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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.

 

Alessio Cimarelli

Data scientist at Dataninja
Sono giornalista free-lance e sviluppatore web. Dopo la lau­rea in fisica all’Università Sapienza di Roma, ho con­se­guito il master in Comunicazione della Scienza alla SISSA di Trieste e ho comin­ciato a girare l’Italia, tra gior­na­li­, uffici stampa e ricerca pura. Sono co-fondatore di dataninja.it e datamediahub.it e attualmente collaboro con varie testate ita­liane (L'Espresso, Secolo XIX, Wired) e alcune agen­zie edi­to­riali in ambito di svi­luppo web e data jour­na­lism. Sono mem­bro della comu­nità Spaghetti Open Data e ormai scrivo quasi più in java­script e python che in ita­liano o inglese.


Posted 30 giugno 2014 by Alessio Cimarelli in category "Intro", "Public Lab

About the Author

Sono giornalista free-lance e sviluppatore web. Dopo la lau­rea in fisica all’Università Sapienza di Roma, ho con­se­guito il master in Comunicazione della Scienza alla SISSA di Trieste e ho comin­ciato a girare l’Italia, tra gior­na­li­, uffici stampa e ricerca pura. Sono co-fondatore di dataninja.it e datamediahub.it e attualmente collaboro con varie testate ita­liane (L'Espresso, Secolo XIX, Wired) e alcune agen­zie edi­to­riali in ambito di svi­luppo web e data jour­na­lism. Sono mem­bro della comu­nità Spaghetti Open Data e ormai scrivo quasi più in java­script e python che in ita­liano o inglese.

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