Papirna kromatografija/UV-Vis eksperiment s Arduinom: 10 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Ovaj eksperiment koristi Arduino mikroprocesor, zajedno s predmetima za kućanstvo, za izvođenje pokusa kromatografije na papiru i analizu rezultata pomoću tehnike slične spektroskopiji vidljivoj ultraljubičastoj (UV-Vis). Ovaj pokus ima za cilj ponoviti nekoliko aspekata instrumenta HPLC (High Performance Liquid Chromatography), poput kromatografskog odvajanja i detekcije UV-Vis. Ovim eksperimentom naučit ćete mnoge znanstvene tehnike, kao i naučiti o Arduino mikroprocesoru.

Korak 1: Video demonstracija

Korak 2: Svrha

Svrha ovog eksperimenta je ponoviti neke od funkcija HPLC instrumenta. HPLC odvaja spojeve tekućinskom kromatografijom i koristi UV-Vis kao detektor. U ovom eksperimentu ove će se dvije funkcije obavljati zasebno. Papirna kromatografija predstavljat će tekućinsku kromatografiju unutar HPLC -a i koristit će se za odvajanje mješavina boja za hranu. Odvojene boje tada će se koristiti za stvaranje uzoraka koji će se analizirati tehnikom sličnom UV-Vis spektroskopiji. Bit će izrađena pojednostavljena verzija UV-Vis instrumenta, koji će predstavljati detektor HPLC-a. Ovim eksperimentom naučit ćete o kromatografiji, UV-Vis spektroskopiji, funkcijama instrumenta HPLC i mikroprocesoru Arduino Uno.

Korak 3: Prikupite ove potrepštine

Papirna kromatografija:

• Papirni ubrusi (~ 1-2 USD po roli)
• Čačkalice (~ 3 USD po kutiji)
• Boje za hranu (~ 4 USD po kutiji)
• Izopropil (trljajući) alkohol (~ 3 USD po boci)
• Stapler
• Olovka
• Vladar
• Kupa
• Voda
• Škare
• Plastična folija

Arduino potrepštine:

• Arduino Uno ili sličan mikroprocesor (~ 15 USD)
• Fotootpornik
• Otpornik (10 K ohma)
• Žice (muško-muški)
• Oglasna ploča (~ 5 USD)

Pribor za instrumente:

• Svjetiljka
• U ovom primjeru se koristi neka vrsta prozirne staklene cijevi - staklene štrcaljke
• Komad stiropora s rupom u sredini
• Rola toaletnog papira
• Ljepljiva traka

Korak 4: Izvršite papirnu kromatografiju i stvorite uzorke

Papirna kromatografija:

1. Izrežite pravokutnik otprilike 4x6 inča iz papirnog ubrusa.
2. Olovkom i ravnalom povucite ravnu liniju paralelnu s dužim rubom papirnatog ubrusa 1 inč od dna.
3. Olovkom nacrtajte X po ovoj liniji udaljene otprilike 1/2 do 3/4 inča.
4. Stvorite mješavine prehrambenih boja (plava+žuta, plava+crvena, crvena+žuta).
5. Čačkalicom iscrtajte mješavine boja hrane i čiste boje hrane na iscrtane X -ove. Svaka boja ili smjesa bit će isprekidana vlastitim X. Pustite da se osuši.
6. Papirni ubrus razvaljajte u cilindar, spajajući kraće stranice. Spajajte ovaj cilindar zajedno, ostavljajući mali razmak između dvije strane papirnog ubrusa.
7. Dodajte otprilike 1/4 inča vode u šalicu koja će odgovarati cilindru koji ste stvorili.
8. Stavite cilindar u čašu tako da točkasta strana bude najbliža vodi.
9. Vidjet ćete kako se voda upija u papirnati ubrus, a boje za hranu će početi putovati uz papirnati ubrus.
10. Kad linija vode na papirnatom ubrusu dosegne približno 3/4 inča od vrha, uklonite papirnati ubrus iz šalice. Uklonite spajalice i ostavite da se osuše na drugom papirnatom ubrusu.

Izrada uzoraka:

1. Kad se papirnati ubrus osuši, izrežite mrlje različitih boja i iz mješavina i iz čiste boje za hranu.
2. Dodajte ove izrezane mrlje u izopropilni alkohol.
3. Pokrijte ovo plastičnom folijom i ostavite da se upije dok se većina boje ne ukloni s papirnatog ubrusa.
4. To će biti uzorci koji će se analizirati pomoću UV-Vis spektroskopije.

Korak 5: Sastavite elektroniku

Slijedeći dijagram kruga i sliku postavljanja ploče, povežite ploču za kruh s Arduinom.

Na Arduinu ćete koristiti sljedeće:

• 5 V izlaz
• Uzemljenje
• A0 izlaz

Koristit ćete sljedeće dijelove:

• Muško-muške žice
• 10 K ohm otpornik
• Fotootpornik

Korak 6: Sastavite instrument

1. Napravite držač uzorka
   • Upotrijebite komad stiropora s rupom u sredini dovoljno velikom da zadrži vaš uzorak.
   • Napravite jedna preko druge rupe na stranama stiropora dovoljno velike da u njih stane fotootpornik. Druga rupa bit će ulaz svjetla.
   • Postavite ovo na ploču s fotootpornikom u jednoj od rupa.

2. Napravite cijev koja će blokirati vanjsko svjetlo

   • Upotrijebite rolu toaletnog papira i ljepljivu traku s gornjeg kraja.
   • To će sjediti iznad držača uzorka tijekom mjerenja kako bi se smanjila količina neželjenog svjetla.

Korak 7: Programirajte instrument

1. Koristite navedeni kôd (UV_Vis_readings).
2. Provjerite kôd.
3. Prenesite kôd na Arduino.
4. Provjerite radi li funkcija serijskog monitora provjeravajući postoje li veći brojevi kada je fotootpornik izložen svjetlu, a manji ako je otpornik u mraku.

Korak 8: Testirajte instrument

1. Stavite izopropil alkohol u staklenu cijev ili štrcaljku.
2. Stavite epruvetu u držač za uzorke pazeći da se poravna s rupama u stiroporu.
3. Postavite svjetiljku sa svjetlom koje ulazi u jednu od rupa.
4. Postavite rolu toaletnog papira na vrh kako biste blokirali dodatno svjetlo.
5. Uključite SerialMonitor i snimite mjerenje nakon što je stabilno.
6. Ova vrijednost je propusnost, ali ju je potrebno pretvoriti.
7. Pomnožite vrijednost s (5/1024) da biste dobili stvarnu propusnost (T).
8. Izvršite sljedeći izračun da biste dobili apsorbanciju: Apsorbancija = log (1/T).
9. Ovo je vrijednost praznog mjesta.
10. Ponovite korake 1-8 za svaki odvojeni uzorak.
11. Od ovih vrijednosti oduzmite apsorbanciju slijepe površine kako biste uzeli u obzir pozadinsko svjetlo.
12. Usporedite apsorbancije - vidite li neke trendove? Jesu li intenzivnije mrlje imale višu ili nižu apsorpciju?

Korak 9: Poboljšanja

Različiti materijali:

• Filtri za kavu bili bi dobra zamjena za papirnate ubruse.
• LED žarulja se može programirati u kôd da se koristi kao izvor svjetla, umjesto svjetiljke.
• Epruvete se mogu koristiti umjesto staklene štrcaljke.

Poboljšanje razdvajanja:

Tijekom papirne kromatografije mogu se koristiti različita otapala za poboljšanje odvajanja boja hrane. To bi se moglo provjeriti ako se vidi koja otapala su učinila razdvajanje boja u mješavinama boja za hranu očiglednijim. Također se mogu ispitati različiti omjeri smjesa otapala

Više aplikacija:

• Sličan pokus može se izvesti odvajanjem pigmenata od biljaka.
• Mogle bi se ispitati i druge obojene tvari.

10. korak: Reference

Inspiracija za ovaj projekt došla je iz sljedećih izvora:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Inspiracija za postavljanje ploče i kod došla je iz:

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

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