Chirality System

Besoin de vous pour créer un appareil d'analyse

L'auteur de ce sujet a trouvé une solution à son problème.
Auteur du sujet

Chirality System

Qui suis-je

Voici mon premier sujet sur le forum dédié aux projets, je crois bien. Donc il est d'usage de se présenter dans de telles conditions.
Je suis Blackline, étudiant en Chimie et contributeur depuis peu sur Zeste De Savoir. Où je participe régulièrement au Forum Scientifique, ainsi qu'à la création de nombreux cours.

L'un de mes plus gros cours en rédaction est celui sur la Chiralité, qui est disponible en $\beta$-lecture. Dans ce tutoriel j'aimerais intégrer ce projet proche du DIY, dans une configuration plutôt Libre.

Le Projet, sa naissance

A quoi va-t-il servir ?

Comme le point de fusion/ébullition ou la densité, la déviation du plan de polarisation est une caractéristique intrinsèque à une molécule. Si vous vous trouvez par exemple face à un liquide incolore, qui bout à 100°C, qui possède une déviation du plan de polarisation nul, une densité de 1 gramme par millilitres. Nous pouvons presque être sûr que vous êtes face à de l'eau.

Dans le but de caractériser une molécule, on peut avoir besoin de mesurer son plan de polarisation. Chose très utile en Chimie Organique (une branche de la chimie s'occupant principalement à la conception de médicament ou de molécule biologiquement active).

Vous l'aurez compris je cherche à créer un appareil mesurant la déviation d'un plan de polarisation.

Cela n'a rien d'innovant, on appel ça un polarimètre. On en trouve sur internet pour environ 500 €. N'ayant pas envie de débourser autant d'argent pour un appareil domestique, j'ai eu une idée que je qualifierais d’intéressante.

Pourquoi pas chez nous ?

D'où me vient cette idée :

En fait, dans mon lycée, j'ai eu l'occasion d'avoir quelques cours de Physique Optique. Dans ce cours nous utilisions un banc optique (banc stable et droit permettant de fixer des outils spécifique) et quelques autres appareil pour former un polarimètre de Laurent, un polarimètre basique.

Nous utilisions ce genre de chose :

Lumière Orange, Polariseur Linéaire, Cuve, Analyseur

Le tout projeté une lumière sur un écran derrière l'analyseur.

A noter que l'analyseur est exactement identique au Polariseur.

Trouvant ce système simple, j'me suis vraiment posé la question si c'était possible de faire ça chez sois ?

L'aventure Continu

Je suis donc allé sur le forum science, et Akio m'a beaucoup aidé sur le concept de l'appareil. Aussi au fil de discussion sur un autre forum (scienceamusante.net), j'ai réussi à obtenir une idée très précise de ce que je pouvais faire.

Mais voici un problème de taille… Je n'aime pas faire les choses simplement. J'aime ajouter du potentiel aux objets. Et me voici parti vers une route bien dangereuse qu'est l’électronique au service de l'analyse chimique !

L'appareil, plan

Plan, Vue du dessus

  • En Orange : Les LED ayant une longueur d'onde bien précise
  • En Vert : Les polariseurs
  • En Gris foncé : la structure + cage à cuve, peint en noir
  • En Bleu ciel : La cuve en verre
  • En Noir : Un photodetecteur
  • En Gris clair : Le fond de l'objet, peint en noir

L'appareil devrait ressembler à ça, une fois fini. Mais rien n'est fixé bien sur :)

Plan 3D iso

Remarque : la Cage de la Cuve est bel et bien "trouée" pour laisser passer la lumière et le polariseur.

Lien/Liste d'achat

Je n'y connais rien en photodétecteur et j’espérais justement que vous m'aidiez à comprendre quelles sont les caractéristiques importantes à prendre en compte dans un photodétecteur ?

Principe de l'appareil

La lumière s'allume, le faisceau traverse le polariseur 1 et devient alors polarisé. La position de la polarisation à ce moment là sera appelé Angle zéro.

Si la cuve est vide :

Le polariseur situé après la cuve est censé être en position opposé au premier polariseur (90°). Permettant au faisceau de ne PAS traverser ce dernier. La position "Angle Zéro" est vérifiée par le fait qu'il n'y ait pas de lumière au photodetecteur.

Si la cuve est pleine d'un produit polarisant :

La polariseur situé après la cuve n'est plus en position d'extinction du faisceau. Le photodétecteur reçoit une lumière. Il doit alors ordonner à un servomoteur de faire entrer l'analyseur en rotation. La rotation doit être le plus précis possible et s’arrêter dans la position la plus sombre qu'il soit !

Algorithme et Idée de travail :

  • Allumage de l'appareil
  • L'appareil prélève la luminosité à vide noté U0
  • On place une cuve
  • L'appareil détecte que la lumière U1 (à peine prélevée là) est différente à U0 alors le servomoteur doit rentrer en action
  • Le servomoteur tourne en sens horaire, si l’écart entre U1 et U0 augmente, le servomoteur doit changer de sens.
  • Une fois une valeur proche de U0 prélevée (noté U'0) le servomoteur devra bouger le plus petit à petit possible afin de trouver la valeur la plus sombre possible. Car je pars du principe que U'0 a était trouvée avec rapidité et manque de précision.

Pourquoi prélever la luminosité à vide ?

Je pense que cela permet d'éviter les nuances jour après jour, et qu'on puisse facilement trouver une valeur de référence auprès de laquelle se référer. Si nous cherchions un vrai "0" on pourra attendre longtemps que l'appareil se stabilise.

Pourquoi faire changer le sens du servo ?

Si le servomoteur par dans le mauvais sens (cela dépend de la molécule, on ne peut pas trop prévoir) il va perdre une temps considérable pour faire 360° inutilement. Surtout que certain servomoteur ne peuvent faire que du 180° (ici c'est amplement suffisant).


J'espère avoir été claire dans ma démarche. J'aimerais beaucoup recueillir vos impressions et conseils. Surtout sur l'algorithme et les composants électronique.

Je ne sais pas programmer, j'ai un Arduino à la maison, pour l'instant je ne dispose que du servomoteur et d'un Écran LCD, j'vais essayer d'afficher son angle de rotation sur l'écran histoire de commencer.

Aussi il faudra que je trouve l'équation mathématique (surement très simple) qui permet de relier le nombre de tour que doit faire le servomoteur (ou angle de rotation A), pour un angle du polariseur (angle de rotation B). Cela se voit surement à l'aide du périmètre.


Merci du temps accordé à la lecture de ce projet !

Édité par Blackline

Нова Проспект

+0 -0
Auteur du sujet

Problèmes additionnels :

  • Je ne sais pas comment l'alimenter
  • Pour la version la plus complète, j'aimerais pouvoir choisir la longueur d'onde de la source. Donc j'aimerais avoir deux types de LED. Comment sélectionner, et placer au mieux les LED est une sacré question.

Нова Проспект

+0 -0

Cette réponse a aidé l'auteur du sujet

Salut,

J'essaye de comprendre tout les détails du projet avant de te donner des idées.

Mais j'aurai une question: est-ce que la lumière du jour ne risque pas de fausser ton expérience?

Ne vaut-il mieux pas avoir une boîte totalement fermée ?

Pour l'alimentation, n'as tu pas une prise secteur qui peut se relier à l'arduino par le jack (en CC) Tu peux lui mettre entre 7 et 12V CC.

Par contre il faut voir les caractéristiques du moteur que tu as déjà pour voir avec l'alim.

Les leds, tu sais de combien tu pourrais en avoir besoin (pour une seule couleur par exemple)?

Sinon, pour le sens, tu n'as qu'a lui dire d'aller considérablement plus vite si jamais l'écart est plus grand. 360°, ça se fait tellement rapidement..

Vive la science

+1 -0
Auteur du sujet

Salut,

J'essaye de comprendre tout les détails du projet avant de te donner des idées.

Unknown

Tu as bien raison ;)

Mais j'aurai une question: est-ce que la lumière du jour ne risque pas de fausser ton expérience?

Ne vaut-il mieux pas avoir une boîte totalement fermée ?

Unknown

J'ai trouvé ça tellement implicite que je n'ai même pas dessiné le capot. Mais en effet la boite noir devra être fermée pour prendre les mesures.

Pour l'alimentation, n'as tu pas une prise secteur qui peut se relier à l'arduino par le jack (en CC) Tu peux lui mettre entre 7 et 12V CC.

Par contre il faut voir les caractéristiques du moteur que tu as déjà pour voir avec l'alim.

Unknown

Oui donc faut un transformateur c'est ça ? De tête il est à 12V mon Servo dynamixel

Les leds, tu sais de combien tu pourrais en avoir besoin (pour une seule couleur par exemple)?

Unknown

Je ne sais pas trop, mais faut qu'elles percent jusqu'au photodetecteur donc on en prend 6 par couleurs maybe ? Mais rien n'est certain, j'en commanderais un stock (vue le prix) et je ferais des essaies. :)

Sinon, pour le sens, tu n'as qu'a lui dire d'aller considérablement plus vite si jamais l'écart est plus grand. 360°, ça se fait tellement rapidement..

Unknown

Souhaitant faire un tutoriel de la fabrication de cette machine, je prefère, rester large dans le CODE. En fait beaucoup de servomoteur en 5V ne tourne pas à 360°. Ils sont bloqué par un loquet à 180°. Du coups j'essayais de faire une truc logique. D'autant qu'on a pas besoin de 360°.

En fait on mesure un angle (direction), pas un sens, donc qu'on fasse +45° ou -135° c'est pareil dans notre cas.

Нова Проспект

+0 -0
Auteur du sujet

Je n'ai pas dit +45° ou -45° hein :o !


Ce pourquoi Pierre chipote :

En fait nos mesure seront importantes. La valeurs affichées sera très importante pour nous servir dans des calculs de concentration/ratii. Mais le plus important je crois c'est le signe. Car si au moins l'appareil nous donne le bon signe c'est parfait.

Si notre appareil nous dis +16° ou -16° cela change totalement la structure géométrique de la molécule, cela nous indique carrément sont opposé symétrique. Donc il est nécessaire d'être exact.

Mais là où nous pouvons éviter de perdre du temps de rotation c'est là dessus :

  • +16° cela équivaut exactement (dans notre cas) à 16+180 ou 16-180.
  • +45° équivaut à 45-180 ou 45+180.

Donc comme je l'ai dis, les servomoteurs ne procèdent pas tous à des rotations de 360°

Pourquoi je considère le servomoteur comme lent ?

J'exagère énormément en mettant des "45°" ou même "16°" car selon la quantité de molécule à analyser dans la cuve cela peut-être extrêmement petit ! Donc pas la peine qu'il s'éloigne de la zone d'extinction de la lumière s'il en était proche.

De plus je souhaite que le photodétecteur soit un minimum capable de prendre la mesure avant que le servomoteur ne bouge. Je ne sais pas si c'est lent donc dans le doute je permet une certaine souplesse dans l'exigence en demandant un changement de sens.

J'imagine une première valeur obtenu de 2° en 2° puis ensuite une calibration lente avec le minimum de déplacement, la plus petite unité. (0.2°)

Édité par Blackline

Нова Проспект

+0 -0

Cette réponse a aidé l'auteur du sujet

Y'à deux choses qui m'embêtes :

  • La lumière d'une LED peut être partiellement voire totalement polarisée et malheureusement c'est pas une indication qu'on retrouve forcément sur les datasheets.
  • Attentions aux filtres polariseurs, je t'avais dis qu'on en trouvait pour la photographie mais il est possible que derrière le filtre linéaire se trouve un petit dispositif optique qui va au final donner une lumière polarisée circulairement (certains appareils n'aiment pas la lumière polarisée linéairement pour leur fonction auto-focus)

edit : je vient de voir que darrigan t'a déjà parlé du deuxième point.

Édité par Akio

Darn, the homo-linear impulse won't morpho-recreate the whaled aero-replicator! We'll have to inhibit the morvo-phased multi-detonator…

+1 -0
Auteur du sujet

Ah ça c'est interessant, les LED peuvent être polarisée…

Bon et bien si tel est le cas, j'ai juste à disposé le premier polariseur dans une direction qui laisse passer la totalité des lumières, et ce n'est pas bien grave ? :)

Нова Проспект

+0 -0

Cette réponse a aidé l'auteur du sujet

Effectivement c'est pas bien grave, mais c'est à vérifier. Ça serais con de se rendre compte après avoir fixé le filtre que tu perds la moitié de l'intensité.

Pour l'électronique, j'ai quelques notions qui me restent du lycée. J'essaierai de t'aider quand j'aurai accès à mon PC si personne ne le fait avant.

Déjà amha, si tu utilises un détecteur, mieux vaut faire les mesures en transmission plutôt qu'en extinction car un détecteur auras très certainement un seuil en dessous du quel il t'indiquera une intensité nulle alors que ce n'est pas le cas, au contraire il sera facile de trouver un capteur compatible avec l'intensité maximale du faisceau. Je donnerai plus de détails plus tard, rédiger sur téléphone c'est horrible ^^'

Darn, the homo-linear impulse won't morpho-recreate the whaled aero-replicator! We'll have to inhibit the morvo-phased multi-detonator…

+1 -0

Cette réponse a aidé l'auteur du sujet

De retour comme promis !

Bon la même chose en détail :

Je comprends que tu veuille faire tes mesures à extinction totale plutôt qu'a transmission maximale. En fait j'aurais certainement fait pareil … si le détecteur c'était un œil humain.

Le problème des photo-détecteurs, c'est qu'ils ont ce qu'on appel un "courant d'obscurité", comme je le disais, ce bruit de fond risque d'induire une incertitude trop grande. Autant utiliser les capteurs dans des conditions qui leur correspond, de manière général, plus le signal à mesurer est petit, plus c'est compliqué d'avoir des données fiables.

Tu pourrais utiliser une photodiode, ça demanderai un petit montage avec des amplis opérationnels mais rien de bien méchant et ça coute pratiquement rien, tu peut te permettre de te planter quelque fois sur le choix de la diode. Je t'aurais bien proposé les CCD mais j'ai aucune idée de comment on peut bien les monter ^^' (Eskimon/Nathalya help ?) et c'est certainement bien plus cher.

Autre chose : pourquoi ne pas opter pour une diode laser ? Vu que la lumière émise serai par définition cohérente, tu pourrais te passer d'un filtre. (c'est juste une hypothèse, aucune idée de comment ça affecterai la complexité/le cout du projet, en sachant que l'objectif c'est DIY …)

Tu te rends compte qu'avec un minimum de travail en plus tu as un appareil 2 en 1 polarimètre+spectrophotomètre ? (un miroir semi-argenté ou un petit, un ou deux prisme de qualité ou des miroirs à défaut, un deuxième capteur et une diode permettant de choisir relativement précisément la longueur d'onde et un peut de programmation en plus) évidement ça vaudra pas un monochromateur ou un interféromètre mais c'est pas inenvisageable à la suite du projet initial. Oublie l'UV par contre avec les photodiodes

Édité par Akio

Darn, the homo-linear impulse won't morpho-recreate the whaled aero-replicator! We'll have to inhibit the morvo-phased multi-detonator…

+1 -0
Auteur du sujet

Je comprends que tu veuille faire tes mesures à extinction totale plutôt qu'a transmission maximale. En fait j'aurais certainement fait pareil … si le détecteur c'était un œil humain.

Le problème des photo-détecteurs, c'est qu'ils ont ce qu'on appel un "courant d'obscurité", comme je le disais, ce bruit de fond risque d'induire une incertitude trop grande. Autant utiliser les capteurs dans des conditions qui leur correspond, de manière général, plus le signal à mesurer est petit, plus c'est compliqué d'avoir des données fiables.

Akio

Oui oui 100% d'accord. Je ne sais même pas pourquoi j'ai remis l'idée d'extinction totale dans l'algorithme.

Tu pourrais utiliser une photodiode, ça demanderai un petit montage avec des amplis opérationnels mais rien de bien méchant et ça coute pratiquement rien, tu peut te permettre de te planter quelque fois sur le choix de la diode.

Akio

Alors effectivement pour ce genre de chose si je pouvais avoir plus d'information de la part d'un électronicien ? :)


J'suis d'ailleurs un peu déçu de n'avoir croisé personne du domaine pour le coups ! Ce forum manquerait-il de visibilité ?

Нова Проспект

+0 -0
Auteur du sujet

Voilà les News, je suis en train de regler le problème d'attaque entre le Servomoteur et le Filtre. Pourquoi pas faire appel à un FabLab permettant de créer un support type engrenage ?

D'ailleurs le servomoteur risque d'être troquer pour Moteur Pas à Pas pour des raisons de précisions. :)

Нова Проспект

+3 -0
Vous devez être connecté pour pouvoir poster un message.
Connexion

Pas encore inscrit ?

Créez un compte en une minute pour profiter pleinement de toutes les fonctionnalités de Zeste de Savoir. Ici, tout est gratuit et sans publicité.
Créer un compte