Cromatografie pe hârtie / Experiment UV-Vis cu Arduino: 10 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Acest experiment folosește un microprocesor Arduino, împreună cu obiecte de uz casnic, pentru a efectua un experiment de cromatografie pe hârtie și a analiza rezultatele folosind o tehnică similară cu spectroscopia ultravioletă-vizibilă (UV-Vis). Acest experiment este menit să reproducă mai multe aspecte ale unui instrument HPLC (High Performance Liquid Chromatography), cum ar fi separarea cromatografică și detectarea UV-Vis. Veți învăța multe tehnici științifice cu acest experiment, precum și învățarea despre microprocesorul Arduino.

Pasul 1: demonstrație video

Pasul 2: Scop

Scopul acestui experiment este de a reproduce unele dintre funcțiile unui instrument HPLC. HPLC separă compușii prin cromatografie lichidă și folosește UV-Vis ca detector. În acest experiment, aceste două funcții vor fi îndeplinite separat. Cromatografia pe hârtie va reprezenta cromatografia lichidă în cadrul HPLC și va fi utilizată pentru a separa amestecurile de coloranți alimentari. Coloranții separați vor fi utilizați pentru a crea probe care vor fi analizate folosind o tehnică similară spectroscopiei UV-Vis. Va fi creată o versiune simplificată a unui instrument UV-Vis, care va reprezenta detectorul HPLC. Cu acest experiment, veți afla despre cromatografie, spectroscopie UV-Vis, funcțiile instrumentelor HPLC și microprocesorul Arduino Uno.

Pasul 3: Strângeți aceste consumabile

Consumabile pentru cromatografie pe hârtie:

• Prosoape de hârtie (~ 1-2 USD pe rolă)
• Scobitori (~ 3 USD pe cutie)
• Coloranți alimentari (~ 4 USD pe cutie)
• Alcool izopropilic (frecare) (~ 3 USD pe sticlă)
• Capsator
• Creion
• Rigla
• ceașcă
• Apă
• Foarfece
• Folie de plastic

Consumabile Arduino:

• Arduino Uno sau microprocesor similar (~ 15 USD)
• Fotorezistor
• Rezistor (10 K ohmi)
• Sârme (bărbat-bărbat)
• Panou (~ 5 USD)

Consumabile pentru instrumente:

• Lanternă
• Un anumit tip de tub de sticlă transparentă - seringă de sticlă utilizată în acest exemplu
• Bucată din spumă de poliester cu gaură în mijloc
• Rola de hârtie igienică
• Banda adeziva

Pasul 4: Efectuați cromatografia pe hârtie și creați mostre

Cromatografie pe hârtie:

1. Tăiați un dreptunghi de aproximativ 4x6 inch dintr-un prosop de hârtie.
2. Folosind un creion și o riglă, trageți o linie dreaptă paralelă cu marginea mai lungă a prosopului de hârtie la 1 inch de jos.
3. Folosind creionul, trageți X-uri de-a lungul acestei linii la o distanță de aproximativ 1/2 până la 3/4 inci.
4. Creați amestecuri de coloranți alimentari (albastru + galben, albastru + roșu, roșu + galben).
5. Folosind o scobitoare, punctați amestecurile de culori alimentare și culorile alimentare pure pe X-urile desenate. Fiecare culoare sau amestec va fi punctat pe propriul său X. Se lasă să se usuce.
6. Rulați prosopul de hârtie într-un cilindru, aducând părțile mai scurte împreună. Capsați acest cilindru împreună, lăsând un mic spațiu între cele două părți ale prosopului de hârtie.
7. Adăugați aproximativ 1/4 inch de apă la o ceașcă care se va potrivi cilindrului pe care l-ați creat.
8. Puneți cilindrul în cupă cu partea punctată cea mai apropiată de apă.
9. Veți vedea cum apa este absorbită în prosopul de hârtie, iar culorile alimentare vor începe să călătorească pe prosopul de hârtie.
10. Când linia de apă de pe prosopul de hârtie ajunge la aproximativ 3/4 inci de sus, scoateți prosopul de hârtie din ceașcă. Îndepărtați capsele și lăsați să se usuce pe un alt prosop de hârtie.

Crearea probelor:

1. Odată ce prosopul de hârtie este uscat, decupați diferitele pete colorate atât din amestecuri, cât și din colorantul alimentar pur.
2. Adăugați aceste pete tăiate la alcool izopropilic (frecare).
3. Acoperiți-o cu folie de plastic și lăsați-o să se înmoaie până când cea mai mare parte a culorii a fost îndepărtată de pe prosopul de hârtie.
4. Acestea vor fi probele care vor fi analizate utilizând spectroscopia UV-Vis.

Pasul 5: Asamblați aparatele electronice

Urmând schema de circuit și imaginea de configurare a plăcii, conectați placa de pâine la Arduino.

Veți utiliza următoarele pe Arduino:

• Iesire de 5 V.
• Sol
• Ieșire A0

Veți utiliza următoarele părți:

• Firele mascul-mascul
• Rezistor de 10 K ohm
• Fotorezistor

Pasul 6: Asamblați instrumentul

1. Creați un suport de probă

   • Folosiți o bucată de spumă de poliester cu o gaură în centru suficient de mare pentru a vă menține proba.
   • Îndepărtați găuri una față de cealaltă în părțile laterale ale spumei poliuretanice suficient de mari pentru a găzdui fotorezistorul. Cealaltă gaură va fi intrarea luminii.
   • Setați acest lucru pe tablă cu fotorezistor într-una din găuri.

2. Creați un tub pentru a bloca lumina ambientală

   • Folosiți o rolă de hârtie igienică și banda adezivă, capătul superior închis.
   • Aceasta va sta deasupra suportului probei atunci când se efectuează măsurători pentru a reduce cantitatea de lumină nedorită.

Pasul 7: Programați instrumentul

1. Utilizați codul furnizat (UV_Vis_readings).
2. Verificați codul.
3. Încărcați codul pe Arduino.
4. Verificați dacă funcția monitorului serial funcționează văzând dacă sunt prezente numere mai mari atunci când fotorezistorul este expus la lumină și numere mai mici atunci când rezistorul este în întuneric.

Pasul 8: Testați instrumentul

1. Puneți alcool izopropilic în tub de sticlă sau seringă.
2. Puneți tubul în suportul de probă, asigurându-vă că se aliniază cu găurile din spuma de poliester.
3. Poziționați lanterna cu lumina care intră într-una dintre găuri.
4. Așezați rola de hârtie igienică deasupra pentru a bloca lumina suplimentară.
5. Porniți SerialMonitor și înregistrați măsurarea odată stabilă.
6. Această valoare este transmitanță, dar trebuie convertită.
7. Înmulțiți valoarea cu (5/1024) pentru a obține transmitanța reală (T).
8. Efectuați următorul calcul pentru a obține absorbanță: Absorbanță = log (1 / T).
9. Aceasta este valoarea golului.
10. Repetați pașii 1-8 pentru fiecare probă separată.
11. Scădeți absorbanța golului din aceste valori pentru a ține cont de lumina de fundal.
12. Comparați absorbanțele - vedeți vreo tendință? Punctele mai intense au fost mai mari sau mai mici în absorbanță?

Pasul 9: Îmbunătățiri

Diferite materiale:

• Filtrele de cafea ar fi un bun înlocuitor pentru prosoapele de hârtie.
• Un bec LED ar putea fi programat în cod pentru a fi utilizat ca sursă de lumină, în loc de lanternă.
• Eprubete ar putea fi utilizate în locul seringii de sticlă.

Îmbunătățirea separării:

S-ar putea folosi diferiți solvenți în timpul cromatografiei pe hârtie pentru a îmbunătăți separarea culorilor alimentare. Acest lucru ar putea fi testat văzând ce solvenți au făcut mai evidentă separarea culorilor din amestecurile de culori alimentare. Diferite raporturi de amestecuri de solvenți ar putea fi, de asemenea, testate

Mai multe aplicații:

• Un experiment similar poate fi realizat prin separarea pigmenților de plante.
• Ar putea fi testate și alte substanțe colorate.

Pasul 10: Referințe

Inspirația pentru acest proiect a venit din următoarele surse:

www.purdue.edu/science/science-express/lab…

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Inspirația pentru configurarea și codul plăcii a venit de la:

www.instructables.com/id/How-to-use-a-phot…

create.arduino.cc/projecthub/Ayeon0122/rea…