Original Article: Interactive Computer Models for Analytical Chemistry Instruction

Author: Tom O’Haver

Modelos de Computador Interativos para Instrução em Química Analítica

Tom O’Haver
Professor Emérito
Departamento de Química e Bioquímica
Universidade de Maryland em College Park
[email protected]

http://terpconnect.umd.edu/~toh/models/

Instrumentação e Metodologia de Espectroscopia


Temperatura de Cor de uma Fonte de Corpo Negro

Difração Animada Ralada 

Sistema de Medição de Luz Fotomultiplicador

Monocromador

Comparação de métodos de calibração Analíticos

Espectrometria de múltiplos comprimentos de onda


Amplificador fechado

Sistema de modulação de comprimento de onda

Espectrometria Molecular


U.V.- Espectrofotômetro Visível

Espectrofotômetro de Comprimento de Onda Dupla

Desvios Instrumentais da Lei de Beer
 

Métodos de Montagem de Curva de Calibração em Espectroscopia de Absorção 

Gama de Sinal de Ruído em Absorção Espectrofotométrica
 

Efeito da Largura de Fenda em Gama de Sinal de Ruído em Absorção Espectrocópica

Espectrômetro de Varredura de Fluorescência 


Proporção de sinal e barulho de Espectrometria Fluorescente
 

Espectometria Atômica


Sinal e Photon SNR do Espectrômetro de Emissão Atômica

Efeito da Largura de Fenda na Emissão de Espectroscopia SNR


Sobreposição de Asa de Linha
Espectroscopia de Absorção Atômica) 

Métodos Clássicos, Elétricos, e Computacionais

Planilha para Calibração de Curvas Analítica (atualizado) 

Modelo de Eletrodo de Íon de Cálcio Seletivo

Resolução de Cromatografia Capilar

Modelo de Cromatografia de 
Equilíbrio Discreto

Análise de Dados de Titulação Triptóticas 

Modelo de Curva de Titulação Monoprótica 



Esta é uma coleção gratuita de modelos de computador para download ​​e interativos de instrumentos e técnicas analíticas comuns. A maioria possui uma interface de apontar e clicar; Você clica nos botões e arrasta os controles deslizantes para controlar variáveis ​​e o modelo responde dinamicamente, muitas vezes muito mais rápido que em tempo real. Note que estas não são realmente simulações de instrumentos comerciais específicos. Eles são modelos matematicamente interativos manipuláveis ​​que são essencialmente conjuntos de equações ligadas que descrevem várias partes ou aspectos de cada sistema. A vantagem de vincular essas equações na planilha é que dá aos alunos e instrutores a oportunidade de explorar como esses relacionamentos de livros didáticos interagem uns com os outros. Meus modelos oferecem a capacidade de mudar muitas das variáveis ​​químicas e instrumentais que afetam o resultado, incluindo não apenas as variáveis ​​que são convencionalmente ajustáveis ​​em laboratório (como o comprimento de onda de um espectrômetro ou a concentração de uma solução química), mas também as variáveis ​​de projeto instrumental que são determinadas pelo fabricante do instrumento e normalmente não podem ser ajustadas pelo experimentador (como a densidade dominante de uma grade ou a gama focal de um espectrômetro).

A maioria das planilhas produz gráficos e quadros que ilustram o funcionamento interno, ou imitam a saída gerada por esses sistemas. Por serem apenas planilhas, é fácil para os instrutores e estudantes inspecionar as equações que dirigem esses modelos. Ao contrário dos programas proprietários fechados, a base, matemáticadesses modelos não está escondida, na verdade é facilmente acessível e pode ser visualizada, modificada, corrigida ou estendida por qualquer instrutor que esteja familiarizado com os conceitos básicos da construção de planilhas modernas.

Eu originalmente criei esses modelos para os cursos que eu costumava ensinar durante a década de 1990 na Universidade de Maryland em College Park:: Análise Instrumental (um curso de laboratório de graduação da divisão superior) e Métodos Espectroquímicos (um curso de pós-graduação). As planilhas basearam-se no nível de tratamento nos livros didáticos para esses cursos e foram concebidas para ser utilizadas por estudantes individuais como trabalhos de casa, para uso em sala de aula em um ambiente de laboratório de informática, no laboratório para a análise de dados gerados por alunos, ou como complemento para experiências laboratoriais, para permitir investigações sobre os fundamentos do comportamento do sistema para o qual o tempo não é disponível no laboratório. As planilhas também podem ser usadas pelo instrutor em ambientes de demonstração de leitura. Os folhetos de atribuição de alunos e experimentos sugeridos estão incluídos na maioria deles.

A base matemática para cada modelo é descrita em arquivos PDF, incluindo todas as definições de células e equações que relacionam as variáveis. As próprias equações são geralmente tomadas diretamente do tratamento típico de livros didáticos para cada tópico, às vezes com adições de outras fontes ou com a adição de pequenas quantidades de variabilidade aleatória para aproximar o comportamento de sistemas de medição reais.

Os instrutores são capazes e convidados a modificar essas planilhas de qualquer forma para seus alunos. Veja os comentários não solicitados de usuários abaixo para usuários reais dessas planilhas. 

Versões de OpenOffice Calc
Calc é o formato de planilha Open Document, parte do OpenOffice Suite, que estudantes e professores podem baixar e usar sem custos, do OpenOffice.org para Windows, Macintosh e Linux. Calc é basicamente o mesmo que o Excel. Para executar estas planilhas do Calc , você deve primeiro baixar o instalador do OpenOffice (fazer o donwload em openoffice.org), e, em seguida, instalá-lo (clicando duas vezes no arquivo do instalador que acabou de baixar) e, em seguida, baixar minhas planilhas deste site. Uma vez que o OpenOffice esteja instalado, você pode executar minhas planilhas apenas clicando duas vezes nelas. O pacote do OpenOffice também incluem um processador de texto completo, um programa de apresentação e outros componentes. Não há necessidade de os estudantes comprarem o caro pacote do Microsoft Office; A versão mais recente do OpenOffice está sempre disponível para download gratuito. Nota: Fazer o download dos arquivos .ods da planilha individual com algumas versões do Interent Explorer irá alterar os tipos de arquivo de “.ods” para “.zip”; você terá que editar os nomes dos arquivos e alterar as extensões de volta para “.ods” para que eles funcionem corretamente. Esse problema não ocorre com o Firefox ou Chrome.

  As versões Calc destes modelos também serão executadas no LibreOffice Calc, por exemplo, executando em um Raspberry Pi 3..

Versões do Microsoft Excel
PPara executar as versões do Excel (.xls ou .xlxs), você deve ter uma versão recente do Excel instalada, de preferência 2013 ou posterior. A interoperabilidade entre os arquivos Excel “.xls” e OpenOffice Calc “. ods” foi melhorada no Excel 2013 e OpenOffice versão 4, que pode ler e salvar nos formatos uns dos outros, mas ainda há alguns problemas relacionados a fontes, controles de formulários (particularmente botões de opção, caixas de seleção e controles deslizantes) e variáveis ​​nomeadas. Estou gradualmente tentando corrigir esses problemas e fornecer uma versão xls personalizada que foi testada no Excel 2013. Se você não encontrar o que deseja aqui, avise-me. Também recomendo a excelente coleção de Planilhas Interativas Excel..

Versões WingZ
Esses modelos foram desenvolvidos originalmente no início dos anos 90 no formato WingZ (.WKZ), a primeira planilha orientada a objetos com uma linguagem de script embutida chamada HyperScript., mas esse programa agora está obsoleto. Este ainda é um formato útil, pois a linguagem HyperScript tem alguns recursos únicos que são úteis neste tipo de simulação e o programa do player WingZ possui uma pegada de memória modesta e roda muito rápido, mesmo em versões anteriores, menores ou mais lentas de computadores 32-bit (mas não infelizmente no Windows 64-bit). Estou gradualmente escrevendo esses modelos no formato não-proprietário e padrão Open Document (usando OpenOffice Calc) e no Excel, mas até que esse trabalho esteja completo, alguns deles estarão disponíveis apenas no formato WingZ original. Para abrir os arquivos WKZ, você precisará do aplicativo “player” incluído nos seguintes arquivos de arquivos para PC e Mac:

Usuários de PC: Clique para baixar um conjunto básico de modelos WingZ e o aplicativo player como um arquivo ZIP (700 Kbytes)
Usuários de Mac: Clique com Shift para baixar um conjunto básico de modelos WingZ e o aplicativo player com um arquivo SIT (500 Kbtes)

Como abrir arquivos WKZ:: Ambos os arquivos acima incluem o aplicativo player WingZ que é necessário para abrir os arquivos WKZ. Verifique se TODOS os arquivos neste download são mantidos na mesma pasta. Coloque arquivos de modelo baixados separadamente (arquivos .wkz) na mesma pasta. Para executar um modelo, primeiro execute o Wingz.exe, abra os arquivos WKZ dentro do Wingz (File => Open). (Para fazer com que o WingZ inicie quando você clica duas vezes em um arquivo WKZ, você deve inserir o WKZ como novo tipo de arquivo em Ferramentas => Opções de pasta => Tipos de arquivo). Nota: é melhor baixar o conjunto básico de modelos inicialmente, para se certificar de que você possui todas as peças necessárias, então verifique aqui ocasionalmente para novos modelos, que podem ser baixados individualmente e depois transferidos para a pasta com o wingz.exe.

Se você tiver sugestões para outros modelos como esses que você gostaria de ver desenvolvido, envie um e-mail para [email protected]

O que estudantes têm a dizer sobre estes modelos


Comentários não Solicitados de Usuários em Outras Instituições

“Obrigado por um recurso tão fantástico e pelo esforço óbvio que foi feito durante sua criação … Você é um verdadeiro mordomo de nossa disciplina.”

“…o seu site cuidadosamente explicado me ajudou tremendamente …. É um recurso excelente

recurso.”

Fiquei muito animado por encontrar seu site…!

Encontrar suas trilhas em curvas de calibração foi um milagre.

“…
seu trabalho e experiência [é] muito útil para mim.”
 
“Eles são muito fáceis de usar e me ajudaram muito.”

“É um trabalho notável …seus” Modelos de Computadores Interativos para Instrução de Química Analítica “

“Este material é um trabalho realmente impressionante ….”

“…fácil de usar e entender….me salvou muitas horas de trabalho…”

fascinantes softwares interativos gratuitos. “

“Seu site me ajudou e me esclareceu muito.”
 
Estou feliz por ter encontrado o seu site, pois tem algumas informações valiosas relevantes para os projetos em que estou trabalhando atualmente.

“Os seus modelos e write ups são excelentes. É uma contribuição excelente para estudantes e membros do corpo docente de países em desenvolvimento”.

“…minha profunda gratidão pelos maravilhosos modelos de grade de difração interativa, eles são tão instrutivos e indispensáveis.”

“Eu consegui que tudo funcionasse bem e posso prometer-lhe que eles serão úteis com meus alunos.”

“Hoje eu tive a primeira experiência de simulação e os alunos ficaram excitados….”

“O laboratório [simulado] foi muito mais interessante do que a palestra, sem dúvida! … Eu tive um feedback muito bom dos alunos…”

“…muito obrigado pelo seu site!!! “

…Eu achei [suas planilhas] de grande utilidade enquanto trabalhava no meu projeto atual.”

Uau! Bom trabalho … muito bom mesmo. Suas coisas são maravilhosas!”

“Eu achei o seu site muito informativo.”

“O que eu gosto da sua demonstração de grade é que mostra claramente como a dispersão aumentada faz com que os diferentes comprimentos de onda tenham que percorrer diferentes distâncias para o sensor….”

“Deixe-me felicitá-lo por uma boa página da web! Sou engenheiro de suporte técnico para o Wingz … e e raramente me deparo com um uso tão sofisticado de nossos produtos.”


Referências
1. Scott Sinex, Chemical Excelets:  Planilhas Excel Interativas para Química Geral.. (http://academic.pgcc.edu/~ssinex/excelets/chem_excelets.htm)
2. Química – Simulações PhET (http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/chemistry)
3. Brian Tissue, Spreadsheet Simulações para Química Analítica e Física (http://www.files.chem.vt.edu/chem-ed/simulations/spreadsheets.html)