Spettrofotometria "fai-da-te" in Acquario

10 Febbraio 2014 ValerioSub Acquariofilia - Fai-da-te
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Arcobaleni ArtificialiChe siano LED, tubi T5, T8 o lampade PL, possiamo misurarne i consumi tramite la potenza elettrica (con un wattmetro), la quantità di luce emessa (con un luxometro), calcolarne il rendimento, i costi, e quant'altro, ma una cosa, la più importante non possiamo farla: analizzare lo spettro elettromagnatico della luce da loro emessa.

Infatti gli strumenti in grado di effettuare queste misurazioni costano alcune migliaia di euro e certo non possono essere alla portata di un normale acquariofilo.

Proprio quando pensavo di non poter fare altro che arrendermi all'evidenza di non poter andare oltre, casualmente mi sono imbattuto in questo singolare progetto curato dai professori Alexander Scheeline e Kathleen Kelley del Dipartimento di Chimica della University of Illinois, i quali hanno ideato un semplice ed economico sistema per emulare le funzionalità di un più complesso e costoso spettrofotometro, unitamente ad un software molto semplice da usare in grado di trasformare ogni cellulare dotato di una fotocamera in un fantastico spettrofotometro.

In questo articolo vedremo come fare!


Indice:

Vedi: Linee Guida alla lettura degli articoli sul "Fai da te"

 

L'esigenza

L'esigenza, a questo punto ormai evidente, è quella di disporre di un mezzo per analizzare lo spettro elettromagnetico visibile dei LED, ma anche delle più comuni fonti luminose per acquari e non solo.

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Vediamo alcuni aspetti che mi piacerebbe indagare:

  1. analizzare le differenza tra lo spettro elettromagnetico di un LED rispetto ad un altro;
  2. analizzare le differenza tra lo spettro elettromagnetico dei LED rispetto ad altri sistemi di illuminazione degli acquari;
  3. verificare se e come degenera, nel tempo, la composizione dello spettro elettromagnetico oltre all'intensità) di una fonte di luce, quale ad esempio quella emessa da tubi fluorescenti (T5/T8/PL).
  4. verificare come si modifica lo spettro elettromagnetico della luce man mano che attraversa la colonna d'acqua di una vasca;
  5. verificare se e come si modifica lo spettro elettromagnetico della luce in funzione della quantità di "particellato" in "sospensione" nell'acqua;
  6. confrontare la luce con cui illuminiamo gli acquari con la luce fornita in natura: il sole.


La Progettazione

Per la realizzazione del sistema master ho seguito le indicazioni degli autori, interpretando e personalizzandolo in relazione alle mie più specifiche esigenze legate al contesto "acquariologia".

Per una maggiore contestualizzazione allo scopo più specifico a cui è orientato il progetto, vi invito alla lettura dell'articolo originale che illustra il progetto:

Dal medesimo link è possibile avere accesso gratuitamente anche al software per l'elaborazione dello spetto da analizzare ed altre utili informazioni.

Lo scopo originale del progetto è quello di analizzare lo spettro elettromagnetico di un fascio di luce dopo che questo abbia attraversato una provetta dove è contenuto del liquido in modo da identificare la natura dei sali in esso disciolti in funzione della variazione dello spettro elettromagnetico rispetto a quello del campione di riferimento con sola acqua distillata.

Il mio scopo è decisamente diverso, ma il meccanismo si adatta perfettamente alle mie esigenze, perchè non mi aspetto di avere in output dei  grafici tipici dello spettro elettromagnetico, come siamo abituati a vederli, ma dei grafici di confronto, sebbene atipici, purchè sviluppati con la medesima metodologia.

Zoom 

Il gioco consiste nel fare attraversare il fascio di luce oggetto dell'osservazione attraverso un reticolo di diffrazione oleografica. Questo strano oggetto, che assomiglia ad una vecchia diapositiva fotografica, quasi trasparente, sulla cui pellicola sono tracciate tantissime linee parallele, quasi invisibili (500 ogni millimetro); la luce, attraversando il reticolo viene, di fatto, scoposta nelle sua componenti cromatiche, lungo l'asse orizzontale: in pratica può essere assimilato ad un generatore di arcobaleni. L'arcobaleno generato conterrà solo i colori presenti nel fascio di luce intercettato, distribuiti lungo l'asse orizzontale in base alla propria lunghezza d'onda, dal violetto al rosso, passando per il blu,il verde,il giallo, l'arancio ed infine il rosso.

L'immagine così generata può ora essere fotografata anche tramite la semplice fotocamera di un cellulare: direttamente sul reticolo, piuttosto che dalla proiezione della stessa su una superficie bianca.

Il gioco prosegue acquisendo l'immagine fotografica (salvata in formato "jpg"), tramite il software messo a punto dal professor Scheeline.


Cosa occorre

Il materiale indicato si riferisce al minimo indispensabile per la realizzazione di un sistema semplice, privo di infrastrutture ma ugualmente funzionale, pratico e per questo facilmente adattabile, con pochissime varianti, per analizzare la luce in diverse situazioni.

Materiali:

La realizzazione

Per questa realizzazione c'é stato ben poco da realizzare. La maggiore difficoltà é stata quella di riuscire a reperire un singolo reticolo di diffrazione da 500 linee/mm, senza dover spendere un occhio della resta, oppure senza doverne acquistare obbligatoriamente uno stock di quantità esagerata, dal momento che ne occorre solo uno!

Sono riuscito ad acquistarlo ad un giusto prezzo da un venditore inglese (circa 3 sterline, comprensive di spese postali).

Il reticolo potrebbe essere montato in strutture e supporti ma per renderne piú agevole l'utilizzo, adatto alla rilevazione dello spettro di diverse fonti di luci, in posizioni e situazioni piú varie, ho preferito mantenere il reticolo libero senza vincoli di alcun tipo. Con un pó di pratica si riesce presto a trovare la giusta inclinazione/distanza dalla fonte di luce, per generare "bellissimi arcobaleni" facilmente fotografabili.


Primo Utilizzo

Per riuscire a generare le immagini spettrografiche pulite da fotografare, non ci vuole poi molto! Ho sperimentato varie tecniche, ma quella piú comoda e funzionale consiste nel tenere il reticolo, adeso, davanti all'obbiettivo della fotocamera, inclinando quest'ultima della giusta angolazione e distanza dalla fonte di luce: pratico, efficace e veloce.

Le immagini scattate, vengono poi acquisite tramite il software ed elaborate...

Zoom  Zoom   

Valutazioni Finali

Dopo i primi empirici tentativi. nei quali ho affinato le tecniche per fotografare al meglio lo spettro del fascio luminoso scomposto dal reticolo ed ho imparato ad utilizzare nella maniera più opportuna il software di analisi, il sistema è assolutamente fruibile e la luce non ha più segreti…

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...perché la luce non è mai tutta uguale e, ora lo posso dire, se ne vedono delle belle! :-)

 

Devo dire che questa realizzazione mi ha consentito di espandere le mie conoscenze sull'applicazione della tecnologia LED in acquario, tanto da contribuire alla messa a punto un protocollo originale per la definizione di parametri oggettivi per la scelta dei giusti LED utilizzabili per la gestione del fotoperiodo neglii acquari. 

Per il momento buona spettrofotosservazione a tutti gli interessati…

 

By ValerioSub

Ultimo aggiornamento 06 Aprile 2015