbirà più o meno luce a seconda della natura della soluzione stessa e della sua concentrazione.

Riuscendo a quantificare "quanta" luce è stata assorbita nell'attraversare la soluzione rispetto a quella partita e conoscendo la natura della sostanza si riuscirà a risalire alla concentrazione.

In teoria semplice, no?

---

Prime prove circuito

Dopo il lavoro di precisione abbastanza noioso ma indispensabile per la celletta, un po' più di soddisfazione con la progettazione del circuito. Cerco di essere il più comprensibile possibile nella terminologia poichè l'elettronica non è certo il motore trainante di questo forum...

Ho imbastito un amplificatore in corrente continua usando (per ora) solo i due amplificatori operazionali contenuti in un circuito integrato LM358; il circuito è (sempre per ora...) molto semplice perchè deve solo amplificare le debolissime variazioni di segnale che escono dal fototransistor rivelatore della celletta. Sottolineo che occorre amplificare non il segnale, ma le "variazioni" del segnale stesso a seconda della concentrazione, e queste variazioni sono debolissime, anche se il segnale in assoluto è forte. Occorre quindi amplificare moltissimo.

Solo con due operazionali ho amplificato circa 4000 volte in tensione (ciò vuol dire che pochi microvolt di variazione nella tensione di uscita del rivelatore, portano alla variazione di parecchi millivolt in uscita).

L'uscita per ora è sull'oscilloscopio (assolutamente indispensabile per lavoretti come questo). Il difficile sarà poi portare l'uscita su uno strumento analogico, con tutte le scale e gli azzeramenti del caso, ma ci penseremo.

Per ora l'accrocco è ancora molto piccolino, bello disteso e pieno di fili come Frankestein, e dà i primi segni di vita. L'alimentatore è bello grosso, se fa i capricci giù uno scossone... *Fischietta*

Colorimetro 1.JPG
Colorimetro 1.JPG

Dott.MorenoZolghetti

2009-08-14 11:46

Microscopio, stetoscopio, oftalmoscopio, otoscopio e fonendoscopio...io mi fermo qua...l'oscilloscopio è un tabù!

In attesa di sviluppi.Rolleyes

myttex

2009-08-14 17:43

davvero complimenti Al! *clap clap**clap clap*! :-D

Chimico

2009-08-18 12:07

scusate un secondo ma se la lunghezza d'onda è fissa...a ke serve?

Rusty

2009-08-18 13:12

Chimico ha scritto:

scusate un secondo ma se la lunghezza d'onda è fissa...a ke serve?

Beh, anche con una sola frequenza, lunghezza d'onda o "colore" come vuoi chiamarla, si può fare una misura dell'assorbimento della luce da parte del campione in esame e vedere quanta luce "passa" fino al rivelatore... determinandone la concentrazione. Certo, chiaramente le varie sostanze assorbono in modo differente la luce alle diverse bande, ma al-ham-bic ha specificato che voleva intenzionalmente fare un sistema semplice, a luce (frequenza) singola.

Chimico

2009-08-18 18:23

beh ogni sostanza assorbe in un diverso intervallo...quindi nn potra misurare la concentrazione di cosi tante sostanze!

Rusty

2009-08-18 18:25

Chimico ha scritto:

beh ogni sostanza assorbe in un diverso intervallo...quindi nn potra misurare la concentrazione di cosi tante sostanze!

Di molte presumo, ma non di tutte... basta scegliere una frequenza alla quale, la maggior parte delle soluzioni che si vorranno misurare, rispondono abbastanza da essere misurata una variazione.

al-ham-bic

2009-08-23 16:22

Quarta puntata: prime prove di assorbimento

Premessa (x Chimico): nel mio caso la sorgente LED è fissa e non ci sono filtri, ma NON è unica e ho a disposizione le seguenti lunghezze d'onda (abbastanza approssimate, ma più che sufficienti per i miei scopi):

- 880 nm (IR)

- 630 nm (rosso)

- 590 nm (giallo)

- 530 nm (verde)

- 470 nm (blu)

- 395 nm (UV, se riesco a trovarlo)

---

Ho verificato (e qui chiedo conforto agli esperti teorici e "strumentisti" moderni) che l'assorbimento ad una certa lunghezza d'onda non è dovuto tanto all'intensità del "colore" della sostanza, quanto alla sua natura (a parità di lambda di illuminazione): ho provato (illuminando in questa puntata solo a infrarosso) diverse soluzioni di K2Cr2O7 e di CuCl2. Il bicromato porta a irrisorie variazioni di assorbimento in funzione della concentrazione: questo disgraziato O_o praticamente mi aveva fatto credere che il mio "colorimetro" (sottolineo le virgolette...) fosse un perfetto tarocco bucato nell'acqua e che non rivelasse un accidente. Invece colpo di scena col cloruro di rame *Hail* : solo 1 g/l di CuCl2 (la soluzione è perfettamente incolora all'occhio) mi porta in uscita all'oscilloscopio la bellezza di 600 mV di variazione.

Ho voluto cercare il limite e sono arrivato a rivelare con certezza 0,05 g/l di CuCl2!! (limite del sistema per il Cu++ a IR).

Ora chiedo: quanto dipende dal catione e quanto dall'anione? Nel CuCl2 evidentemente è il Cu++ che assorbe, ma suppongo influisca anche la molecola intera. Ho provato con il CuSO4 e ho l'impressione che assorba meno, ma non vorrei sbagliarmi, proverò meglio. Il bicromato non attenua quasi niente, evidentemente il Cr 6+ non assorbe negli infrarossi, lo farà sicuramente più in basso. Qualcuno ha una tabella delle assorbanze dei cationi e anioni in funzione della lunghezza d'onda?

Metto tre foto dell'uscita all'oscilloscopio (non c'è niente da capire, solo guardare dove sta la traccia, se in basso o più in alto):

- la prima mostra l'uscita dell'acqua pura, azzeramento traccia a 1 cm dal basso

- la seconda con 2 g/l di CuCl2 (guarda quanto si è alzata la traccia!)

- la terza con 0,05 g/l di CuCl2 (ancora 1 cm di salita della traccia, raddoppiando la sensibilità dell'oscilloscopio al limite del rumore, 100 mV/cm).

In una puntata prossima illuminerò in luce visibile altre sostanze (l'apparecchietto ha scopo esclusivamente didattico, NON analitico!!) e il discorso cambierà drasticamente perchè l'assorbanza dipende drasticamente dal colore della sorgente; nel frattempo preparerò una scatoletta per farci stare adeguatamente l'accrocco, magari con uscita ad un mAmetro e non all'oscilloscopio, anche se perderò in sensibilità.

Acqua 1 cm dal fondo 200 mV-cm.JPG
Acqua 1 cm dal fondo 200 mV-cm.JPG
2 g-l CuCl2 200 mV-cm.JPG
2 g-l CuCl2 200 mV-cm.JPG
0,05 g-l CuCl2 100 mV-cm.JPG
0,05 g-l CuCl2 100 mV-cm.JPG

Dott.MorenoZolghetti

2009-08-23 21:01

Eh le cose stanno nu pelo chiù complicaaaate...

magari fosse accussì facile...azz!

al-ham-bic

2009-08-23 21:38

Eh già... *Fischietta*

---

Trovo in rete tutte le possibili info per la spettroscopia (assorbimento IR dei gruppi funzionali, ecc.) che non fanno al caso mio, mentre non trovo i dati di assorbimento delle sostanze inorganiche (cationi, anioni).

Mi sarebbero utili per evitare un'infinità di test per ogni sostanza e ogni colore. Per esempio ho già verificato l'estremo assorbimento nel verde dello ione MnO4- (il mio aggeggio distingue chiaramente tra l'acqua e una sol. normal/milionesima di KMnO4, perfettamente incolora e quindi non voglio più chiamarlo colorimetro).

Invece altre sostanze, per le quali mi aspettavo assorbimento, non lo dimostrano affatto; ma sto sperimentando e mi servirebbero dati concreti, se qualcuno ne volesse discutere.

al-ham-bic

2009-08-27 21:39

L'interesse, se mai è esistito, scema... fine delle puntate.

Dott.MorenoZolghetti

2009-08-28 06:02

A chi dai della scema? asd

Quello che chiedi (spettri molecolari di assorbimento) è di difficile reperimento, nel senso che non sono tabulati, ma frutto di sperimentazione diretta. Ho cercato sui testi di cui dispongo, ma non si trova molto. A differenza i altre tecniche spettrali (tipo spettri IR o spettri di emissione, di assorbimento atomico, RMN, ecc.), in ambito molecolare si parla più facilmente di picchi di massimo assorbimento, che solitamente non sono stretti (tipo una riga, cui corrisponde una data lunghezza d'onda), ma sono "bande" e se si effettua una scansione continua nello spettro del visibile, si ottiene un grafico dal quale si può trarre la regione spettrale in cui la sostanza assorbe maggiormente la luce. Naturalmente la scansione inizia a circa 380 nm e si sposta verso il rosso, arrestandosi verso i 750 nm. Questo è tutto il campo del visibile. Se ti interessa anche l'UV, allora si estende a valori più bassi di lunghezza d'onda, ma va tenuto presente che per lavorare con gli UV occorrono materiali a essi trasparenti (il vetro comune non va bene).


Ti metto qua un esempio, preso da Amandola-Terreni, Ed. Masson- Milano, "Analisi chimica strumentale e tecnica".


Ciascun riquadro rappresenta lo spettro di assorbimento di uno ione.

A sinistra la lunghezza d'onda è di circa 350 nm, a destra è di circa 750 nm (le altre intermedie le ricavi tramite un righello...)

Tanto per farti un esempio: il permanganato assorbe con una larga banda nella regione compresa fra 530 e 550 nm. Qui ha il suo picco di assorbimento (parlo della regione del visibile).

Lo ione nickel (II) ha un bel picco stretto a 395 nm. Il rame (II) assorbe tutta un'ampia regione (da 450 a 800 nm), con un picco (che è un punto di massimo, della parabola) a circa 730 nm.

Non so se ti sono stato utile. Chiedimi altro, se credi. Scusa se non ho risposto quando avrei dovuto farlo.

IMG.pdf
IMG.pdf

Chimico

2009-08-28 13:08

Dott questi spettri valgono per gli esaquo iorni del Ni(II) ecc ecc! se cambi il complesso cambiano anche loro!

Dott.MorenoZolghetti

2009-08-28 19:17

Sì, le soluzioni si fanno con acqua, salvo altra indicazione.

Quindi di acquocomplessi si tratta.

Chimico

2009-08-29 03:07

si tratta di aquocomplessi se si parte da sali idrati o anidri...se si parte da qualche altro complesso ovviamente non si formera l'acquocomplesso...sembra banale ciò che ho detto ma volevo sottolineare il fatto che non basta usare l'acqua come solvente per avere un aquocomplesso...cioè se parto da [Cr(en)3]Cl3 non ottengo un aquocomplesso sciogliendolo in acqua!

al-ham-bic

2009-08-30 16:39

Dott.MorenoZolghetti ha scritto:

A chi dai della scema? asd

... Non so se ti sono stato utile. Chiedimi altro, se credi. Scusa se non ho risposto quando avrei dovuto farlo....

Era tanto per buttare lì un verbo... asd

Certo che mi sei stato utile, proprio roba così cercavo!

Poi penso io a farmi i test opportuni, ma grafici come questi mi farebbero risparmiare tempo; grazie se ne hai degli altri!

Per gli UV devo trovare il diodo adatto.

Per la vaschetta uso come dicevo uno schifoso polietilene, ma ottengo comunque delle letture RELATIVE, che è quello che mi interessa.

Dott.MorenoZolghetti

2009-08-30 19:04

Purtroppo non ne ho altri, però possiamo accordarci su di un qualche colorante e lavorare su quello.

Si può stabilire il suo spettro facendo una scansione nel visibile...una cosa da 10 minuti, nulla di speciale.

Dott.MorenoZolghetti

2009-08-30 23:01

Ho pensato ti possa essere utile il circolo cromatico di Ostwald (tratto dal testo già citato) dal quale puoi ottenere le lunghezze d'onda (approssimative) delle sostanze colorate sia in trasmissione, sia in assorbimento.

Una soluzione verde (di verde luce, verde malachite, verde Janus, verde brillante, verde che vuoi...) appare verde perchè trasmette la componenete verde della luce bianca e assorbe tutto il resto, con una massimo di assorbimento (e quindi di assorbanza) che corrisponde al complementare cromatico. Con il circolo di Ostwald, piazzandoti sul verde della tua soluzione e tracciando una diagonale passante per il centro, troverai il colore e quindi la lunghezza d'onda maggiormente assorbita dalla sostanza verde. Se il tuo verde trasmette, quindi appare della tonalità corrispondente a 515 nm, assorbirà tutto, ma in particolar modo la lunghezza d'onda corrispondente a 750 nm. Quindi se illumini una sua soluzione (verde) con luce rossa a 750 nm, otterrai la massima interazione possibile tra luce e materia. Si tratta di una grossolana semplificazione, ma spero ti possa servire. Se queste cose ti erano già note, come credo, serviranno ad altri.Rolleyes

Nel circolo, i pallini denominati ES corrispondono a regioni spettrali non comprese nel visibile, ma presenti nel vicino UV (2 pallini) e nel vicino IR (2 pallini).

circolo cromatico.pdf
circolo cromatico.pdf

al-ham-bic

2009-09-02 05:59

Mi erano note ma il discorso è comunque interessante.

Però mi sono state più utili le altre tabelle perchè non mi interessano tanto le "sostanze colorate" (infatti ho sbagliato in partenza a chiamare il mio hardware-esperimento "colorimetro";-) quanto l'assorbimento di cationi e anioni.

Per es., una sol. diluitissima di CuCl2 è perfettamente incolora, ma assorbe fortissimo nell'infrarosso, come infatti si evince da una delle tabelle che hai linkato.

Idem per il -MnO4 nel verde, eccetera. Purtroppo hai detto che hai SOLO quella fonte!

Ciao

al-ham-bic

2009-09-19 22:08

Ultima puntata per finire e per completezza: inscatolato e provato

In una scatoletta già usata per altro circuito (previo svuotamento del contenuto e recupero dei componenti) ho piazzato il minicircuitino "al-mode" in modo che sia indipendente da alimentazioni esterne e quant'altro. L'uscita dell'amplificatore va ad un microamperometro e sul pannello frontale ci sono i comandi di regolazione dell'accrocco, così si può smanettare senza fare acrobazie tra i fili.

Oltre al led spia e all'interruttore di accensione, ci sono:

- lo strumento per le misure relative di assorbanza

- regolazione corrente del LED di illuminazione

- regolazione dell'offset (azzeramento)

- regolazione dell'amplificazione dei due stadi OP Amp (le due manopole centrali)

- uscita alimentazione del LED di illuminazione

- entrata segnale e alimentazione fototransistor della celletta

- attenuatore per lo strumento di uscita

Lo schema è volutamente semplice (era il requisito fondamentale che mi ero imposto per la realizzazione di questo "giocattolino";-), quindi la difficoltà maggiore è stata come al solito la realizzazione meccanica ed il cablaggio del tutto, per fare un lavoretto presentabile. Le foto, fatte in qualche modo di sera, rendono un'idea del marchingegno finito.

La prova si riferisce ad un test di assorbimento nell'ultravioletto (400 nm) di una sol. di 1 ppm di K2Cr2O7 in acqua. E' sufficiente questa quantità per portare l'indice dello strumento dal fondo scala (50) al valore 10! La prima foto è l'azzeramento f.s. con acqua, la seconda con la sol. detta nella celletta. Ometto altre prove simili, effettuate con altre sostanze e ad altre lunghezze d'onda, che mi sono divertito (e mi divertirò) a verificare.

colorimetro1.JPG
colorimetro1.JPG
colorimetro2.JPG
colorimetro2.JPG

Dott.MorenoZolghetti

2009-09-21 09:40

Molto interessante, come "al-solito"...

Devi però perfezionare il sistema ottico, la cella in particolare. Sarebbe un peccato limitare le prestazioni dello strumento "al-mode" proprio a causa di una cella poco adatta. Anche se mi sorge il dubbio: la cella è poi così poco adatta? Alla luce di quella sensibilità...forse sono più inadatte le mie in vetro ottico.asd

Una cosa: vorrei più dettagli tecnici relativi alla sorgente e al rivelatore, a corollario della tua esposizione. Grazie;-)

Rusty

2009-09-21 09:50

Complimenti, alla fine è venuto fuori un bell'accrocchietto :-D

Tenendo conto che hai volutamente fatto un sistema economico, hai ottenuto una bella resa.

Potresti dirmi quale sensore hai usato per l'UV? Per la sorgente hai usato un LED? Il funzionamento è continuo o ad impulsi? Ho un laser a 650 nm e voglio provare anche io a fare una cosa del genere, però volevo sperimentare la "risposta" della sostanza sotto esame modulando la luce magari ad impulsi o con modulazioni d'ampiezza lineari... vedrò di studiarmi il sistema, avrò difficoltà forse con la costruzione "meccanica" asd

al-ham-bic

2009-09-21 21:30

Mi sono state di specifico aiuto le tabelle di Moreno, che mi hanno indirizzato con che "luce" lavorare.

All'inizio provavo il bicromato agli infrarossi e nemmeno con un chilo per litro c'era attenuazione, come se l'apparecchio fosse un tarocco!

E' bastato andare negli UV vicini (nel frattempo avevo trovato il LED a 400 nm) e la sensibilità è andata su in maniera exp! Non mi aspettavo assolutamente questa sensibilità, che si ripete per il Cu negli IR e per l'MnO4- nel verde.

Le sorgenti sono normali LED, dai 400 nm (UV) agli 880 nm (IR) passando per i colori intermedi, con regolazione della corrente di pilotaggio.

Il rivelatore è un fototransistor "surplus" che avevo da tempo, purtroppo con sigla custom e del quale non ho i dati, ma è uno di quelli "vecchi ma buoni" in TO-72 con lente in vetro.

L'amplificatore è un due stadi ad operazionali TL081 a guadagno regolabile e con alimentazione duale.

L'anno prossimo (ormai il lab è un po' fuori mano azz! ) seguirò i consigli e proverò a fare un contenitore in vetro per la celletta, abbandonando la orrenda bottiglietta cubica in polietilene (che però, visto che la misurazione è del tutto relativa, operando sempre nelle identiche condizioni non si è comportata male).

Ho fatto qualche prova col nichel, ma ottenendo scarsissimi risultati, non ho idea dove assorba; idem con altri metalli, mi piacerebbe avere le curve dei più importati, ma sarà difficile trovarle... *help*

Spero di essere stato esauriente.

Dott.MorenoZolghetti

2009-09-22 07:57

Come già ti ho scritto, se tu mi dici quello che ti serve (intendo di spettri di assorbimento...non di donne...), posso provvedere ad allestirli (nel tempo libero...).

Allora, mi pare di capire:

1) ione nickel (II) (acquocomplesso.... per i pignoli);-)

2) ione ...

(pregasi continuare...perchè così li realizzo di sostanze che già tu possiedi...io altrimenti ci metterei...ione uranile, ione vanadile, ione...):-P

al-ham-bic

2009-09-22 09:26

Dott.MorenoZolghetti ha scritto:

...io altrimenti ci metterei...ione uranile, ione vanadile, ione...):-P

===> E chi ti dice che qui non ci sia uranile a palate? :-P

(asd scherzo, quello NON c'è veramente... asd )

Vorrei vedere dove assorbono i cationi più classici, diciamo Fe, Pb, Cd, Hg, Ba, Mn, Mo, insomma hai capito, esclusi quelli particolarmente esotici oppure il cui assorbimento sia fuori dal mio range 400-900 nm (può darsi che lo siano tanti di quelli "normali";-).

Per gli anioni credo che quelli interessanti siano pochi, diciamo solo i "cromofori", a parte Cr6+ e Mn7+ che ho già.

Naturalmente non c'è alcuna fretta; thanks!

Dott.MorenoZolghetti

2009-09-22 21:20

Aspetta un attimo...>_>

Mi chiedi la luna? Ti posso già dire che i cationi che ai tuoi occhi non vedi colorati...assorbono zero nel range del visibile. Forse assorbono nel vicino UV o nel vicino IR, ma ZERO nel visibile. Cioè l'energia della radiazione elettromagnetica di questa regione (visibile) non è sufficiente a generare una qualche interazione con tali cationi. Quindi quello che posso fare io è analizzare gli spettri di assorbimento di cationi colorati. Stessa cosa per gli anioni.

Ravvediti :-P, pentiti ;-)e aggiorna la lista!:-D

1) Nickel (II)

2) Ferro (III)

3) Cromo (III)

4) Manganese (II)

5) ...


Una cosa ancora...

puoi metterci anche composti colorati solubili tipo:

tiocianato ferrico

solfato di tetraaminorame (II)

ecc.

Cose di casa, insomma...

al-ham-bic

2009-09-22 22:22

Ah ecco, forse ci siamo (o quasi asd )

Infatti alcuni dei cationi che ho citato non mi assorbono nel visibile mentre per es. il Cu (parlo sempre di soluzioni diluite che agli occhi appaiono perfettamente incolori) lo fa moltissimo nell'IR, per quello dicevo "nel mio range 400-900".

Non vorrei mettere sostanze "colorate", ma è il catione che mi interessa, ovviamente con le diverse valenze (Fe2+ sarà probabilmente diverso da Fe3+, ecc., ma forse stiamo dicendo la stessa cosa).

Sono d'accordo che per esempio l'Hg2+ o il Pb2+ non assorbano nel visibile (sono comunque incolori) ma DOVE assorbiranno? Dentro o fuori (anche ampiamente) dal mio range? That's the question!

Spero di essere stato chiaro in quello che cerco (che poi si possa fare, è un altro discorso... :-/ ).

Dott.MorenoZolghetti

2009-09-22 22:32

Ho capito. Quelle incolori assorbiranno (forse sì) assolutamente fuori dal range del visibile, che come sai termina intorno a 750 nm. Dato che tu "sfori" legermente...non so dirti se cadano nel tuo range. Devo provare. Il mio spettrofotometro arriva circa a 900 nm, ma a quei valori anche il vetro sbarra la radiazione IR, non mi immagino la plastica (PE, se ricordo bene). E' tutto da verificare.

Quanto alle soluzioni di Cu (II) diluitissime che paiono incolori...questo è il bello dello strumento, ma tra una soluzione di Cu (II) e una di Ba, c'è una bella differenza in fatto di assorbimenti.

Io credo, ma posso essere smentito, che i cationi incolori, per ragioni fisiche (e anche metafisiche) non siano in grado di assorbire nel tuo range.

al-ham-bic

2009-09-22 22:43

Dott.MorenoZolghetti ha scritto:

...io credo, ma posso essere smentito, che i cationi incolori, per ragioni fisiche (e anche metafisiche) non siano in grado di assorbire nel tuo range...

Contro le ragioni fisiche c'è qualche speranza, contro quelle metafisiche... la vedo dura O:-)

Staremo a vedere, thanks again ;-)

Dott.MorenoZolghetti

2009-09-22 22:52

al-ham-bic ha scritto:

Dott.MorenoZolghetti ha scritto:

...io credo, ma posso essere smentito, che i cationi incolori, per ragioni fisiche (e anche metafisiche) non siano in grado di assorbire nel tuo range...

Contro le ragioni fisiche c'è qualche speranza, contro quelle metafisiche... la vedo dura O:-)

Staremo a vedere, thanks again ;-)

Purtroppo (e senza sapere il perchè...) mi trovo meglio a ragionare con la metafisica che con la fisica. Credo che, prima o poi, mi convertirò all'umanistica e abbandonerò le scienze esatte, che poi di esatto, alla fine dei conti, hanno ben poco.Rolleyes

Chimico

2009-09-23 05:24

io per ora posso darti solo:

tiocianato ferrico 447 nm

se vuoi analizzare il ferro(III) gli metti dentro un po di tiocianato e analizzi il complesso risultante! Basta mettere un eccesso di tiocianato! Ma spiegami una cosa...tu puoi fare misure relative giusto? non puoi mika misurare l'assorbanza...cioè non ottieni valori numerici..giusto?

al-ham-bic

2009-09-23 10:05

Giusto!

Se il mio giocattolo misurasse l'assorbanza fornendo anche i valori numerici non sarebbe più un "giocattolo" ma un apparecchio da lab con il corrispettivo valore in valuta pregiata *Sbav*

Esso misura invece (in scala totalmente arbitraria (milliampere)) la differenza tra l'assorbimento dell'acqua e, nelle identiche condizioni, di una soluzione "colorata" (che all'occhio umano potrebbe essere del tutto incolora).

Il valore del ferro tiocianato 447 nm nel blù mi è utile; mi sono utili proprio i valori numerici in nm delle varie sostanze (cationi e anioni in generale oppure sostanze definite, appunto come il Fe tiocian.)

Devo verificare quanto cambia l'assorbimento, a parità di catione, al variare dell'anione. Esempio: cloruro ferrico e solfato ferrico assorbono in maniera quasi identica o no? (A parità di conc. di Fe3+ ovviamente).

Grazie anche a te.

Chimico

2009-09-23 14:06

beh va considerato il complesso presente in acqua...se si tratta di esaquo o se è un complesso con leganti diversi come H2O e Cl- insieme...

cmq alcuni presentano piu bande di assorbimento come il cromo che ne presenta 2:

[Cr(H2O)6](NO3)3 (IN ACQUA) presenta 2 bande di assorbimento...a 633 nm e 444 nm!

Ti parlo di misure fatte personalmente da me in laboratorio durante un'esperienza di chimica inorganica per determinare il valore di deltaO.

un altro complesso del cromo invece, il [Cr(H2O)4Cl2]Cl (in acqua) presenta 2 bande di assorbimento ma a lunghezze d'onda diverse da quelle del complesso precedente...cioè a 579nm e 412 nm.

Anche questi sono dati sperimentali....ti elenco altri 2 composti tanto per averli a disposizione...nn si sa mai:

[Cr(en)3]Cl3 (in acqua) --> 458nm e 350 nm (quella a 458 è piu intensa)

[Cr(acac)3] (in toluene dato ke è insolubile in acqua) --> 558 nm (attento a non andare sotto i 400 xke a me a 399 ha dato un intenso assorbimento e credo, ma non sono sicuro, che sia dato dal toluene!)

Dott.MorenoZolghetti

2009-12-14 16:07

Ho partorito questa "cosa" che non è certo una delle sette meraviglie...

I sali usati (tutti in acqua) sono:

cobalto II cloruro

ferro III cloruro

cromo II acetato

rame II nitrato

eosina Y

nickel II cloruro

Ho usato una cella in vetro ottico di 1 cm.

Gli spettri sono in trasmittanza e non in assorbanza.

Quello nero è del bianco (acqua + cuvetta).

IMG.jpg
IMG.jpg

al-ham-bic

2009-12-15 22:57

Per non sembrare scortese ad un eventuale lettore: ho già risposto a Zolghetti via p.m. riguardo questa interessante serie di grafici.

Chimico

2009-12-15 23:52

ma questa serie di grafici come è stata fatta...cioè mi pare strano che tu abbia utilizzato uno strumento e che lo stesso nn ti abbia stampato il grafico...


dimenticavo...che concentrazioni hai usato? perchè mi sa che sei andato fuori scala con il rame..

mordr3d

2009-12-16 11:24

uno spettrofotometro artigianale mmmm bene bene. carissimi Al, volevo dirti che in ambito medico, la spettrofotometria è molto utilizzata e abbiamo delle provette squadrate(cuvette) con cammino ottico noto, fatte di plastica o vetro. se conosci qualcuno che lavora in ospedale, te ne potrebbe facilmente procurare qualcuna. ho letto il post in modo molto veloce, quindi potrebbe essermi sfuggito, ma come sensore cosa hai utilizzato?

al-ham-bic

2009-12-16 17:55

mordr3d ha scritto:

...se conosci qualcuno che lavora in ospedale, te ne potrebbe facilmente procurare qualcuna.

...ho letto il post in modo molto veloce, quindi potrebbe essermi sfuggito, ma come sensore cosa hai utilizzato?...

Grazie dell'informazione, magari è una strada che potrò seguire e che non avevo preso in considerazione.

Come sensore ho utilizzato un fototransistor seguito da opportuno amplificatore, pilotato da una serie di diodi LED dall'ultravioletto all'infrarosso (ovviamente non in continua come negli apparecchi veri ma con soli pochi step, tuttavia sufficienti ad una sperimentazione home-lab).

mordr3d

2009-12-16 18:06

anche così è un proggetto molto interessante. in medicina si usa per dosare determinate sostanze dopo ad esempio una reazione enzimatica cromogena. una che ricordo molto bene (anche perchè l'ho vista :-) ) e quella per il dosaggio dell'acido urico. al campione si aggiunge l'enzima uricasi che come prodotto sviluppa allantoina che è di colore rosso intenso. cmq davvero un bel giocattolo, ora lo devi rimpicciolire un po :-)

Dott.MorenoZolghetti

2009-12-17 07:47

L'allantoina è perfettamente incolore. La reazione all'uricasi è un pelino più complessa...;-)

mordr3d

2009-12-17 09:58

Dott.MorenoZolghetti ha scritto:

L'allantoina è perfettamente incolore. La reazione all'uricasi è un pelino più complessa...;-)

a me l'hanno raccontata così ç_ç

chiedo venia per la cavolata :-(

giorgio

2011-09-06 15:38

Curiosando nel settore "elettronica" trovo questo bel thread che tratta qualcosa di molto attinente al mio lavoro. Un applauso all'alambicco che ha realizzato un oggetto veramente degno di nota e, che a mio parere, con poche modifiche potrebbe trasformarsi in qualcosa ben più di un "giocattolo".

Credo che il primo punto sul quale lavorare sia l'ottica di ingresso e di uscita. Nel progetto non si tiene conto che la luce non viene solo assorbita, ma anche deviata e dispersa (scattering) dalla sostanza in esame. Questo porta ad una valutazione errata in quanto la finestra di lettura ha apertura fissa e non riceve tutta la luce inviata dalla sorgente.

Con una certa quantità di lavoro (ma non impossibile) si possono realizzare delle sfere integratrici di piccolo diametro (5 cm circa) adatte sia a generare, sia a ricevere la luce in modo più appropriato e rendere i valori di uscita più vicini ad una misura quantitativa.

l'elettronica sarebbe l'ultimo dei problemi, mentre il primo resterebbe la sorgente che avere variabile, stretta e calibrata non è (purtroppo) cosa da lavoro hobbistico.

al-ham-bic

2011-09-06 21:30

Caro Giorgio, mi rendo conto perfettamente di quello che dici, però mi sento di confermare che il mio è stato solo un lavoro a livello "giocattolo" (per quanto molto didattico!) ed è difficile farlo uscire da questo ambito.

Ho precisato più volte che le letture sono solo qualitative e del tutto relative.

C'è naturalmente anche il grosso problema della frequenza non continua ma assai "quantizzata asd ", solo pochi LED emettitori! azz!

Grazie dell'interessamento comunque!

giorgio

2011-09-07 07:04

No, no: non la penso come te!... La notte porta consiglio e ne ho passata una parte pensando a questo "giocattolo". Se avessi il tempo ci giocherei anch'io, facendo una cosa semplice, ma molto seria: 1) Sorgente ad incandescenza (una bella alogena a luce fredda, attorno ai 9000-10000 K) 2) Una sfera integratrice da 5 cm (fatta con un mappamondo da tavolo ricoperto internamente con uno strato di solfato di bario per renderla perfettamente lambertiana) 3) Un prisma didattico 4) Un setto per selezionare il colore (pellicola fotografica) 5) La cuvette per il campione (se non le trovate... basta chiedere! ;-) ) 6) Altra sfera integratrice per catturare ciò che esce (fatta come quella di prima) 7) Il sensore (un diodo PIN tipo Hamamatsu o compagnia) 8) Un elettronica da quattro soldi che fa solo misure relative Magia: questo "coso" è ingombrante, poco pratico, ma non è più un giocattolo: è uno strumento scientifico!

al-ham-bic

2011-09-09 21:41

Allora... vai con le sfere, prenditi tempo, e torna vincitor col marchingegno... di seconda generazione! asd

GabriChan

2011-09-11 14:36

Buon giorno ho letto con molto interesse questa discussione, e mi devo complimentare con voi per il bellissimo lavoro che avete fatto, sarebbe interessante però poter passare al digitale dall'analogico, magari con qualcosa di simile: http://bildr.org/2011/01/adjd-s371-tutorial/ con il LED RGB si possono generare tutti i colori e dall'altra parte con il sensore RGB verificare quali frequenze vengono assorbite, allora si diventerebbe interessante come analizzatore, la cosa più costosa è arduino e il sensore RGB, comunque si rimane sotto i 40€ Oviamente si può rimanere sempre nell'analogico però pilotando il led RGB con regolatori di tensione e poi dalla misura di quelli risalire alla frequenza che viene assorbita. per mie prove mi interesserebbe sapere quali sono le frequenze per il nichel ed il rame, se qualcuno è così gentile da darmeli gli sarei grato. Beefcotto87, così va bene?

Beefcotto87

2011-09-11 14:54

Questo thread non è qui perchè tu chieda se ci sono impurezze nel tuo Ni!!! Anche perchè non c'entra col discorso, elimina quella parte!

Rusty

2011-09-11 14:57

Se è per questo io eliminerei pure la parte RGB, Arduino, il "sono un elettronico", il fatto di passare al digitale (se hai letto Al si è tenuto su circuiteria analogica di proposito), e pure questo mio messaggio.

ENNIO VOCIRZIO

2012-04-21 20:08

Stavo leggendo questa discussione con interesse. Voglio solo fare i complimenti ad Al-ham-bic per l'idea interessante che ha avuto.

Il colorimetro realizzato è un bel congegno.

Complimenti !!

Saluto Tutti gli amici

al-ham-bic

2012-04-21 20:31

Grazie Ennio, cordiali saluti anche da parte mia.

Ora l'accrocchetto è in std-by in attesa dei cicli e ricicli della storia... asd

lorenzo

2012-04-22 15:56

Ho letto solo ora questa interessante discussione, e mi pento di non averla guardata prima; l'idea di costruirmi uno spettrofotometro artigianale mi era venuta in mente, ma non sono mai stato capace di farlo. Ora, su questo esperimento, ho alcune considerazioni da fare.

Prima di tutto, l'assorbanza: non è vero, Al, che il tuo colorimetro non può misurare le assorbanze del tuo campione. Come forse sai, entro alcune approssimazioni, ed entro il range dinamico del tuo strumento, possiamo considerare l'assorbimento della radiazione come somma dell'assorbimento della cella + assorbimento della soluzione.

L'assorbanza è definita come il logaritmo negativo della trasmittanza, cioè

A = -log(T) = log(I0/I)

Dove I0 è l'intensità della luce "entrante" nella soluzione, mentre I è l'intensità della luce uscente. Per eliminare l'assorbimento della celletta dal nostro spettro è sufficiente misurare il segnale prodotto da un bianco - per esempio una celletta riempita di acqua distillata - e rapportarlo al segnale prodotto dal campione. In pratica, consideriamo I0 proporzionale al segnale (in millivolt) prodotto dal bianco, e I proporzionale al segnale del campione.

Per ogni lunghezza d'onda, poi, calcoliamo l'assorbanza dalla formula che ho scritto sopra.

Potresti verificare il funzionamento misurando per punti lo spettro prodotto da una soluzione di CuSO4, per confrontarlo con spettri misurati altrove; oppure puoi verificare la linearità dell'assorbanza con la concentrazione fissando la lunghezza d'onda di assorbimento vicino al massimo di assorbimento del tuo campione.

_______________________________________________________

L'altro punto su cui mi volevo soffermare è questo tuo discorso

al-ham-bic ha scritto:

Ho verificato (e qui chiedo conforto agli esperti teorici e "strumentisti" moderni) che l'assorbimento ad una certa lunghezza d'onda non è dovuto tanto all'intensità del "colore" della sostanza, quanto alla sua natura (a parità di lambda di illuminazione): ho provato (illuminando in questa puntata solo a infrarosso) diverse soluzioni di K2Cr2O7 e di CuCl2. Il bicromato porta a irrisorie variazioni di assorbimento in funzione della concentrazione: questo disgraziato O_o praticamente mi aveva fatto credere che il mio "colorimetro" (sottolineo le virgolette...) fosse un perfetto tarocco bucato nell'acqua e che non rivelasse un accidente. Invece colpo di scena col cloruro di rame *Hail* : solo 1 g/l di CuCl2 (la soluzione è perfettamente incolora all'occhio) mi porta in uscita all'oscilloscopio la bellezza di 600 mV di variazione.

Ho voluto cercare il limite e sono arrivato a rivelare con certezza 0,05 g/l di CuCl2!! (limite del sistema per il Cu++ a IR).

Ora chiedo: quanto dipende dal catione e quanto dall'anione?

Chiaramente non è questo il luogo dove discutere dell'assorbimento di cationi e anioni, ma comunque:

Quando dici di aver misurato l'assorbimento del bicromato e del cloruro rameico, non hai specificato la lunghezza d'onda. Ora, dato che il bicromato e il cloruro rameico in soluzione hanno due colori diversi, è lecito aspettarsi che assorbano a lunghezze d'onda diverse. Se hai provato l'assorbimento nel rosso/arancio il bicromato non avrà assorbito niente (infatti assorbe nel blu), mentre il rame (II) assorbe proprio in quella zona (come ti ha già detto Moreno).

È ragionevole pensare che avrai la massima sensibilità del tuo strumento se operi a lunghezze d'onda dove il tuo campione assorbe molto!

Per quanto riguarda l'assorbimento dei metalli in soluzione, provvederò quando avrò più tempo a postare qualcosa. Per ora posso dirti che, di solito, in soluzione acquosa un metallo è presente sotto forma di aquocomplesso [M(H2O)x]n+, il quale ha un certo spettro di assorbimento. Per essere sicuri di avere l'aquocomplesso in soluzione, bisogna sciogliere dei sali che abbiano un anione scarsamente complessante (per esempio, il nitrato o il solfato); altrimenti avremo - in generale - una miscela di complessi del nostro catione. Per fare un esempio, considera che il CuCl2 ha colorazioni diverse in soluzione a seconda della concentrazione, oppure che il CoCl2 cambia colore dal rosa al blu agguingendo ioni cloruro alla soluzione, oppure scaldando.

I seguenti utenti ringraziano lorenzo per questo messaggio: al-ham-bic

al-ham-bic

2012-04-22 16:57

Innanzitutto ti ringrazio molto per le precisazioni.

Devo dire che le mie considerazioni "iniziali" sono state poi autocorrette man mano che facevo gli esperimenti e tante cose alla fine mi sono state più chiare.

Verissimi e didattici gli esempi che hai fatto del CuCl2 e del CoCl2 in soluzione a diversi colori a seconda delle condizioni.

Il grandissimo limite di questo "strumento" (mi si passi il termine) è lo scarsissimo numero di illuminatori disponibili e la loro forzata discontinuità nel range delle lunghezze d'onda.

Si è purtroppo vincolati ai soli LED disponibili normalmente in commercio, che sono in pratica quei pochi indicati.

Il tutto era nato quasi per gioco, ed infatti ci ho "giocato" per un bel po'... asd

lorenzo

2012-04-22 16:59

Fammi capire, quante lunghezze d'onda diverse puoi misurare? Riesci a riprodurre spettri simili a quelli che ha postato Moreno?

GabriChan

2012-04-22 17:40

Ciao Al, non hai provato con un LED RGB, lo puoi pilotare anche analogicamente, senza PWM, se ti è antipatico, all'occhio umano da una buona sequenza di colori, ma non so se è solo un effetto attico, la luce andrebbe separata con un prisma per verificare che il colore che si vede non sia la banale somma dei tre colori. Se funzionasse la cosa diventerebbe davvero interessante, perché riusciresti a coprire buona parte del visibile.

al-ham-bic

2012-04-22 19:12

Ricopio qui i "colori" normalmente disponibili con i LED:

- 880 nm (IR)

- 630 nm (rosso)

- 590 nm (giallo)

- 530 nm (verde)

- 470 nm (blu)

- 410 nm (UV vicino)

La gamma è accettabilmente ampia e le curve di assorbimento, o di qua o di là, si riescono a intercettare, ma vi sono ovviamente buchi molto ampi (del resto non dobbiamo "misurare" niente!).

Nemmeno pensare di dividere lo spettro con un prisma: la complicazione ottica e meccanica stravolgerebbe l'apparecchio di un bel fattore 100... azz! asd

GabriChan

2012-04-22 21:06

Ciao Al, forse non mi sono spiegato in un modo chiaro, e mi scuso di questo, l'idea è di verificare con un prisma se il colore generato dal LED RGB è reale o è l'insieme dei 3 colore ed è poi l'occhio che lo vede così. Io ho usato arduino per fare il PWM che controlla i vari canali, e l'impressione è quella di avere tutti i colori dal rosso, poi verde, giallo, blu, viola.... La cosa la si può fare anche analogicamente con dei potenziometri e dei regolatori di tensione, se non vuoi usare il digitale. Però così avresti quasi tutta la gamma del visibile. Ciao.

lorenzo

2012-04-22 21:16

Beh se ci accontentiamo è finita qui, certo! D'altra parte questo aggeggio secondo me può essere facilmente usato per determinazioni analitiche di soluzioni di cationi in acqua (anzi, se hai tempo potresti fare una prova per esempio con il solfato rameico a 880 oppure a 630 nm, o con il bicromato, o con il permanganato: fai una retta di taratura e poi prova a misurare una soluzione "incognita";-). Tuttavia, propongo due possibilità di migliorare lo strumento: la prima sarebbe, semplicemente, procurarsi degli altri LED di altri colori (non ho idea se sia possibile o no ampliare la gamma che hai descritto) per avere qualche "punto" in più nel nostro spettro. L'altra possibilità, sicuramente più costosa, è uno spettrofotometro ad array di diodi, che viene usato come rivelatore in HPLC. Ti spiego la mia idea: la sorgente di luce, opportunamente collimata con delle lenti, attraversa il campione; il raggio uscente viene disperso da un prisma o da un reticolo (penso che possa bastare la superficie di un CD). Infine, hai una parete su cui viene rilevato lo spettro da una serie di diodi: la posizione del diodo è in relazione con la lunghezza d'onda della luce che lo colpisce, e da questo può essere ricostruito lo spettro con l'aiuto di un calcolatore. Il seting che ho proposto può essere riprodotto anche senza rilevatori per vedere lo spettro di emissione di una fiamma.

al-ham-bic

2012-04-22 23:25

Ecco cosa intendevo quando dicevo... complicazione di un bel fattore 100! *Fischietta*

Tutto bello e serio in teoria...ma in PRATICA?

La mia semplicissima e stupida celletta con un diodo e un fotoTR mi è costata parecchio tempo... figurarsi una sorgente seria, la scomposizione col reticolo, l'array, il tutto isolato dalla luce, ecc... se dico complicazione 100 sono ottimista *Si guarda intorno*

Dico questo perchè io sono, ormai lo sanno tutti, essenzialmente uno sperimentatore pratico.

Ciò mi permette di apprezzare, forse ancora di più, le idee ed i consigli come i tuoi, anche se sono di difficile realizzazione (non desiderando investire risorse economiche... con quelle si fa tutto!).

---

Altri LED di altri colori non è possibile; potrebbero esserci piccole variazioni da un modello all'altro, ma la sostanza rimarrebbe identica. Anche un LED UV a 254 nm è molto difficile da trovare.

xGabri: non ho ben capito il discorso come faresti ad avere la gamma dei colori in continuo senza prisma o reticolo.

lorenzo

2012-04-23 06:09

Capisco i tuoi dubbi. Tuttavia, l'altro giorno ho trovato questo link http://www.asdlib.org/onlineArticles/elabware/Scheeline_Kelly_Spectrophotometer/index.html in cui fa vedere come costruirsi uno spettrofotometro utilizzando semplicemente un led bianco, un reticolo, e una macchina fotografica come rivelatore. Non ho ben capito però se i risultati sono abbastanza soddisfacenti. Detto questo, resta il fatto che lo strumento da te costruito dovrebbe essere perfettamente in grado di misurare concentrazioni di soluzioni con una certa precisione; mi piacerebbe quindi sapere se funziona per questo scopo.

GabriChan

2012-04-23 07:15

Ciao Al qualcosa del genere :-) http://www.youtube.com/watch?v=MimloT_01D4 Il pilotaggio lo puoi fare con tre potenziometri sui 3 colori un modo da avere tutta la gamma, poi bisogna convertire da RGB ad nm... Comunueq se la telecamera vede i colori credo che i colori generati siano comunque giusti per l'utilizzo che se ne vuole fare, il sistema rimane sempre Led fotoaccopiatore.

al-ham-bic

2012-04-23 09:06

Grazie Gabri, ora ho capito perfettamente.

Non male come idea devo dire! *clap clap*

La conversione esatta in nm non preoccupa, il problema principale è sicuramente l'intensità della luce emessa, che varia necessariamente al variare del colore in modo imprevedibile.

Ma potrebbe essere un problema superabile con opportuni (anche se fastidiosi) azzeramenti.

---

Grazie anche a Lorenzo per il link, decisamente interessante.

Prima di mettere l'apparecchio in std-by mi ero procurato anche le cuvette (da usare al posto di quell'osceno contenitore in polietilene usato nelle prove) riproponendomi di continuare la sperimentazione a tempo debito, migliorando anche l'impermeabilità alla luce della celletta o probabilmente rifacendola basandomi sull'esperienza precedente.

E' quello che tenterò di fare la prossima estate (oltre alle altre diecimila cose che uno mette in programma... Rolleyes ).

Per quanto riguarda la possibilità di misurare una concentrazione sono sicuro che l'apparecchio lo può fare (con la precisione da verificare!); un problema semmai è la linearità e la macchinosità negli azzeramenti in bianco... ma altrimenti non sarebbe più un "colorimetro Al-mode" ma uno di quelli che io chiamo "apparecchi con la spina".

Bye

GabriChan

2012-04-23 09:48

Per risolvere il problema dell'intensità, credo basti mettere 2 fototransistor uno che legge il LED e uno che legge attraverso l'ampollina, e poi con un operazionale fare la differenza, ottieni cosi solo la lettura sulla differenza tra l'emesso e quello che passa nella celletta, eliminando eventiuali disturbi e interferenze esterne Ciao.

lorenzo

2012-04-23 13:03

GabriChan ha scritto:

Per risolvere il problema dell'intensità, credo basti mettere 2 fototransistor uno che legge il LED e uno che legge attraverso l'ampollina, e poi con un operazionale fare la differenza, ottieni cosi solo la lettura sulla differenza tra l'emesso e quello che passa nella celletta, eliminando eventiuali disturbi e interferenze esterne Ciao.

Puoi fare così, oppure, come avevo detto io, misurare come riferimento la celletta contenente acqua distillata. In questo modo elimini li contributo della celletta all'assorbimento della luce! EDIT: Per calcolare l'assorbanza non devi fare la differenza tra il segnale del campione e quello del riferimento, ma il logaritmo del rapporto

al-ham-bic

2012-04-23 15:40

OK ad entrambi, tutte cose che terrò presente a tempo debito! ;-)

al-ham-bic

2012-06-06 12:34

Mi ero ripromesso di aggiornare la rudimentale celletta sperimentale e l'ho fatto.

Questa nuova è a perfetta tenuta di luce e costruita su misura per una cuvetta da 1 cm; eliminata l'oscena bottiglietta in plastica ed i trafili di luce attraverso il materiale che avevo usato (vetronite).

celletta nuova.JPG
celletta nuova.JPG

Ho fatto anche una serie di "plug-led" (chiamiamoli così...) che possono essere sostituiti in un attimo per variare l'illuminazione del campione.

Le prime prove le ho fatte a luce verde (530 nm) su soluzioni via via più diluite di KMnO4, tracciando la curva di taratura dello "strumento".

assorbanza KMnO4.JPG
assorbanza KMnO4.JPG

Con un po' di ulteriore lavoro, credo di riuscire a determinare senza difficoltà la concentrazione di uno ione adatto (entro limiti di precisione appena decenti) come si diceva recentemente con Lorenzo. (Ma sottolineo ancora una volta che lo scopo del lavoro NON è eseguire misure analitiche).

Poi vedrò se è possibile implementare l'idea di GabriChan per avere uno spettro più continuo, sostituire il microamperometro con un altro strumento a lettura lineare e altre piccole cosucce.

colorimetro mod 2.JPG
colorimetro mod 2.JPG

Oltre alla serie di curve di assorbanza che mi aveva fornito Moreno mi sarebbero molto utili dei dati su altre sostanze rilevabili nel range 400-900 nm (sostanze organiche o cationi/anioni colorati).

Grazie.

I seguenti utenti ringraziano al-ham-bic per questo messaggio: Chemistry4888, arkypita, Rusty, GabriChan

Dott.MorenoZolghetti

2012-06-06 16:34

Io non ho capito il grafico, me lo spieghi? :-)

NaClO3

2012-06-06 16:44

Ma non dovrebbe essere dritta dritta????

lorenzo

2012-06-06 16:45

C'è qualcosa che non convince nel grafico: hai riportato l'assorbanza o il segnale? Dovresti usare l'assorbanza: A = -log(I/I_0) perché è l'assorbanza ad essere lineare con la concentrazione: A = εbC

al-ham-bic

2012-06-06 16:54

Ecco fatto: in ascissa c'è la concentrazione di KMnO4 in g/l in ordinata c'è un numero (da 0 a 50) che "rappresenta" l'assorbanza (in realtà è una corrente in mA ma non da 0 a 50). Avrò tempo di affinare le misure e vedere la corrispondenza, entro un certo tratto, della Lambert-Beer variando i settaggi dell'apparecchio. Se hai la curva del blù di metilene (dove credo dovrei ottenere maggior sensibilità) mi faresti un favore. EDIT: vedo adesso il post di Lorenzo, ma credo di aver già risposto con la parola "rappresenta".

lorenzo

2012-06-06 17:05

Però, al, la quantità che hai messo in ordinata NON È lineare con la concentrazione!

al-ham-bic

2012-06-06 17:25

La concentrazione è in g/l e non in M/l (è 158 volte più bassa) ma non è questo il problema. Come ho fatto le misure l'ultima volta so già che la lettura è completamente non lineare agli estremi della curva, mentre si avvicina molto di più verso il centro; sistemando meglio le regolazioni dovrebbe diventarlo accettabilmente in un tratto utile. Ma la lettura è il segnale in uscita, non l'assorbanza (ma la rappresenta certamente). Quindi sarebbe possibile risalire ad una concentrazione ignota (nei limiti...) avendo una curva di taratura relativa per la sostanza in esame. In pratica per ogni sostanza e per ogni colore, dato che le curve saranno tutte diverse! Spero di essere stato chiaro.

GabriChan

2012-06-06 18:10

Ciao Al qui trovi la curva di assorbenza del blu di metile http://omlc.ogi.edu/spectra/mb/index.html e altre sostanze.

al-ham-bic

2012-06-06 18:25

Perfetto Gabri, era proprio quella che volevo, grazie mille. ;-)

lorenzo

2012-06-06 19:00

al-ham-bic ha scritto:

Come ho fatto le misure l'ultima volta so già che la lettura è completamente non lineare agli estremi della curva, mentre si avvicina molto di più verso il centro; sistemando meglio le regolazioni dovrebbe diventarlo accettabilmente in un tratto utile.

Ma la lettura è il segnale in uscita, non l'assorbanza (ma la rappresenta certamente).

Tutte le funzioni "fisiche" in un tratto abbastanza piccolo sono lineari.

Quello che intendevo dire io è che la legge di Beer mette in relazione lineare (nei limiti di soluzioni diluite) l'assorbanza e la concentrazione.

La quantità che misuri tu (approssimativamente proporzionale all'intensità luminosa uscente dalla cuvetta) è proporzionale ad un esponenziale della concentrazione!

Dovresti riportare in ordinata il logaritmo del rapporto tra il segnale dell'acqua pura e il segnale della soluzione (quella sarebbe l'assorbanza)

EDIT: vai a vedere il link che ha postato Gabri, oppure questo: http://it.wikipedia.org/wiki/Legge_di_Lambert-Beer

Rusty

2012-06-06 19:10

Ciao Al, forse ho trovato qualcosa che puo' esserti utile, non so vedi tu :-)

http://www.carnicom.com/bio2011-2.htm

http://www.starnacells.com/d_ref/d_abs/PDC.html

(poi nel menu' a sinistra di questo c'è dell'altra roba)

un grafico anonimo *Si guarda intorno*

1-s2.0-S1352231006002718-gr7.jpg
1-s2.0-S1352231006002718-gr7.jpg

GabriChan

2012-06-06 19:13

Si è vero dovrebbe essere una retta, ma a me sembra tanto la curva di amplificazione del fototransistor.

al-ham-bic

2012-06-06 19:52

Tre risposte, parto dall'ultima: - può sembrare effettivamente. Ma la curva in ogni caso è funzione della concentrazione e del relativo assorbimento della luce in un certo "colore". - grazie mille anche a te Rusty per l'impegno, ma le tre curve della figura non mi servono a niente! (extra range 400-900 nm) Almeno fino a chè non riuscirò a trovare qualche LED che scenda sotto i 400 nm ad un prezzo irrisorio (devices costosi non sono compatibili con questo giocattolo). EDIT: le curve negli altri link sono invece più interessanti. - OK Lorenzo, ma mi sento di sottolineare ancora una volta che NON mi interessa l'assorbanza! Mi interessa solo una correlazione (il segnale in uscita) con la concentrazione ionica; e questa c'è. Che poi la linearità sia lunga (meglio) o breve (peggio) è un fattore secondario per lo scopo di questo ri-giocattolo!

lorenzo

2012-06-06 21:06

al-ham-bic ha scritto:

OK Lorenzo, ma mi sento di sottolineare ancora una volta che NON mi interessa l'assorbanza! Mi interessa solo una correlazione (il segnale in uscita) con la concentrazione ionica; e questa c'è. Che poi la linearità sia lunga (meglio) o breve (peggio) è un fattore secondario per lo scopo di questo ri-giocattolo!

Non capisco perché non vuoi riportare l'assorbanza, dato che non ti costerebbe nulla in termini di tempo/soldi! In questo modo, oltre a verificare che il segnale è funzione univoca della concentrazione (cosa molto buona), puoi vedere che è effettivamente lineare, soprattutto per concentrazioni basse. Questo che hai fatto è sì un giocattolo, ma perché non dovresti vedere fino a che punto arriva?

Rusty

2012-06-06 21:29

Credo che a lui della grandezza "assorbanza" gliene importi poco, dato che ha bisogno solo di modelli ai quali riferire le misure, quindi il significato delle curve che cerca è solo di confronto, per capire come si comportano le varie sostanze. Sorry Al, non avevo notato l'over range dei grafici asd

lorenzo

2012-06-06 21:34

Sì, ho capito, ma se vuole vedere la linearità con la concentrazione deve usare l'assorbanza. Il segnale in uscita non è lineare con la concentrazione! Inoltre, tutti gli spettri che si trovano in letteratura (come quello del blu di metilene) sono forniti in assorbanza. Lo strumento che ha costruito al, pur nei suoi limiti di lunghezze d'onda, è molto potente, e - potrei scommetterci quasi - può quantificare concentrazioni di alcune sostanze nell'ordine dei ppm. Sicuramente sono curioso di vedere se può funzionare così bene, e chiedo quindi ad al di postare i dati numerici che si riferiscono alle misurazioni fatte.

al-ham-bic

2012-06-06 22:01

lorenzo ha scritto:

...non capisco perché non vuoi riportare l'assorbanza, dato che non ti costerebbe nulla in termini di tempo/soldi...

Macchè, non sono intestardito su questo! asd

Ora, di fretta, ho graficato facendo il -log OUT/IN e la curva effettivamente viene quasi retta, esclusa la parte iniziale.

Ma nella parte iniziale la conc. è 5*10^-5 Mol!

Thanks in ogni caso!

assorbanza KMnO4_1.JPG
assorbanza KMnO4_1.JPG

franz-chem

2012-10-01 14:32

Ciao al

complimenti per il giocattolino , vorrei provare a costruirne uno per studiarci un po su visto che a scuola sto per affrontare la colorimetria .

Potresti postare lo schema di tutto il circuito ?