In questo articolo sarà descritto il funzionamento di un fotometro e colorimetro composto tramite l’ausilio di un Raspberry Pi Zero, di un display e-Ink, di un sensore AS7262 e vari LED e jumper.

Per assemblare il dispositivo in questione non sono necessarie competenze e/o strumenti specifici.

Il dispositivo in questione potrebbe essere di interesse per applicazioni scientifiche e/o educative.

Perché è stato utilizzato un display e-Ink?

A differenza dei display convenzionali, un display e-Ink è in grado di gestire la luce riflessa come su carta ordinaria, e imita l’andamento dell’inchiostro su un foglio di carta. Il vantaggio per cui utilizzare tale tecnologia consiste nel fatto che immagini e testi possono rimanere in modo permanente, anche in assenza di energia elettrica. Caratteristiche che la rendono ideale per l’uso di data-logging applications, in ambienti esterni oppure per configurazioni che richiedano un basso utilizzo di energia.

Perché è stato utilizzato il sensore AS7262?

Il sensore AS7262 è dotato di ben sei bande di letture del colore che si traducono approssimativamente in rosso, arancione, giallo, verde, blu e viola. Il sensore in questione possiede quindi 6 canali ed è compatibile con l’interfaccia i2C. Per quanto concerne l’alimentazione è possibile utilizzare sia la tensione 3.3 V che quella a 5 V. Naturalmente il sensore è compatibile con la board Rasbperry.

Il vantaggio nell’utilizzo di questo sensore consiste nella misurazione dell’intensità della luce in intervalli stretti (all’incirca 40 nm).

Il codice è stato scritto in Python3 ed utilizza le librerie Adafruit Blinka, AS7262, Pimoroni Inky pHAT e GPIOzero.

Che cosa è un fotometro e un colorimetro?

Un fotometro è uno strumento per la misurazione dell’intensità della luce o delle proprietà ottiche di soluzioni o superfici.

La maggior parte dei fotometri rileva la luce con i fotoresistori, i fotodiodi o i fotomoltiplicatori. Per analizzare la luce, il fotometro può misurare l’intensità dopo che il fascio luminoso è passato attraverso un filtro o attraverso un monocromatore per la determinazione a lunghezze d’onda definite o per l’analisi della distribuzione spettrale della luce.

Un colorimetro è uno strumento che misura l’assorbimento di particolari lunghezze d’onda della luce da parte di una soluzione colorata. È comunemente usato per determinare la concentrazione di un soluto conosciuto in una soluzione per mezzo della legge di Lambert-Beer, che afferma che la concentrazione di un soluto è proporzionale all’assorbanza.

Un colorimetro è uno strumento sensibile alla luce che misura la quantità di colore che viene assorbito da un oggetto o di una sostanza. Esso determina il colore in base ai componenti rosso, blu e verde di luce assorbita dal campione oggetto o, quanto l’occhio umano riceve. Quando la luce passa attraverso un oggetto, parte della luce viene assorbita, e di conseguenza, vi è una diminuzione della quantità di luce riflessa dall’oggetto.
Il dispositivo funziona sulla base della legge di Beer-Lambert, che afferma che l’assorbimento di luce trasmessa attraverso un corpo è direttamente proporzionale alla concentrazione del corpo stesso.

La legge di Lambert-Beer afferma che la luce uscente dal campione è degradata per 3 motivi fisici:

1. L’aumento della massa che assorbe la luce nel suo percorso (concentrazione)
2. La distanza che la luce deve percorrere attraverso il campione OPL Optical Path Lenght
3. La probabilità che il fotone di quella particolare lunghezza d’onda sia assorbito dalla massa

Questa relazione è esprimibile per una soluzione come

A = εdc

Dove A assorbanza, ε coefficiente di estinzione molare, d cammino ottico [cm], c concentrazione molare

Quando un raggio di luce passa attraverso il processo, la quantità di luce assorbita in qualsiasi unità di volume è proporzionale all’intensità della luce incidente moltiplicata per il coefficiente di Assorbanza. Di conseguenza l’intensità di un raggio di luce incidente crolla esponenzialmente quando passa attraverso il processo. In accordo alla Lambert- Beer la relazione che esprime tutto ciò è

T = 10^-εcd oppure T = 10^-A

Dove T trasmittanza, ε coefficiente di estinzione molare, d cammino ottico [cm], c concentrazione molare

Materiali utilizzati

I materiali per realizzare il progetto in questione sono i seguenti:

• Raspberry Pi Zero
• Pimoroni Inky pHAT
• Pimoroni Pico HAT Hacker Shim
• AS7262 breakout
• 2x bottoni, 2x LED, 1x breadboard e vari jumper

Una coppia di pulsanti è implementata per il controllo: una “B” per la calibrazione del bianco e una “M” per la misurazione del campione. Quando uno dei due viene premuto, un LED brilla attraverso una pipetta per misurare la sostanza, emettendo un grafico sullo schermo e-ink. Questi dati vengono inoltre memorizzati sulla scheda SD per successive analisi.

Ecco un video riguardante il funzionamento della build:

Per il codice o per maggiori informazioni è possibile leggere l’articolo completo scritto dall’autore del progetto Dott. H (clicca qui) .

Link utili