自制光电比色计及其在中学化学实验中的应用

发布时间：2021-07-28 08:01

　　针对大多数中学缺乏光电比色计和分光光度计的现状,基于朗伯-比尔定律和3D打印技术自制光电比色计,测定透明有色溶液的吸光度和浓度。利用自制光电比色计测定了琥珀酸亚铁片中铁的含量和硫酸铜晶体中结晶水的含量,实验结果表明自制光电比色计的精度高、准确性好。将3D打印技术引入化学实验创新改进,体现了跨学科融合和创新设计的思想。 

【文章来源】：化学教育(中英文). 2020,41(15)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

光电比色计的基本结构

根据光电比色计的设计原理,研制自制光电比色计见图2[7]。其中,使用光电二极管(LED,图2a)作为单色光光源;选用硅光电池(LXD-BPW28,图2c)作为光电探测器;选用数字万用表(胜利-VC890C,图2d)作为电测量仪器。为了固定LED、比色皿、硅光电池的位置,并确保测定溶液吸光度时无外界光源干扰,利用3D打印技术制作安放LED、比色皿和硅光电池的实体模型(图2b)。该实体模型的制作过程如下:首先利用三维设计软件Solidworks建构模型(Solidworks是一款工程设计领域中基于尺寸驱动的三维设计软件,利用特征工具进行拉伸、旋转、扫描等操作可以将二维草图转化为三维模型,并实现参数化设计,提高设计效率),如图3所示。其中,LED封端(图3a)、比色皿凹槽(图3b)和硅光电池封端(图3d)分别用于固定LED、比色皿和硅光电池。为保证制件的稳定性、强度和刚度,模型底部基座设计了2根加强筋(图3c);模型转角处采用倒圆角(圆角半径1 mm)处理,在避免应力集中的同时,实现了制件的美观和安全性[8];然后将三维模型保存为可打印的STL格式文件并切片;最后利用黑色聚乳酸材料,采用熔融沉积工艺打印实体模型。

该实体模型的制作过程如下:首先利用三维设计软件Solidworks建构模型(Solidworks是一款工程设计领域中基于尺寸驱动的三维设计软件,利用特征工具进行拉伸、旋转、扫描等操作可以将二维草图转化为三维模型,并实现参数化设计,提高设计效率),如图3所示。其中,LED封端(图3a)、比色皿凹槽(图3b)和硅光电池封端(图3d)分别用于固定LED、比色皿和硅光电池。为保证制件的稳定性、强度和刚度,模型底部基座设计了2根加强筋(图3c);模型转角处采用倒圆角(圆角半径1 mm)处理,在避免应力集中的同时,实现了制件的美观和安全性[8];然后将三维模型保存为可打印的STL格式文件并切片;最后利用黑色聚乳酸材料,采用熔融沉积工艺打印实体模型。2.3 自制光电比色计的性能检验

【参考文献】：
期刊论文
[1]用色度传感器测定胆矾中的结晶水含量[J]. 陈浩.  化学教学. 2016(05)
[2]含铁物质中铁元素含量的测定——基于传感技术的实验设计[J]. 魏锐,王磊,刘强,范林,宋万琚,刘秀丰,赵玉伟.  化学教育. 2006(07)



本文编号：3307537