Obiettivi didattici

Al termine dell’attività gli studenti saranno in grado di:

1. Descrivere la funzione di uno spettrofotometro (sorgente → campione → rivelatore).
   
   

2. Spiegare la differenza tra intensità trasmessa, trasmittanza (T) e assorbanza (A).
   
   

3. Allestire un setup sperimentale low-cost con:
   
   

   • tubo di cartone
     
     

   • sorgente luminosa
     
     

   • cuvetta con soluzione colorata
     
     

   • fotocamera di uno smartphone come rivelatore.
     
     

4. Utilizzare il simulatore HTML5 per:
   
   

   • acquisire il bianco (I₀)
     
     

   • acquisire il campione (I)
     
     

   • calcolare T e A e interpretare qualitativamente i risultati.
     
     

5. Riconoscere i principali fattori di errore sperimentale (luce ambientale, posizione, stabilità della sorgente, esposizione della fotocamera).
   
   

Concetti chiave

• Spettrofotometria: misura quanto una soluzione assorbe la luce a una certa lunghezza d’onda.
  
  

• Percorso ottico: sorgente → campione in cuvetta → rivelatore (fotocamera).
  
  

• Trasmettanza: T=II0T = \dfrac{I}{I_0}T=I0​I​
  
  

• Assorbanza: A=−log⁡10(T)A = -\log_{10}(T)A=−log10​(T)
  
  

• Legge di Lambert–Beer (solo qualitativo): più è concentrata la soluzione, più aumenta A e diminuisce T.
  
  

Materiali

Per ogni postazione (gruppo di 2–3 studenti):

• 1 tubo di cartone (tipo tubo da carta da cucina o tubo più rigido).
  
  

• 1 sorgente luminosa:
  
  

  • lampada LED bianca piccola
    
    

  • oppure pannellino LED portatile.
    
    

• 1 cuvetta di plastica trasparente (o contenitore con pareti parallele, anche fai-da-te).
  
  

• 1 iPhone 11 (o altro smartphone con buona fotocamera).
  
  

• Nastro adesivo (o colla a caldo) per fissare:
  
  

  • la lampada a una estremità del tubo
    
    

  • il telefono all’altra estremità.
    
    

• Cartoncino nero o nastro isolante per oscurare il più possibile la luce laterale.
  
  

• Solvente (es. acqua o acqua distillata) per il bianco.
  
  

• Soluzioni colorate a concentrazioni diverse (es. colorante alimentare rosso/ blu/ verde con diluizioni: 1:10, 1:20, 1:40…).
  
  

• PC / tablet con il simulatore HTML5 aperto (uno per gruppo o uno proiettato).
  
  

Preparazione del dispositivo (parte costruttiva)

1. Preparazione del tubo
   
   

   • Prendi un tubo di cartone.
     
     

   • A circa metà lunghezza ritaglia una piccola finestra/fessura trasversale (rettangolare) dove entrerà la cuvetta.
     
     

2. Lato sorgente luminosa
   
   

   • Su una estremità del tubo, fissare la lampada LED o il pannello luminoso.
     
     

   • Assicurarsi che la luce entri dentro il tubo in modo diretto, possibilmente centrata.
     
     

3. Lato fotocamera
   
   

   • All’estremità opposta del tubo, posizionare l’iPhone in modo che la fotocamera posteriore guardi dentro il tubo.
     
     

   • Si può:
     
     

     • fissare il telefono con nastro (protetto),
       
       

     • oppure appoggiarlo su un supporto (treppiede, struttura LEGO, ecc.).
       
       

   • Il tubo dovrebbe aderire abbastanza al gruppo lenti per limitare la luce esterna.
     
     

4. Fessura per la cuvetta
   
   

   • Nella fessura centrale inserire la cuvetta: deve attraversare il tubo perpendicolarmente al fascio luminoso, proprio come in uno spettrofotometro reale.
     
     

   • Se necessario, fissare la cuvetta con un piccolo supporto in cartone o plastilina per mantenerla nella stessa posizione ad ogni misura.
     
     

Parte A – Uso dello smartphone e del simulatore HTML5

Qui colleghi il setup fisico al simulatore che misura l’intensità.

1. Impostazioni iniziali

1. Aprire sul PC/tablet il file HTML5 dello spettrofotometro che hai già creato.
   
   

2. Sullo smartphone:
   
   

   • impostare la luminosità dello schermo al massimo (serve per la comodità, ma non incide sull’esperimento).
     
     

   • aprire il browser che userà la fotocamera (se usi il simulatore direttamente sull’iPhone) oppure:
     
     

   • usare l’iPhone solo come camera e il simulatore sul PC collegato alla stessa fotocamera (se usi la camera del PC non serve questo passaggio).
     
     

3. Se usi l’iPhone direttamente con il simulatore HTML5:
   
   

   • assicurati che la pagina sia servita in HTTPS.
     
     

   • clicca su “Avvia fotocamera” nel simulatore.
     
     

2. Acquisizione del bianco (I₀)

1. Riempi la cuvetta solo con solvente (acqua distillata).
   
   

2. Inserisci la cuvetta nella fessura del tubo.
   
   

3. Accendi la lampada LED e verifica che la luce attraversi la cuvetta e arrivi alla fotocamera.
   
   

4. Sul simulatore:
   
   

   • controlla che l’immagine mostri il rettangolo (“posiziona qui la cuvetta”) centrato sulla parte illuminata della cuvetta.
     
     

   • premi il pulsante “Bianco (I₀)”.
     
     

5. Il simulatore calcolerà l’intensità media I₀ nel riquadro centrale.
   
   

Annota il valore in tabella.

3. Acquisizione del campione (I)

1. Svuota la cuvetta e riempila con la prima soluzione colorata (ad es. colorante 1:10).
   
   

2. Reinserisci la cuvetta nella stessa identica posizione nella fessura del tubo.
   
   

3. Mantieni invariati:
   
   

   • stessa lampada
     
     

   • stessa distanza
     
     

   • stessa orientazione della cuvetta
     
     

   • stessa esposizione della fotocamera (se possibile blocca AE/AF sul punto centrale).
     
     

4. Sul simulatore premi “Campione (I)”.
   
   

5. Il simulatore mostrerà:
   
   

   • Intensità I
     
     

   • Trasmettanza T=I/I0T = I / I_0T=I/I0​
     
     

   • Assorbanza A=−log⁡10(T)A = -\log_{10}(T)A=−log10​(T)
     
     

Ripeti il procedimento con soluzioni di concentrazione crescente (es. 1:20, 1:40, ecc.).