Spectrophotometer < 100€

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Sirius
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Spectrophotometer < 100€

Beitrag von Sirius » 24. Mai 2021, 13:28

Ich habe mich entschlossen es mit Spectrophotometrie zu versuchen.
Dies ist für mein Phalaris Projekt gedacht:
viewtopic.php?f=2&t=1984&start=30

Experimentell habe ich die tage ein Spectrometer angefertigt und eine geeignete Software entwickelt.

Wesentliche Bestandteile des Spectro:
monochrom cctv usb Kamera mit geeigneter quantum efficiuency
zugehörige Variooptik ohne IR filter
transmissions-diffraction grating 1000l/mm
Schlitz 200µm aus Rasierklingen
Diffusor aus normalem Papier
Gehäuse aus Styrodur, von innen mattschwarz lackiert, von außen mit schwarzem Tape abgedichtet.
Lichtquelle: Filamentlampe Halogen G4 Fassung

Die Probe muss in einer Glaskapillare Vorliegen. Es werden <40µl benötigt. Allternativ Küvetten. Faseroptik ist auch denkbar. Das brauche ich aber aktuell nicht.

Zu der Software:
Sprache: C++
IDE: Visual Studio
Libraries: openCV, stdlib
System: Win64bit

Man kann damit sehr Präzise Absorption messen.

Einschränkungen:
Bisher keine Anregungsquelle für Fluoreszenz.
2 Sekunden Belichtungszeit sind notwendig um das thermische Rauschen am Kamerachip zu filtern.

Was ist beim Nachbau zu beachten:
Kamerachip muss monochrom sein. Besonders die quantum efficiency ist zu beachten.
Es ist wichtig softwareseitig den Kamerachip korrekt einzustellen.
Für Rauschen und wellenlängenspezifische Empfindlichekeit des Chips muss softwareseitig korrigiert werden. Dazu bietet sich die Aufnahme von Referenzaspektren an.
Mit Leuchtstofflampen (fluorescent light) lässt sich eine Eichung des Spektrometers hervorragend vornehmen, da hier charakteristische Peaks im Spektrum genau sichtbar sind.
In dem Kasten mit der Optik muss es sehr dunkel sein.
Es ist super praktisch wenn man sehr kleine Proben analysieren kann.
Kamera und Optik dürfen nicht wackelig sein.

Was noch zu tun ist:
Bessere Halterung für Glas kapillaren, das ist aktuell nur Pfusch.
Besseres diffraction grating, das aktuelle ist leicht wellig, was zu einer Verzerrung der Spektrallinien und damit verminderter Messgenauigkeit führt.
ggf Quarzglas Optik um im UV Spectrum weiter messen zu können.

Der Ganze Spaß kosten <100€ übrigens. Ganz schön günstig dagegen was die so kommerziell verkaufen.
measures.png
Oben: Vergleich der Absorption mehrerer Proben
Unten: Referenzspektren und Rohdaten des Kamerachips. (eher für mich interessant)
spectro.png
Photospectromneter mit provisorischer Halterung für die Lichtquelle und Proben.

Ideen oder Anregungen?
Die Software gebe ich ggf weiter.
Dies Jahr werden Phalaris gezüchtet.

LG
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Sirius
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Re: Spectrophotometer < 100€

Beitrag von Sirius » 2. Jun 2021, 22:20

Ich veröffentliche mal weiter meine Notizen, damit der nächste das nicht alles selber probieren muss. Habe das Spectrophotometer heute Nachmittag weitgehend einsatzbereit gemacht.

In Glas-Kapillaren ist die Flüssigkeitsschicht mit 1mm arg dünn. Da ist die Transmittanz generell recht hoch. Das mach die Messung weniger genau.
Mir gefällt halt an den kapillaren dass man nur ~40µl der Probe braucht. Andernfalls sind Küvetten, also 4ml probe und 10mm Schichtdicke die bessere Wahl.

Die Glaskapillaren sind nicht ganz genau gleich dick. der Durchmesser schwankt um bestimmt +-20µm. Damit muss man umgehen. Mit dem Auge fällt das nicht so auf.

Kapillaren mit Proben:
capillary.jpg
Eine Auflösung von 3nm ist nun gut erreichbar. Siehe Folgende Abbildung und nachfolgender Link zur aufschlüsslung des "Fluorescent Light" Spectrums.
fluorescent.png
https://commons.wikimedia.org/wiki/File ... _added.png

Das Bild vom Spektrum ist leicht parabolisch verzerrt. Dies konnte ich optisch nicht korrigieren. Mir ist auch bisher nicht klar woher es überhaupt kommt.
Die Richtung der Verzerrung hängt jedenfalls davon ab, ob man Spektren negativer oder positiver Ordnung am Diffraction Grating optisch einfängt. Nunja, ich habe es dann softwareseitig entzerrt.


Da das Diffraction Grating nicht parallel zum Spalt ausgerichtet ist, ist das Spektrum im UV bzw IV benötigen beide entgegengesetzten Ende des Spektrums nie beide ganz scharf im Fokus.
Eventuell lässt sich das Problem durch ein Reflective Grating oder eine geschickte Biegung des Transmissiven Gratings verbessern, dass ich verwende. Da die Auflösung von 3nm mehr als ausreichend ist, werde ich dem erstmal nicht nachgehen.


Habe das Grating auf der Kameraoptik verklebt. Eine geringe Entfernung zum Grating ist von Vorteil.
inside.jpg
Der Spalt sollte möglichst lang sein. Je höher der aufm Kamerachip ist, desto genauer wird die messung, bzw. weiger verrauscht.
Ich habe nun Klingen vom Tepichmesser Genommen. Ein Abstand von 50-100µm lässt sich damit gut realisieren.

LG
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