Papirna kromatografija/UV-Vis eksperiment z Arduinom: 10 korakov

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-23 15:08

Ta poskus uporablja mikroprocesor Arduino skupaj z gospodinjskimi predmeti za izvedbo poskusa s kromatografijo na papirju in analizo rezultatov s tehniko, podobno ultravijolično vidni (UV-Vis) spektroskopiji. Ta poskus naj bi ponovil več vidikov instrumenta HPLC (High Performance Liquid Chromatography), kot sta kromatografsko ločevanje in odkrivanje UV-Vis. S tem poskusom se boste naučili številnih znanstvenih tehnik, pa tudi spoznali mikroprocesor Arduino.

Korak: Video demonstracija

2. korak: Namen

Namen tega poskusa je ponoviti nekatere funkcije instrumenta HPLC. HPLC ločuje spojine s tekočinsko kromatografijo in uporablja UV-Vis kot detektor. V tem poskusu se bosta ti dve funkciji izvajali ločeno. Papirna kromatografija bo predstavljala tekočinsko kromatografijo v HPLC in se bo uporabljala za ločevanje mešanic barvil za živila. Ločena barvila bodo nato uporabljena za izdelavo vzorcev, ki bodo analizirani s tehniko, podobno UV-Vis spektroskopiji. Ustvarjena bo poenostavljena različica instrumenta UV-Vis, ki bo predstavljal detektor HPLC. S tem poskusom boste spoznali kromatografijo, UV-Vis spektroskopijo, funkcije instrumenta HPLC in mikroprocesor Arduino Uno.

3. korak: Zberite te potrebščine

Papirna kromatografija:

• Papirnate brisače (~ 1-2 USD na zvitek)
• Zobotrebci (~ 3 USD na škatlo)
• Barve za živila (~ 4 USD na škatlo)
• Izopropil (drgnjenje) alkohol (~ 3 USD na steklenico)
• Spenjalnik
• Svinčnik
• Vladar
• Pokal
• Voda
• Škarje
• Plastični ovoj

Arduino potrebščine:

• Arduino Uno ali podoben mikroprocesor (~ 15 USD)
• Foto upor
• Upor (10 K ohmov)
• Žice (moški-moški)
• Ogledna plošča (~ 5 USD)

Pribor za instrumente:

• Svetilka
• Nekatere vrste prozorne steklene cevi - steklene brizge, uporabljene v tem primeru
• Kos stiropora z luknjo na sredini
• Zvitek toaletnega papirja
• Lepilni trak

4. korak: Izvedite papirno kromatografijo in ustvarite vzorce

Papirna kromatografija:

1. Iz papirnate brisače izrežite približno 4x6 palčni pravokotnik.
2. S svinčnikom in ravnilom narišite ravno črto, vzporedno z daljšim robom papirnate brisače 1 cm od spodaj.
3. S svinčnikom potegnite črte X vzdolž te črte približno 1/2 do 3/4 palcev narazen.
4. Ustvarite mešanice barvil za živila (modra+rumena, modra+rdeča, rdeča+rumena).
5. Z zobotrebcem narišite mešanice barvil hrane in čiste barve za živila na narisane črke X. Vsaka barva ali zmes bo pikčasta na svojem X. Pustite, da se posuši.
6. Papirnato brisačo zvijemo v valj, tako da krajše stranice združimo skupaj. Ta cilinder spenite skupaj, pri čemer pustite majhno vrzel med obema stranema papirnate brisače.
7. V skodelico dodajte približno 1/4 palca vode, ki bo ustrezala cilindru, ki ste ga ustvarili.
8. Valj postavite v skodelico s črtkano stranjo, ki je najbližje vodi.
9. Videli boste, kako se voda absorbira v papirnato brisačo, barve hrane pa bodo začele potovati po papirnati brisači.
10. Ko vodna črta na papirnati brisači doseže približno 3/4 palca od vrha, odstranite papirnato brisačo iz skodelice. Odstranite sponke in pustite, da se posušijo na drugi papirnati brisači.

Ustvarjanje vzorcev:

1. Ko se papirnata brisača posuši, izrežite različne barvne lise iz mešanic in čiste barvil za živila.
2. Te izrezane pike dodajte izopropilnemu alkoholu (drgnjenju).
3. Pokrijte ga s plastično folijo in pustite, da se namaka, dokler večina papirja ne odstrani s papirnate brisače.
4. To bodo vzorci, ki jih bomo analizirali s pomočjo UV-Vis spektroskopije.

5. korak: Sestavite elektroniko

Po diagramu vezja in sliki nastavitve plošče priključite ploščo za kruh na Arduino.

Na Arduinu boste uporabili naslednje:

• 5 V izhod
• Tla
• Izhod A0

Uporabili boste naslednje dele:

• Moški-moški žice
• 10 K ohmski upor
• Foto upor

Korak 6: Sestavite instrument

1. Ustvarite nosilec vzorca
   • Uporabite kos stiropora z luknjo na sredini, ki je dovolj velika, da zadrži vzorec.
   • Na straneh stiropora, ki so dovolj veliki za namestitev fotorezistorja, naredite luknje med seboj. Druga luknja bo vhod svetlobe.
   • To nastavite na ploščo s foto uporom v eni od lukenj.

2. Ustvarite cev, ki preprečuje zunanjo svetlobo

   • Uporabite zvitek toaletnega papirja in lepilni trak, zgornji konec zaprt.
   • Ta bo med meritvami sedel nad držalom vzorca, da bi zmanjšal količino neželene svetlobe.

7. korak: Programirajte instrument

1. Uporabite priloženo kodo (UV_Vis_readings).
2. Preverite kodo.
3. Naložite kodo v Arduino.
4. Preverite, ali funkcija serijskega monitorja deluje, tako da preverite, ali so prisotna večja števila, ko je foto upor izpostavljen svetlobi, in manjša, ko je upor v temi.

8. korak: Preizkusite instrument

1. Izopropilni alkohol dajte v stekleno cev ali brizgo.
2. Cev vstavite v držalo za vzorec, pri tem pazite, da se poravna z luknjami v stiroporu.
3. Svetilko postavite v eno od lukenj.
4. Na vrh položite rolo toaletnega papirja, da preprečite dodatno svetlobo.
5. Vklopite SerialMonitor in zapišite meritev, ko bo stabilna.
6. Ta vrednost je prepustnost, vendar jo je treba pretvoriti.
7. Pomnožite vrednost s (5/1024), da dobite dejansko prepustnost (T).
8. Izvedite naslednji izračun, da dobite absorbanco: Absorbance = log (1/T).
9. To je vrednost slepega dela.
10. Ponovite korake 1-8 za vsak ločen vzorec.
11. Od teh vrednosti odštejte absorbanco slepega dela, da upoštevate svetlobo ozadja.
12. Primerjajte absorbanse - Ali vidite kakšne trende? Ali so bile intenzivnejše točke višje ali nižje pri absorpciji?

9. korak: Izboljšave

Različni materiali:

• Kavni filtri bi bili dobra zamenjava za papirnate brisače.
• V kodo bi lahko programirali LED žarnico, ki bi jo uporabljali kot vir svetlobe, namesto svetilke.
• Namesto steklene brizge se lahko uporabijo epruvete.

Izboljšanje ločevanja:

Med papirnato kromatografijo bi lahko uporabili različna topila za boljše ločevanje barv hrane. To bi lahko preizkusili tako, da bi ugotovili, katera topila so naredila ločitev barv v mešanicah barvil za živila bolj očitna. Lahko bi se preizkusili tudi različna razmerja zmesi topil

Več aplikacij:

• Podoben poskus lahko izvedemo z ločevanjem pigmentov od rastlin.
• Lahko bi preizkusili tudi druge barvne snovi.

10. korak: Reference

Navdih za ta projekt so dobili naslednji viri:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Navdih za nastavitev plošče in kodo so dobili:

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

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