Spektrális elemzés otthon. Házi készítésű spektrométer ékszer spektroszkópból Hogyan készítsünk spektrométert mobiltelefonból

Most a diffrakciós spektroszkóp két változatát állítjuk össze saját kezünkkel. A spektroszkóp egy olyan eszköz, amely lehetővé teszi a fény spektrumának tanulmányozását úgy, hogy spektrális összetevőit egy bizonyos tengely mentén elosztja. A fény monokromatikus hullámokra osztható a diszperzió vagy a diffrakció jelenségén keresztül. IN ebben az esetben Diffrakciót fogunk használni, mert van egy nagyszerű diffrakciós rácsunk - egy CD!

Szükségünk lesz egy kis kartondobozra, CD-re, ragasztóra és egy átlátszatlan csőre a szemlencséhez.

Olló segítségével vágjon ki egy darabot a CD-ből, hogy illeszkedjen a doboz méretéhez:

Jelöljük meg a dobozt, hogy a szemlencse megfelelően fel lehessen helyezni. Az optikából tudjuk, hogy a beesési szög szöggel egyenlő tükröződések. De így egy ablakot fogunk látni, amelyen át a fény áthalad, és nem a diffrakciós maximumokat, ezért hagyunk egy helyet a leendő ablak vonalától jobbra.

Ezután a dobozt bezárva kiválasztunk alkalmas hely hogy belépjen a fénybe. Ehhez óvatosan átszúrunk egy lyukat, és megfigyeljük a szemlencsén keresztül. Ha közvetlenül visszaverődő fényt látunk az okulárban, akkor lezárjuk a lyukat, és egy kicsit távolabb szúrunk ki egy újat. És így tovább, amíg sok, a vonal mentén sorakozó színes pont meg nem jelenik a szemlencsében. Aztán vágunk egy ablakot:

Szereljünk az ablakra két borotvapengéből készült könnyű kést - hogy a legkeskenyebb fénysugár kerüljön a dobozba - így a lehető legtisztább képet fogjuk látni.

Ha minden sikerült, akkor a szemlencsében hígított spektrumot fogunk látni. Ha a spektrum nem folytonos (például LDS-ből vagy gázkisüléses lámpákból), akkor egy vonalkészletet fogunk látni. Minden sor monokromatikus komponens. A képen látható felső sor igazán mély lila, a kamera csak eltorzította a színt.

Második lehetőség

Készítsünk egy miniatűr spektroszkópot, amely áteresztő fényben működik. Ehhez vágjon ki egy CD-t, mint az első lehetőségnél.

Barátaim, közeleg a péntek este, ez egy csodálatos meghitt idő, amikor a csábító szürkület leple alatt előveheti a spektrométerét, és egy izzólámpa spektrumát mérheti egész éjjel, egészen a felkelő nap első sugaraiig, és amikor a nap felkel, mérje meg a spektrumát.
Hogy lehet, hogy még mindig nincs saját spektrométered? Nem számít, menjünk alá, és javítsuk ki ezt a félreértést.
Figyelem! Ez a cikk nem úgy tesz, mintha egy teljes értékű oktatóanyag lenne, de talán az elolvasása után 20 percen belül lebontja első sugárzási spektrumát.

Az ember és a spektroszkóp

Abban a sorrendben fogom elmondani, ahogy én magam végigmentem az összes szakaszon, mondhatni a legrosszabbtól a legjobbig. Ha valaki azonnal komolyabb vagy kevésbé komoly eredményre törekszik, akkor a cikk fele nyugodtan kihagyható. Nos, a görbe kezűek (mint én) és az egyszerűen kíváncsi emberek a kezdetektől fogva érdeklődni fognak a megpróbáltatásaimról.
Az interneten kellő mennyiségű anyag lebeg arra vonatkozóan, hogyan lehet saját kezűleg hulladékanyagból spektrométert/spektroszkópot összeállítani.
Ahhoz, hogy otthon szerezzen spektroszkópot, a legegyszerűbb esetben egyáltalán nem lesz szüksége sokra - üres CD/DVD-re és dobozra.
A spektrum tanulmányozásával kapcsolatos első kísérleteimet ez az anyag ihlette – a spektroszkópia

Valójában a szerző munkájának köszönhetően összeállítottam az első spektroszkópomat egy DVD lemez átbocsátó diffrakciós rácsából, és kartondoboz tea alól, sőt előtte is csak egy vastag kartonra volt szükségem, nyílásos és áteresztő rácsos DVD lemezről.
Nem mondhatom, hogy az eredmények lenyűgözőek voltak, de a folyamat első spektrumát a spoiler csodálatos módon megmentette

Fényképek a spektroszkópokról és a spektrumról

A legelső lehetőség egy kartonpapírral

Második lehetőség teásdobozsal

És a felfogott spektrum

Az egyetlen dolog az én kényelmemre, módosította ezt a kialakítást USB videokamera, így alakult:

fotó a spektrométerről

Azonnal elmondom, hogy ez a módosítás megszabadított a mobiltelefon-kamera használatától, de volt egy hátránya: a kamerát nem lehetett a Spectral Worckbench szolgáltatás beállításaihoz kalibrálni (amiről az alábbiakban lesz szó). Ezért nem tudtam valós időben rögzíteni a spektrumot, de a már összegyűjtött fényképeket teljesen fel lehetett ismerni.

Tegyük fel, hogy a fenti utasítások szerint vásárolt vagy szerelt össze egy spektroszkópot.
Ezt követően hozzon létre fiókot a PublicLab.org projektben, és lépjen a SpectralWorkbench.org szolgáltatási oldalra. Ezután leírom az általam használt spektrumfelismerési technikát.
Először is kalibrálnunk kell a spektrométerünket. Ehhez pillanatfelvételt kell készíteni egy fénycső spektrumáról, lehetőleg egy nagy mennyezeti lámpáról, de egy energiatakarékos lámpa is megteszi.
1) Kattintson a spektrumok rögzítése gombra
2) Kép feltöltése
3) Töltse ki a mezőket, válassza ki a fájlt, válasszon új kalibrációt, válassza ki az eszközt (választhat mini spektroszkópot vagy csak egyedit), válassza ki, hogy a spektruma függőleges vagy vízszintes, hogy egyértelmű legyen, hogy a képernyőképen látható spektrumok az előző program vízszintes
4) Megnyílik egy ablak grafikonokkal.
5) Ellenőrizze, hogyan van elforgatva a spektrum. A bal oldalon kék tartománynak, a jobb oldalon pirosnak kell lennie. Ha ez nem így van, válasszuk ki a több eszközt – vízszintes flip gomb, ami után azt látjuk, hogy a kép elfordult, de a grafikon nem, ezért kattintsunk még több eszközre – újra kivonjuk a fotóból, minden csúcs ismét valódi csúcsnak felel meg.

6) Nyomja meg a Kalibrálás gombot, nyomja meg a start gombot, válassza ki a kék csúcsot közvetlenül a grafikonon (lásd a képernyőképet), nyomja meg az LMB gombot és újra megnyílik a felugró ablak, most meg kell nyomnunk a finisht és ki kell választani a legkülső zöld csúcsot, ami után a oldal frissül, és egy kalibrált hullámhosszú képet kapunk.
Most a kalibráció kérésekor kitöltheti a többi vizsgált spektrumot, meg kell adni azt a grafikont, amelyet korábban már kalibráltunk.

Képernyőkép

A beállított program típusa

Figyelem! A kalibrálás azt feltételezi, hogy a későbbiekben ugyanazzal a készülékkel készít fényképeket, mint a kalibrált.
Őszintén szólva kicsit szerkesztettem a képeimet a szerkesztőben. Ha valahol fény volt, sötétítettem a környezetet, néha kicsit elforgattam a spektrumot, hogy téglalap alakú legyen a kép, de még egyszer jobb, ha nem változtatjuk meg a fájl méretét és a helyét a spektrum képének középpontjához képest.
Azt javaslom, hogy a többi funkciót, például a makrókat, az automatikus vagy manuális fényerő-beállítást saját maga találja ki, ezek nem olyan kritikusak.
Ezt követően célszerű átvinni a kapott grafikonokat CSV-be, ahol az első szám egy tört (valószínűleg tört) hullámhossz lesz, és vesszővel elválasztva a sugárzási intenzitás átlagos relatív értéke lesz. A kapott értékek gyönyörűen néznek ki grafikonok formájában, például a Scilabban

A SpectralWorkbench.org alkalmazásokat kínál okostelefonokhoz. Nem használtam őket. így nem tudom értékelni.

Legyen színes napotok a szivárvány minden színében, barátaim.

A korábbi cikkekben leírtam, hogyan teszteltem a különféle LED-eket növények számára. A spektrum elemzéséhez egy barátom fizikatanárától vettem néhányat.

De időnként megjelenik az igény egy ilyen eszközre, és kívánatos lenne, ha kéznél lenne egy spektroszkóp, vagy még jobb, egy spektrométer.

Választásom egy diffrakciós rácsos ékszer spektroszkóp

Mivel a cikk ékszerészeknek készült, egy „bőr” tokkal érkezett

A spektroszkóp kis méretű

Mi más derült ki az üzlet leírásából
Minden szorosan össze van szerelve, így nem lesz feldarabolás.
Higgyük el azt is, hogy a cső egyik oldalán objektív, a másikon diffrakciós rács és védőüveg található.

És belül van egy gyönyörű szivárvány. Miután szívemig megcsodáltam, elkezdtem keresni valamit a spektrumban.
Sajnos a spektroszkópot nem lehetett rendeltetésszerűen használni, mivel a teljes gyémánt-, ill. drágakövek korlátozott karikagyűrű, teljesen átlátszatlan és nem ad semmilyen spektrumot. Nos, talán az égő lángjában))).
De a higany fénycső őszintén sok gyönyörű csíkot produkált. Szívemig megcsodáltam különféle forrásokból A fényt zavarba hozta a kérdés, hogy kell valahogy rögzíteni a képet és megmérni a spektrumot.

Egy kis barkácsolás

Már régóta forgott a fejemben egy fényképezőgép-tartozék képe, az asztal alatt pedig egy kamera állt, ami még nem esett át a legújabb korszerűsítésen, de elég sikeresen megbirkózott a PVC műanyaggal.

A design nem lett túl szép. Ennek ellenére nem sikerült teljesen leküzdenem az X-ben és az Y-ben tapasztalható visszahatásokat. Semmi, a gömbcsavarok már össze vannak szerelve és várják a tartó lineáris sínek megérkezését.

De a funkcionalitás egészen elfogadhatónak bizonyult, így a szivárvány egy régi, sokáig tétlenül heverő Canonon is megjelenik.

Igaz, itt csalódás várt rám. A gyönyörű szivárvány valahogy diszkrét lett.

Ez minden kamera RGB-mátrixának hibája. Játssz az egyensúlyi beállításokkal fehérés a felvételi módokat, megbékéltem a képpel.
Hiszen a fénytörés nem attól függ, hogy a képet milyen színben rögzítjük. A spektrális elemzéshez a mérési tartomány teljes szélességében a legegyenletesebb érzékenységű fekete-fehér kamera lenne megfelelő.

A spektrális elemzés technikája.

Próba és hiba útján fejlesztették ki ezt a technikát
1. A látható fény tartományának skálájáról (400-720 nm) rajzolunk egy képet, amelyen a kalibráláshoz szükséges fő higanyvonalakat tüntetjük fel.

2. Több spektrumot veszünk, mindig referencia higannyal. Fényképsorozatoknál rögzíteni kell a spektroszkóp helyzetét az objektíven, hogy kizárjuk a spektrum vízszintes eltolódását a fényképsorozatból.

3. A grafikus szerkesztőben a skála a higany spektrumához igazodik, és az összes többi spektrum vízszintes eltolódás nélkül skálázódik a szerkesztőben. Kiderül valami ilyesmi

4. Nos, akkor ebből a cikkből minden a Cell Phone Spectrometer analizátor programba kerül

A módszert zöld lézeren teszteljük, melynek hullámhossza ismert - 532 nm

Körülbelül 1%-os volt a hiba, ami a higanyvonalak manuális beállításával és a skála szinte kézzel történő megrajzolásával nagyon jó.
Útközben megtanultam, hogy a zöld lézerek nem közvetlen sugárzást jelentenek, mint a vörös vagy kék, hanem szilárdtestdióda-szivattyúzást (DPSS) használnak egy csomó másodlagos sugárzással. Élj örökké és tanulj!

A vörös lézer hullámhosszának mérése is megerősítette a technika helyességét

Csak szórakozásból megmértem a gyertya spektrumát

és földgázt égető

Mostantól megmérheti a LED-ek spektrumát, például a növények „teljes spektrumát”.

A spektrométer készen áll és működik. Most ezt fogom használni a következő áttekintés elkészítéséhez - a LED-jellemzők összehasonlításához különböző gyártók, becsapnak-e minket a kínaiak, és hogyan hozzuk meg a helyes döntést.

Egyszóval elégedett vagyok az eredménnyel. Érdemes lehet a spektroszkópot webkamerához csatlakoztatni a folyamatos spektrumméréshez, mint ebben a projektben

A spektrométer tesztelése az asszisztensem által

Ahhoz, hogy megtudja, milyen színspektrumot bocsát ki egy adott villanykörte otthonában, egy spektrométernek nevezett eszközt kell használnia. A gyári modellek nagyon drágák, ezért készíthet egyet házi készítésű változat hulladék anyagokból. Ez nagyon egyszerű, mivel ebben az esetben nincs szükség különösebb precizitásra.

A munka fő szakaszai

A spektrométer legprimitívebb változata készíthető belőle vastag papír vagy karton. De kérem, vegye figyelembe belső rész A háznak sötétnek kell lennie, hogy ne tükrözze vissza, hanem elnyelje a fényt. Erre a célra használhat egy szokásos fekete markert (vagyis csak át kell festenie a kartont).

A kibocsátott fény spektrumának megszerzéséhez szükség lesz egy diffrakciós rácsra is, amelyet a legjobb optikai DVD-ből készíteni. Csak ki kell vágnia egy darabot a CD-ből téglalap alakú, majd válasszuk szét a tányérokat. A diffrakciós rácshoz átlátszó réteg szükséges.

A téglalap alakú lemezt a kartonra ragasztjuk, majd magát a testet is. A házilag készített spektrométer nagyon egyszerűen működik – csak irányítsa egy fényforrásra a házban, és nézzen egy DVD-ről kivágott átlátszó lemezt. Ha neki támasztja okostelefonjának kameráját, akkor képeket készíthet, majd ezek segítségével elemezheti egy adott izzó spektrumát.

Spektrométer videokamerával

Még mindig el kell ismernünk, hogy okostelefonról fényképezni nem teljesen kényelmes. A legjobb, ha a fényforrást valós időben figyeljük meg. Ehhez az okostelefon „szeme” helyett egy szokásos számítógépes webkamerát kell a lemezhez támasztani.

Alexander Scheeline, az Illinoisi Egyetem kémiaprofesszora mobiltelefonból spektrométert készített, hogy az iskolásokat analitikus kémiával vonja be.

A professzor összeállította a vegyész tudományos alapműszerét olcsó anyagokés digitális fényképezőgép. Spektrofotometria az egyik legszélesebb körben használt eszköz az anyagok azonosítására és mennyiségi meghatározására. Ha például meg kell mérnie a fehérje mennyiségét a húsban, a vizet a gabonában vagy a vas mennyiségét a vérben, akkor spektrométer.

A hallgató nem tudja értékelni a spektrofotometria teljesítményét, ha a laboratóriumi spektrométer titokzatos „dobozát” használja. Nem érti, mi történik odabent, és egyszerűen mintát cserél, és leírja az eredményeket” – magyarázza Alekszandr Scsilin. – Ez nem segíti a tanulási folyamatot. Ha meg akarsz tanítani valakit egy eszköz kreatív használatára és fejlesztésére, akkor valami egyszerűbbre és világosabbra van szükséged."

Rizs. 1. Ennyi kell egy spektrométer elkészítéséhez.

Ha egy hangszer hiányosságaira szeretne figyelni, akkor sokkal könnyebb, ha ezek a hiányosságok nagyon nagyok, és nem kompenzálja őket az eszközök és beállítások bonyolultsága” – magyarázza Alekszandr Scsilin.

A spektrométerben a fehér fény áthalad egy anyagmintán, amely meghatározott hullámhosszú fényt nyel el. A diffrakciós rács ezután színekre választja szét a fényt, és a vegyészek elemezhetik a spektrumot, hogy meghatározzák a minta tulajdonságait.

Rizs. 2. Összeszerelt spektrométer. A LED a közvetlenül a ráccsal szemben lévő küvettát világítja meg, amely átlátszó szalaggal van rögzítve.

Shchilin professzor egyet használt fényforrásként LED, 3 voltos akkumulátorral működik. Az USA-ban nem nehéz diffrakciós rácsot és küvettát venni a mintákhoz, és végül minden felszerelés kevesebb, mint 3 dollárba kerül, csak egy megfelelő digitális fényképezőgépet kellett találni, és akkor a tudósnak eszébe jutott, hogy minden iskolás és diák van mobiltelefonja. Ezek után már csak az adatfeldolgozási probléma megoldása van hátra. Ennek érdekében a professzor írt egy programot a fényképek spektrumának elemzésére jpeg formátumban, és feltette a ingyenes hozzáférés az interneten a forráskódokkal együtt.

Alekszandr Scsilin először mutatta be találmányát, miközben egy csereprogramon dolgozott Hanoiban (Vietnam). A vietnami diákoknak nem volt tapasztalatuk tudományos műszerekkel, de lelkesen kezdtek kísérletezni egy mobiltelefon spektrométerrel.

Rizs. 3. Mobiltelefon Egy pontos spektrométer nem helyettesíti a komoly tudományos kutatásokat, de nem minden iskolásnak van 3000 dollár zsebpénze hobbira.

Az Egyesült Államokban egy professzor házi készítésű spektrométert használt a leckéken középiskola. A 45 perces óra végére a tanulók olyan dolgokat tanultak meg, amelyek a legtöbb olyan diákot elkerülték, akik csak tankönyveket használnak. Például az egyik diák a szórt fénynek a kamera érzékenységére és a spektrum leolvasására gyakorolt ​​hatásáról kérdezett.

Egy középiskolás diák, aki egy órával ezelőtt szinte semmit sem tudott a spektrofotometriáról, felfedezte az összes spektrométer fő problémáját – örvend Alekszandr Scsilin. „Amióta elkezdtem tanítani, megpróbáltam elmagyarázni diákjaimnak a spektrométerre ható szórt fény fogalmát, és azt, hogy ez a probléma hogyan befolyásolja a berendezés teljesítményét. És hirtelen láttam, hogy maga az iskolás fiú megértette ennek a problémának a lényegét, és feltette a helyes kérdést!

A tudós boldogan osztja meg találmányát iskolai tanárok valamint egyetemi tanárok különböző szemináriumokon és az interneten keresztül. Reméli, hogy találmányát továbbfejlesztik például az okostelefonokba szánt képfeldolgozó program megírásával, amivel nem kell számítógépet használni. A mobiltelefon-spektrométer sok embert rabul ejt az analitikus kémiáról, amely sokak számára összetett és felfoghatatlan tudománynak tűnik. Alekszandr Scsilin találmánya azonban azt bizonyítja, hogy az ember veleszületett kíváncsisága könnyen felébreszthető – elég egyszerű, érthető és izgalmas kreatív kísérleteket kínálni.

Értékelés kiválasztása Gyenge Átlag alatti Normál Jó Kiváló