giugno 30

Il Desktop Spectrometer Kit di Public Lab

Lo spettrometro è lo strumento che permette di catturare e analizzare lo spettro di una radiazione elettromagnetica proveniente da una sorgente data. È quindi il principale strumento per gli esperimenti di spettrometria. Lo schema del suo funzionamento è piuttosto semplice: quando la luce esce dal campione (sia che sia stata emessa dal campione stesso, sia che l’abbia appena attraversato o che ne sia stata riflessa) è composta da onde a varie frequenze che si propagano tutte insieme nella medesima direzione. Volendo però intercettare e valutare l’intensità di questa luce in funzione della frequenza, abbiamo bisogno di analizzare separatamente queste onde in arrivo: per esempio deviandole in misura diversa a seconda della loro frequenza.

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È quello che accade naturalmente quando appare un arcobaleno nel cielo: la luce del sole, composta da onde un po’ a tutte le frequenze del visibile, passa attraverso gocce d’acqua in sospensione nell’atmosfera, che deviano la luce per rifrazione. L’angolo di rifrazione non è però costante, ma è una funzione della frequenza dell’onda incidente (matematicamente questa relazione è espressa dalla legge di Snell). Usando materiali appositi, quindi, è facile deviare le varie frequenze della luce su punti diversi della superficie di un rilevatore di intensità, come il sensore di una fotocamera digitale. Ogni punto del sensore, quindi, riceverà e misurerà solo le onde luminose con una specifica frequenza: mettendo tutte le informazioni insieme si ricostruisce così l’intero spettro della radiazione in arrivo.

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Schema della struttura di uno spettrometro per analisi di spettri da assorbimento, cioè prodotti da luce bianca (contenente tutte le frequenze) che ha attraversato un campione semi-trasparente. Ciò che alla fine si raccoglie è la luce che non è stata assorbita dal campione e da essa se ne possono quindi ricavare le caratteristiche chimico-fisiche.

Gli ingredienti di base di uno spettrometro sono quindi solo tre: un materiale rifrangente, un sensore di luminosità (fotometro) con un’apposita superficie sensibile e una procedura di calibrazione. Quest’ultima è necessaria per definire una volta per tutte a quale punto del fotometro corrisponde una data frequenza della luce incidente. All’interno di queste coordinate si muove ogni scelta di struttura e materiali per la costruzione di uno spettrometro. E nel caso dello strumento sviluppato e messo a disposizione da Public Lab, il Desktop Spectrometer Kit, le soluzioni trovate sono anche sorprendenti per la loro semplicità.

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La struttura esterna è resistente e compatta, con due ampi fori uno per l’ingresso della luce e uno per il passaggio dei cavi. La forma a pistola permette di impugnare comodamente lo strumento e indirizzarlo verso la fonte luminosa. All’interno si monta una piccola struttura di cartone nero che limita il più possibile l’ingresso di luce spuria (cioè non proveniente dal campione) e costringe la luce a passare attraverso una sottile fessura, che ha la stessa funzione del foro (o pinhole) nella fotografia stenoscopica. L’elemento diffrattore, con il compito cioè di indirizzare le onde luminose in punti diversi del fotometro in base alla loro frequenza, è di una semplicità disarmante: la superficie di un cd vergine! Serve smontarlo in qualche modo, eliminando la superficie riflettente e mantenendo solo lo strato interno trasparente, in modo che la luce possa attraversarlo. Il sensore è invece una classica webcam con una risoluzione full hd, quindi 1920 x 1080 pixel. Completa il kit un piccolo supporto di legno per fissa la telecamera, un cavo usb per collegarla al pc, scotch biadesivo e un foglietto di istruzioni.

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Personalmente ho appena ordinato un kit nella versione 2.5 “gum stick”, quindi leggermente diversa da quella mostrata nella foto qui sopra. In attesa che arrivi la spedizione e per avere un’idea dei possibili usi di strumenti come questo, come sempre è sufficiente rivolgersi alla comunità e alla sua inesauribile fantasia.

 

giugno 30

Earth Journalism Network

Un’iniziativa della non profit Internews per il supporto al giornalismo ambientale internazionale, con molti progetti basati su sensori.

EJN establishes networks of environmental journalists in countries where they don’t exist, and builds their capacity where they do, through training workshops and development of training materials, support for production and distribution, and dispersing small grants.

Earth Journalism Network.

giugno 30

Feel me? | Columbia Journalism Review

Sottotitolo provocatorio per James Fahn della Columbia Journalism Review: promesse e pericoli del giornalismo basato sui sensori.

Particularly in the fields of public-health and environmental journalism, they are already enhancing news and feature stories and have potential to generate investigative reports. But as with any technology, the implications of using sensors are not all benign.

Feel me? | Columbia Journalism Review.

giugno 29

Book | Data journalism: mapping the future

Un libro molto ampio sul data journalism che raccoglie numerosi contributi da vari autori, tra data journalists e sviluppatori. Un capitolo è dedicato al sensor journalism visto anche come evoluzione del data journalism: scovare i pochi e sporchi dati disponibili, forzare una sensibilità open data nella pubblica amministrazione, produrre i dati necessari in proprio.

Data journalism: mapping the future.

giugno 27

Drone Journalism Lab

Già nel novembre del 2011 esisteva un laboratorio giornalistico specializzato nell’uso di droni nell’ambito, appunto, del giornalismo statunitense.

Links, thoughts and research into using drones, UAVs or remotely piloted vehicles for journalism at the Drone Journalism Lab at the University of Nebraska-Lincoln’s College of Journalism and Mass Communications.

Drone Journalism Lab.

giugno 27

La spettrometria per analisi ambientali

Quando si parla di ambiente il tema dell’inquinamento la fa quasi sempre da padrone e in questo ambito una delle sfide scientifiche più interessanti, ma anche più difficili, riguarda l’individuazione di sostanze in ambienti che non dovrebbero averne. Di fatto un ambiente inquinato è un ambiente che contiene sostanze in quantità e concentrazioni tali da superare determinate soglie definite accettabili. L’esempio più intuivo forse è quello dell’inquinamento urbano dovuto ai mezzi di trasporto che coinvolge la misurazione delle cosiddette polveri sottili, ma altri esempi possono riguardare i corsi d’acqua, i terreni, cibo e bevande molto diffuse come il vino o l’olio. Il problema dunque è individuare e riconoscere sostanze inizialmente sconosciute, per poi stimarne la quantità e confrontarla con la relativa soglia di tolleranza per quel determinato ambiente.

La spettrometria è una tecnica di misura che si basa sull’analisi dello spettro di una radiazione luminosa che ha interagito con un campione di materia, che sia in forma gassosa, liquida o solida: le caratteristiche della luce infatti vengono modificate dalla sua interazione con la materia in base proprio alle caratteristiche del campione stesso, tra cui la sua composizione chimica. Cos’è uno spettro elettromagnetico? La radiazione luminosa di una qualsiasi sorgente è composta da onde di varie frequenze, che possono essere contate proprio in funzione della loro frequenza. Uno spettro, quindi, non è altro che la distribuzione dell’intensità luminosa (il numero di onde) su tutte le frequenze possibili. Ecco per esempio lo spettro della luce solare così come appare al di sopra dell’atmosfera e a livello del mare.

Spettro della luce solare all'ingresso dell'atmosfera (linea superiore) e a livello del mare (linea inferiore). L'interazione della luce con l'atmosfera (nubi, vapor d'acqua, ozono, polveri, ecc.) modifica il suo spettro, per cui analizzando le differenze tra i due spettri si possono individuare alcune caratteristiche del mezzo attraversato, in questo caso l'atmosfera terrestre.
Spettro della luce solare all’ingresso dell’atmosfera (linea superiore) e a livello del mare (linea inferiore). L’interazione della luce con l’atmosfera (nubi, vapor d’acqua, ozono, polveri, ecc.) modifica lo spettro della radiazione, per cui analizzando le differenze tra i due spettri si possono individuare alcune caratteristiche del mezzo attraversato, in questo caso l’atmosfera terrestre.

In determinate condizioni varie sostanze possono emettere radiazione luminosa con spettri caratteristici, oppure modificare in modo altrettanto caratteristico lo spettro della luce che li attraversa o che vi si riflette. Sul sito Spectral Workbench, sempre a cura di Public Lab, ci sono numerosi esempi che facilitano il riconoscimento di situazioni standard. Studiando così uno spettro che deriva dall’interazione della luce con un campione dalla composizione sconosciuta è possibile individuare e quantificare le sostanze che lo compongono. Questa è la teoria generale, i cui dettagli sono ben descritti nel wiki di Public Lab, alla pagina “Spectrometer Curriculum“. All’interno di questo contesto teorico, poi, le tecniche sperimentali sono numerose, come ampiamente discusso alla pagina “Spectral Analysis Techniques“. Ulteriori elementi di approfondimento sono contenuti nelle FAQ apposite, che mescolano questioni teoriche generali a problematiche pratiche di implementazione di un esperimento di spettrometria.

Sul tema della spettrometria in senso DIY (Do It Yourself, fattelo da solo) Public Lab ha lanciato una campagna di crowd-funding circa un anno e mezzo fa, mediante la piattaforma Kickstarter. L’idea era sviluppare e produrre uno spettrometro funzionale e sufficientemente preciso per fare analisi ambientale a un prezzo irrisorio, una cinquantina di dollari. Si voleva anche costruire una piattaforma web con cui permettere a tutti gli utilizzatori finali di pubblicare e condividere i propri esperimenti e lavori, in modo da creare una banca di dati pubblica di spettri. In circa 40 giorni hanno raccolto la bellezza di 110 mila dollari da parte di più di 1600 donatori. Da lì sono partiti per mettere sul mercato diversi kit pronti per l’uso, oggi disponibili nello store ufficiale: uno spettrometro in versione desktop, due in versione mobile che sfruttano le fotocamere degli smartphone, alcuni kit di materiali utili per le analisi di sostanze oleose. I prezzi sono tutti inferiori ai 50 dollari, mentre la spedizione dagli USA in Europa è intorno ai 20 dollari. Di mezzo ci sono anche i costi doganali, quindi per noi italiani si parla di un costo attorno ai 50 euro.

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Bene, ma cosa ci si può fare con uno spettrometro, una volta comprato e montato? La risposta migliore secondo me sta nel brain storming dei supporters della campagna kickstarter, che in questo caso si sono davvero scatenati…

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