Vienkārša duļķainības uzraudzības un kontroles sistēma mikroaļģēm: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Pieņemsim, ka jums ir garlaicīgi ar paraugu ņemšanas ūdeni, lai izmērītu duļķainību - bruto termins, kas norāda uz sīkām, suspendētām daļiņām ūdenī, kas samazina gaismas intensitāti vai nu ar pieaugošu gaismas ceļu, vai ar lielāku daļiņu koncentrāciju vai abiem. Tātad, kā to izdarīt?

Tālāk ir minēti vairāki soļi, ko es veicu, lai izveidotu automātisku mikroaļģu biomasas blīvuma uzraudzības sistēmu. Šīs ir mikroaļģes, kuru izmērs ir mazāks par mikroniem, tās ir labi suspendētas ūdenī, un kurām drīzāk ir ārkārtējs dzīvesveids, pārvēršot gaismas enerģiju un samazinot oglekļa dioksīdu jaunizveidotā biomasā. Tas ir pietiekami par mikroaļģēm.

Lai izmērītu duļķainību vai biomasas blīvumu, manā gadījumā man ir jāmēra gaismas intensitāte detektora pusē, kas tiek pārveidota par sprieguma rādījumu. Viens šķērslis man sākumā bija atrast piemērotu sensoru, kas darbojas ar mikroaļģu sugām, ar kurām strādāju.

Duļķainību var izmērīt ar spektrofotometru. Laboratorijas spektrofotometrs ir dārgs un lielākoties mēra vienu paraugu vienlaikus. Kaut kā man paveicās, ka nopirku lētu duļķainības sensoru, ko varēju atrast vietnē ebay.com vai amazon.com, un, man par pārsteigumu, sensors labi darbojas ar eksperimentētajām mikroaļģu sugām.

1. darbība. Nepieciešamās detaļas:

1. Tāds duļķainības sensors kā fotoattēlā, kas savieno caurules. Sarakstā esošajam ir atvērta eja, ja vien neplānojat sensoru iegremdēt.

2. Arduino dēlis. Tas varētu būt Nano vai Mega/Uno (ja tiek izmantots Yun Shield)

3. Potenciometrs. Labāk ir izmantot šādu precizitāti.

4. OLED ekrāns. Es izmantoju SSD1306, bet cita veida LCD, piemēram, 1602, 2004, darbotos (un attiecīgi pārskatītu kodu).

5. Atkārtota dēlis ar diviem šādiem kanāliem

6. Divi no trīs pozīciju slēdžiem papildu manuālai vadībai

7. Sūkņi: Es nopirku 12 V mazu peristaltisku sūkni un laboratorijā kā galveno sūkni izmantoju Cole Parmer divkanālu sūkni. Ja galvenajam sūknim ir tikai viena kanāla galva, tad, lai savāktu biomasas pārpalikumu, izmantojiet pārplūdes cauruli. Uzmanieties, ka iespējama biomasas noslaucīšana uz reaktora augšpuses, ja izmantojat enerģisku gaisa pacelšanas maisījumu.

8. Raspberry Pi vai klēpjdators, lai reģistrētu datus 1. opcijai, vai Yun Shield 2. variantam

Kopējās izmaksas ir 200 ASV dolāru robežās. Cole Parmer sūknis maksā aptuveni 1000 USD un nav iekļauts kopējās izmaksās. Es neveicu precīzu kopsavilkumu.

2. darbība: 1. iespēja: reģistrējiet datus datorā/ Raspberry Pi, izmantojot USB kabeli

Izmantojot datoru vai Raspberry Pi, lai ierakstītu dažus izejas datus

Ierakstīšanu var veikt, izmantojot reģistrēšanas opciju, piemēram, Putty (Windows) vai Screen (Linux). Vai arī to var izdarīt ar Python skriptu. Lai šis skripts darbotos, ir nepieciešams Python3 un bibliotēka ar nosaukumu pyserial. Papildus reģistrētajiem datiem ir viegli piekļūt klēpjdatorā vai darbvirsmas tālvadības pultī, šī pieeja izmanto laika priekšrocības datorā, kas ir pieteicies failā kopā ar citiem rezultātiem.

Šeit ir vēl viena apmācība, ko es uzrakstīju, lai iestatītu Raspberry Pi un apkopotu datus no Arduino. Tas ir soli pa solim, lai iegūtu datus no Arduino uz Raspberry Pi.

Un Arduino kods šeit tiek mitināts 1. iespējai: duļķainības sensoru sistēmas darbināšana un datu reģistrēšana datorā.

Kā jau minēju iepriekš, šī ir vienkārša sistēma, bet, lai sensors iegūtu jēgpilnus datus, tad mērījumu objekts, piemēram, mikroaļģes, krēsla, piens vai suspendētās daļiņas, bija jāpārtrauc, samērā stabils.

Ierakstītajā failā ir laika zīmogs, iestatītā vērtība, duļķainības mērījuma vērtība un galvenais sūknis. Tam vajadzētu sniegt dažus sistēmas darbības rādītājus. Jūs varētu pievienot vairāk parametru.ino faila Serial.println (dataString).

Katrā izvadē jāpievieno komats (vai cilne vai citas rakstzīmes, lai sadalītu datus katrā izklājlapas šūnā), lai datus varētu sadalīt programmā Excel, lai izveidotu diagrammu. Komats ietaupīs jums dažus matus (tas ietaupa manējos), it īpaši pēc dažu tūkstošu datu rindu, un izdomājiet, kā sadalīt ciparus, un aizmirsu pievienot komatu.

3. darbība: 2. iespēja: dati tiek reģistrēti Yun Shield

Izmantojot Yun Shield virs Arduino Mega vai Uno, lai reģistrētu datus

Yun Shield nodrošina minimālu Linux izplatīšanu, un tas var izveidot savienojumu ar internetu, tam ir USB porti un SD kartes slots, lai datus varētu reģistrēt USB zibatmiņā vai SD kartē. Laiks tiek iegūts no Linux sistēmas, un datu fails tiek iegūts no tādas FTP programmas kā WinSCP vai FileZilla vai tieši no USB, SD karšu lasītāja.

Šeit ir kods, kas tiek mitināts vietnē Github 2. opcijai.

4. solis: duļķainības sensora darbība

Es izmantoju Amphenol duļķainības sensoru (TSD-10), un tam ir pievienota datu lapa. Ir grūtāk pārbaudīt produktu no tiešsaistes saraksta. Datu lapa ietver sprieguma rādījuma (Vout) grafiku ar atšķirīgu duļķainības koncentrāciju, kas attēlota nefelometriskajā duļķainības vienībā (NTU). Mikroaļģēm biomasas blīvums parasti ir viļņu garumā 730 nm vai 750 mm, lai izmērītu daļiņu koncentrāciju, ko sauc par optisko blīvumu (OD). Tātad šeit ir salīdzinājums starp Vout, OD730 (mērīts ar Shimadzu spektrometru) un OD750 (datu lapā konvertēts no NTU).

Šīs sistēmas vēlamākais stāvoklis ir statiskais duļķainums vai duļķainums, ko sistēma var automātiski izmērīt un kontrolēt biomasas blīvumu pie noteiktas vērtības (vai tuvu tai). Šeit ir diagramma, kas parāda šo sistēmu.

Atklāšana:

Šī duļķainības uzraudzības un kontroles sistēma (bieži saukta par turbidostatu) ir viena no trim vienībām, kuras es strādāju, mēģinot izveidot iepriekšēju fotobioreaktoru. Šis darbs tika veikts, kamēr es strādāju Arizonas štata universitātes Biodesign Swette Vides biotehnoloģijas centrā. Šīs sistēmas zinātniskie ieguldījumi aļģu audzēšanas veicināšanā tika publicēti žurnālā Algal Research Journal.