LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tóm tắt luận văn Các vấn đề nghiên cứu:  Sự hấp thu ánh sáng và đo sụ hấp thụ ánh sáng bằng máy NoVaSpec II  Khảo sát sự phụ thuộc của độ hấp thu ánh sáng của dung dịch với bước sóng ánh sáng hấp thụ và nồng độ dung dịch.  Ghép nối các thiết bị đo lường với máy tính thông qua cổng RS232C  Chương trình giao tiếp qua cổng nối tiếp của ngôn ngữ Matlab.  Xây dựng chương trình nhận và xử lý dữ liệu từ máy NovaSpec II, bằng ngôn ngữ Matlab. Các kết quả:  Xây dựng được chương trình hỗ trợ bài thí nghiệm vật lý đại cương “Đo độ hấp thu ánh sáng” thông qua giao tiếp với máy NoVaSpec II.  Thu thập và xử lý được các kết quả thí nghiệm. SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH 1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU Nếu nói Vật lý là chiếc chìa khoá của thời kì Công nghiệp hoá ở thế kỉ 20, thì Tin học chính là cánh cửa bước vào Thế giới công nghệ thông tin ở thế kỉ 21. Con người luôn luôn muốn chinh phục thế giới, tìm cách kết hợp những ưu điểm đã có, để tạo ra những ưu điểm mới, ưu việt hơn. Nhờ vậy, đã tạo nên những thành tựu to lớn trong nhiều lĩnh vực khoa học kĩ thuật. Có thể xem Công nghệ tự động, và Công nghệ phân tích là hai ví dụ điển hình. Nói về công nghệ phân tích, không thể không nhắc đến Phân tích quang phổ. Phân tích thành phần hoá học của các thiên thạch xa hàng nghìn hàng triệu năm ánh sáng hay phân tích thành phần hoá học của ADN, đơn vị cấu trúc của protein, chỉ nhỏ cỡ phần tỉ centimet có thể đạt được là nhờ vào việc Phân tích quang phổ của các mẫu chất đó. Sẽ rất khó khăn nếu ta ngồi hàng giờ, hàng ngày, thậm chí hàng tháng để thu thập các kết quả phân tích và xử lý bằng tay những con số cực kì phức tạp. Kết nối các thiết bị phân tích với máy tính đã góp phần tăng mức độ tự động hoá trong việc thu thập và xử lý các dữ liệu, kể cả việc lập bảng thống kê cũng như in ra kết quả. Lợi ích mang đến không chỉ trong việc nghiên cứu khoa học mà còn ứng dụng hiệu quả trong sản xuất( ví dụ trong công nghệ thực phẩm ). Khoá luận tốt nghiệp với đề tài XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH NHẬN DỮ LIỆU TỪ MÁY NOVASPEC II VÀO MÁY TÍNH VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU nhằm bước đầu tìm hiểu về sự ghép nối thiết bị ( mà cụ thể là máy so màu NovaSpec II ) với máy tính thông qua cổng RS232, cũng như khảo sát về sự hấp thu ánh sáng của dung dịch, từ đó đi sâu hơn vào ứng dụng thực tiễn. SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH 2 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 1: Sự hấp thu ánh sáng I. Các hiện tượng 1. Hiện tượng hấp thu ánh sáng Khi một chùm sáng chiếu vào một dung dịch thì có ba hiện tượng xảy ra: Một phần ánh sáng truyền qua dung dịch. Một phần bị phân tán. Phần còn lại bị hấp thu. Khi ánh sáng bị hấp thu, ta có hiện tượng hấp thu ánh sáng. 2. Hấp thu cực đại Các chất hấp thu các bức xạ một cách chọn lọc, khi chiếu ánh sáng vào một vật, vật đó sẽ hấp thu các bức xạ này mạnh hơn các bức xạ khác. Thí dụ vật màu vàng hấp thu mạnh các tia màu lam và ngược lại, vật màu lam hấp thu ánh sáng vàng mạnh nhất. Ta nói màu vàng và màu lam là hai màu phụ nhau ( hay hai màu hỗ bổ). Vậy màu của vật và màu mà nó hấp thu mạnh là hai màu hỗ bổ như sau: Lục vàng – Tím Vàng – Lam Da cam – Lam lục Đỏ – Lục lam Đỏ tía – Lục SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP II. Các định luật 1. Định luật Lambert a. Phát biểu Khi cho bức xạ có bước sóng λ đi qua lớp dung dịch màu có bề dầy d, gọi I o là cường độ bức xạ tới, I là cường độ bức xạ ló ra khỏi chất hấp thụ, ta có: kd eII − = 0 k: hệ số hấp thụ d: bề dầy lớp dung dịch hấp thụ, thường tính bằng centimét (cm) e: cơ số logarit tự nhiên b. Chứng minh Xét độ biến thiên năng lượng trong một chùm phóng xạ dựa vào sự truyền qua một vật có bề dày cho trước, ta có: dP = [emission] – [absorption] = dI dA d Ω = J(dA ds)d Ω - K(I dA d Ω )ds (1) Trong đó dI dA d Ω : năng lượng bị mất. SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP dA ds : thể tích của vật mà chùm bức xạ xuyên qua. I dA d Ω : năng lượng tới. I(r, θ , φ ) : cường độ tính theo erg cm -2 sterradian -1 s -1. J : độ truyền qua tính theo erg cm -3 s -1 sterradian -1 . K ≡ K a + K s : hệ số hấp thụ tính theo cm -1 . Chia (1) cho dA ds, ta có : KIJ ds dI −= (2) Các đại lượng trong phương trình này phụ thuộc vào tần số, nên thường viết dưới dạng: ννν ν IKJ ds dI −= (3) Khi J = 0 thì từ (2) ta có : KI ds dI −= Hay: Kds I dI −= Suy ra định luật Lambert: kd eII − = 0 SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2. Định luật Beer a. Phát biểu Khi chất hấp thụ hoà tan trong một dung môi trong suốt, hệ số hấp thụ tỷ lệ với nồng độ C Ck ε = C: nồng độ chất hấp thụ ε: hệ số tỷ lệ b. Điều kiện áp dụng Định luật Beer chỉ áp dụng trong các điều kiện sau:  Ánh sáng đi qua dung dịch phải là ánh sáng đơn sắc, vì hệ số tắt ε thay đổi theo bước sóng. Để định luật có thể áp dụng ta chọn bước sóng λ cực đại của đường cong hấp thụ hoặc nằm ở khoảng nằm ngang của đường cong đó (Hình 1).  Nồng độ của chất trong dung dịch màu không quá lớn  Dung dịch không phải là dung dịch huỳnh quang hoặc huyền phù  Định luật Beer không còn đúng nữa khi cân bằng hoá học bị dịch chuyển mạnh do pha loãng (Hình 2). SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH 6 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH 7 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 3. Định luật Lambert-Beer Từ định luật Beer, định luật Lambert trở thành: cd e I I ε − = 0 Người ta thường viết hệ thức trên dưới dạng: cd I I ε − = 10 0 Công thức này thường được biết dưới tên định luật Lambert-Beer. Trong đó: ε gọi là hệ số tắt, phụ thuộc vào bản chất chất hấp thụ, vào bước sóng ánh sáng đi qua, vào nhiệt độ và về nguyên tắc không phụ thuộc vào dung môi. Nếu nồng độ C biểu thị bằng số gam trong 1 lít dung dịch thì giá trị ε tương ứng gọi là hệ số tắt riêng. Nếu C biểu thị số ion gam hoặc phân tử gam trong 1 lít dung dịch thì ε gọi là hệ số tắt phân tử. Độ truyền qua T (Transmit): là tỷ số giữa cường độ chiếu sáng ló ra và cường độ ánh sáng ban đầu. T thường được biểu diễn theo phần trăm. cd I I T ε − == 10 0 Mật độ quang hay độ hấp thu (độ tắt), ký hiệu là D hay A (Absort): là logarit nghịch đảo của đại lượng T. cd I I T D o ε === log 1 log Ta thấy mật độ quang D tỷ lệ với nồng độ chất trong dung dịch. Nếu độ truyền qua T = 100% thì độ hấp thu D = 0. SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH 8 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nếu độ truyền qua T = 0 thì độ hấp thu là cực đại D max = 2. Người ta thường ứng dụng định luật Lambert – Beer để đo độ truyền qua T hay độ hấp thụ D của một dung dịch. SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH 9 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương 2: Bài thí nghiệm về đo dộ hấp thu ánh sáng trên máy NoVaSpecII I. MỤC ĐÍCH Mục đích của bài thí nghiệm nhằm giúp sinh viên hiểu rõ bản chất vật lý của hiện hấp thụ ánh sáng, mà cụ thể là:  Mỗi dung dịch hấp thu cực đại tại mỗi bươc sóng khác nhau.  Độ hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch hấp thụ. II. BÀI THÍ NGHIỆM 1. Máy quang phổ (so màu) NoVaSpec II Máy quang phổ được dùng trong khoá luận này là máy digital NoVaSpec II, cho phép sử dụng bước sóng liên tục. Kết quả đo độ hấp thu hay độ truyền suốt được hiển thị ngay trên máy, với sai số 0.001nm. Máy có cổng giao tiếp nối tiếp RS-232C cho phép ghép nối với máy in hay máy tính có cổng nối tiếp tương ứng. a. Nguyên tắc hoạt động của máy Dựa vào các định luật về sự hấp thụ ánh sáng trên, mà cụ thể là ba định luật: Định luật Lambert, Định luật Beer, Định luật Lambert-Beer, các SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH 10 [...]... bằng 8 bit và kiểu định dạng dữ liệu nối tiếp có thể từ 7 bit đến 12 bit Tuy nhiên, khi dữ liệu nối tiếp được lưu trữ trong máy tính, các bit khung bị mất, chỉ còn lại các bit dữ liệu Thêm vào đó, 8 bit dữ liệu luôn được dùng bất chấp số bit dữ liệu được dùng riêng cho việc truyền dữ liệu, với các bit không được dùng có giá trị là 0 Khi đọc và SVTH: TRƯƠNG MỸ LINH 25 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ghi dữ liệu, cần... truyền và nhận dữ liệu Một vài loại thiết bị nối tiếp chỉ hỗ trợ giao tiếp một chiều và vì vậy chỉ sử dụng hai dây trong cáp – dây truyền và dây nối đất Giao tiếp theo bit Khi bit start được gởi, máy truyền gởi các bit dữ liệu hiện thời đi Có thể là 5, 6, 7, hay 8 bit, phụ thuộc vào số bit được chọn Cả máy nhận và gởi phải chấp nhận số bit dữ liệu, cũng như tốc độ baud Hầu hết các thiết bị truyền dữ liệu. .. (startbit), các bit dữ liệu (databits), bit chẵn lẻ (parity), và các bit dừng (stopbit) Định dạng của dữ liệu nối tiếp bao gồm một bit start, năm đến tám bit dữ liệu, và một bit stop Một bit chẵn lẻ và một bit stop thêm vào có thể cũng được kèm theo định dạng Biểu đồ dưới đây minh hoạ sự định dạng của dữ liệu nối tiếp : Định dạng của dữ liệu cổng nối tiếp được biểu diễn bằng kí hiệu sau : Số bit dữ liệu - loại... chân dữ liệu và tăng giá trị cho các chân điều khiển Ngược lại, để đưa tín về trạng thái “off”, thiết bị điều khiển tăng giá trị của các chân dữ liệu, và hạ giá trị của các chân điều khiển Các trạng thái “on” và “off” cho một tín hiệu dữ liệu và tín hiệu điều khiển như sau : b Các chân dữ liệu: Hầu hết các thiết bị cổng nối tiếp đều hỗ trợ giao tiếp hai chiều, nghĩa là chúng có thể gởi và nhận dữ liệu. .. luồng dữ liệu Các loại chân điều khiển: Các chân điều khiển bao gồm RTS và CTS, DTR và DSR, CD, và RI Các chân RTS và CTS: Được dùng để báo hiệu thiết bị đã sẵn sàng để gởi hay nhận dữ liệu chưa Loại điều khiển luồng dữ liệu này - được gọi là bắt tay phần cứng - được dùng để chống sự mất mát dữ liệu trong quá trình truyền Khi được cho phép ở cả hai thiết bị DTE và DCE, việc bắt tay phần cứng dùng RTS và. .. đã sẵn sàng nhận dữ liệu  DCE chỉ định chân CTS lên cao nhằm thông báo nó đã thông trống để gởi dữ liệu thông qua chân TD Nếu dữ liệu không còn được gởi, chân CTS xuống thấp  Dữ liệu được truyền đến thiết bị DTE thông qua chân TD Nếu dữ liệu không còn được cho phép, chân RTS đươc xuống thấp bởi DTE và việc truyền dữ liệu kết thúc Các chân DTR và DSR: Nhiều thiết bị dùng các chân DSR và DTR để xác... song: Một cổng song song gởi và nhận dữ liệu 8 bit cùng lúc qua tám đường dây riêng biệt Điều này cho phép dữ liệu được truyền đi rất nhanh; tuy nhiên, đòi hỏi cáp lớn hơn bởi lượng dây riêng mà nó chứa Cổng song song được dùng chủ yếu để nối một máy tính cá nhân với một máy in và hiếm khi sử dụng cho các mục đích khác Cổng nối tiếp: Một cổng nối tiếp gởi và nhận dữ liệu theo từng bit một qua một đường... kia có thể là một modem, một máy in, máy tính khác hay một thiết bị khoa học như một máy dao động nghiệm hay một máy chức năng Như tên gọi, cổng nối tiếp gởi và nhận các byte thông tin theo kiểu nối tiếp mỗi lần một bit Các byte này được truyền dưới dạng nhị phân hay dạng text Giao tiếp hai chiều Cổng nối tiếp trên máy tính là một thiết bị hai chiều, có thể gởi và nhận dữ liệu cùng một lúc Để có thể... dụ, 8-N-1 được hiểu như 8 bit dữ liệu, không bit chẵn lẻ, và một bit dừng, trong khi đó 7-N-2 được hiểu là 7 bit dữ liệu, bit chẵn, và hai bit dừng Các bit dữ liệu thường được xem như là một kí tự bởi các bit này đại diện cho một kí tự ASCII Các bit còn lại được gọi là các bit khung bởi vì nó đóng khung cho các bit dữ liệu Tập hợp các bit tạo thành kiểu định dạng của dữ liệu nối tiếp được gọi là một... phép tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn so với phương pháp không đồng bộ, bởi các bit thêm vào để đánh dấu sự bắt đầu và kết thúc của mỗi byte dữ liệu là không cần thiết Các cổng trên các PC hệ IBM là các thiết bị không đồng bộ và vì vậy chỉ hỗ trợ các giao tiếp không đồng bộ Phương pháp không đồng bộ không cần nhận và gởi các kí tự vô ích Tuy nhiên, bắt đầu và kết thúc của mỗi byte dữ liệu phải được xác . tài XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH NHẬN DỮ LIỆU TỪ MÁY NOVASPEC II VÀO MÁY TÍNH VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU nhằm bước đầu tìm hiểu về sự ghép nối thiết bị ( mà cụ thể là máy so màu NovaSpec II ) với máy tính. thiết bị đo lường với máy tính thông qua cổng RS232C  Chương trình giao tiếp qua cổng nối tiếp của ngôn ngữ Matlab.  Xây dựng chương trình nhận và xử lý dữ liệu từ máy NovaSpec II, bằng ngôn ngữ. thuộc vào số bit được chọn. Cả máy nhận và gởi phải chấp nhận số bit dữ liệu, cũng như tốc độ baud. Hầu hết các thiết bị truyền dữ liệu đều sử dụng 7 hay 8 bit dữ liệu. Khi chỉ 7 bit dữ liệu