Chromatografia papierowa/eksperyment UV-Vis z Arduino: 10 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:02

Ten eksperyment wykorzystuje mikroprocesor Arduino wraz z przedmiotami gospodarstwa domowego do przeprowadzenia eksperymentu z chromatografią papierową i analizy wyników przy użyciu techniki podobnej do spektroskopii ultrafioletowej (UV-Vis). To doświadczenie ma na celu odtworzenie kilku aspektów aparatu HPLC (wysokosprawnej chromatografii cieczowej), takich jak rozdział chromatograficzny i detekcja UV-Vis. Dzięki temu eksperymentowi poznasz wiele technik naukowych, a także poznasz mikroprocesor Arduino.

Krok 1: Demonstracja wideo

Krok 2: Cel

Celem tego doświadczenia jest odtworzenie niektórych funkcji aparatu HPLC. HPLC rozdziela związki za pomocą chromatografii cieczowej i wykorzystuje UV-Vis jako detektor. W tym eksperymencie te dwie funkcje będą wykonywane oddzielnie. Chromatografia papierowa będzie reprezentować chromatografię cieczową w ramach HPLC i będzie stosowana do rozdzielania mieszanin barwników spożywczych. Oddzielone barwniki zostaną następnie wykorzystane do stworzenia próbek, które będą analizowane przy użyciu techniki podobnej do spektroskopii UV-Vis. Zostanie utworzona uproszczona wersja instrumentu UV-Vis, która będzie reprezentować detektor HPLC. Dzięki temu doświadczeniu poznasz chromatografię, spektroskopię UV-Vis, funkcje urządzenia HPLC oraz mikroprocesor Arduino Uno.

Krok 3: Zbierz te materiały

Materiały do chromatografii papierowej:

• Ręczniki papierowe (~ 1-2 USD za rolkę)
• Wykałaczki (~3 USD za pudełko)
• Barwniki spożywcze (~4 USD za opakowanie)
• Alkohol izopropylowy (do nacierania) (~3 USD za butelkę)
• Zszywacz
• Ołówek
• Linijka
• filiżanka
• Woda
• Nożyce
• Plastikowe opakowanie

Materiały eksploatacyjne Arduino:

• Arduino Uno lub podobny mikroprocesor (~15 USD)
• Fotorezystor
• Rezystor (10 kiloomów)
• Przewody (męsko-męski)
• Deska do krojenia chleba (~ 5 USD)

Dostawy instrumentów:

• Latarka
• Jakiś rodzaj przezroczystej szklanej rurki - szklana strzykawka użyta w tym przykładzie
• Kawałek styropianu z otworem w środku
• Rolka papieru toaletowego
• Taśma klejąca

Krok 4: Wykonaj chromatografię papieru i utwórz próbki

Chromatografia papierowa:

1. Wytnij z papierowego ręcznika prostokąt o wymiarach około 4x6 cali.
2. Za pomocą ołówka i linijki narysuj prostą linię równoległą do dłuższej krawędzi ręcznika papierowego 1 cal od dołu.
3. Za pomocą ołówka narysuj Xs wzdłuż tej linii mniej więcej 1/2 do 3/4 cala od siebie.
4. Twórz mieszanki barwników spożywczych (niebieski+żółty, niebieski+czerwony, czerwony+żółty).
5. Za pomocą wykałaczki nanieś mieszanki barwników spożywczych i czyste barwniki spożywcze na narysowane litery X. Każdy kolor lub mieszanina zostanie nakropkowany na swój własny X. Pozostaw do wyschnięcia.
6. Zwiń ręcznik papierowy w cylinder, łącząc krótsze boki. Zszyj ten walec razem, pozostawiając niewielką przerwę między dwiema stronami ręcznika papierowego.
7. Dodaj około 1/4 cala wody do kubka, który będzie pasował do utworzonego cylindra.
8. Umieść cylinder w kubku kropkowaną stroną jak najbliżej wody.
9. Zobaczysz, jak woda jest wchłaniana przez ręcznik papierowy, a barwniki spożywcze zaczną wędrować po ręczniku papierowym.
10. Gdy linia wody na ręczniku papierowym osiągnie około 3/4 cala od góry, wyjmij ręcznik papierowy z kubka. Usuń zszywki i pozostaw do wyschnięcia na innym ręczniku papierowym.

Tworzenie próbek:

1. Gdy ręcznik papierowy wyschnie, wytnij różnokolorowe plamy zarówno z mieszanki, jak i z czystego barwnika spożywczego.
2. Dodaj te wycięte miejsca do alkoholu izopropylowego.
3. Przykryj to plastikową folią i pozostaw do namoczenia, aż większość koloru zostanie usunięta z ręcznika papierowego.
4. Będą to próbki, które będą analizowane za pomocą spektroskopii UV-Vis.

Krok 5: Złóż elektronikę

Zgodnie ze schematem obwodu i obrazem konfiguracji płyty, podłącz płytkę chleba do Arduino.

Na Arduino będziesz używać następujących elementów:

• Wyjście 5 V
• Grunt
• Wyjście A0

Użyjesz następujących części:

• Przewody męskie-męskie
• Rezystor 10 kiloomów,
• Fotorezystor

Krok 6: Złóż instrument

1. Utwórz uchwyt na próbki

   • Użyj kawałka styropianu z otworem w środku wystarczająco dużym, aby pomieścić próbkę.
   • W bokach styropianu przebij naprzeciw siebie otwory na tyle duże, aby pomieścić fotorezystor. Drugim otworem będzie wejście światła.
   • Ustaw to na tablicy z fotorezystorem w jednym z otworów.
2. Utwórz rurkę, aby zablokować światło otoczenia
   • Użyj rolki papieru toaletowego i zamknij taśmą klejącą górny koniec.
   • To będzie siedzieć nad uchwytem próbki podczas wykonywania pomiarów, aby zmniejszyć ilość niepożądanego światła.

Krok 7: Zaprogramuj instrument

1. Użyj dostarczonego kodu (UV_Vis_readings).
2. Sprawdź kod.
3. Wgraj kod do Arduino.
4. Sprawdź, czy funkcja monitora szeregowego działa, sprawdzając, czy występują większe liczby, gdy fotorezystor jest wystawiony na światło, a mniejsze, gdy rezystor jest w ciemności.

Krok 8: Przetestuj instrument

1. Wlej alkohol izopropylowy do szklanej probówki lub strzykawki.
2. Umieścić probówkę w uchwycie próbki, upewniając się, że jest wyrównana z otworami w styropianu.
3. Ustaw latarkę ze światłem wpadającym do jednego z otworów.
4. Umieść rolkę papieru toaletowego na górze, aby zablokować dodatkowe światło.
5. Włącz SerialMonitor i zapisz pomiar po ustabilizowaniu się.
6. Ta wartość to transmitancja, ale należy ją przeliczyć.
7. Pomnóż wartość przez (5/1024), aby uzyskać rzeczywistą transmitancję (T).
8. Aby uzyskać absorbancję, wykonaj następujące obliczenia: Absorbancja = log (1/T).
9. To jest wartość pustego miejsca.
10. Powtórz kroki 1-8 dla każdej oddzielonej próbki.
11. Od tych wartości odejmij absorbancję ślepej próby, aby uwzględnić światło tła.
12. Porównaj absorbancje - Czy widzisz jakieś trendy? Czy bardziej intensywne plamy miały wyższą czy mniejszą absorbancję?

Krok 9: Ulepszenia

Różne materiały:

• Filtry do kawy byłyby dobrym zamiennikiem ręczników papierowych.
• Żarówka LED może być zaprogramowana w kodzie, aby służyła jako źródło światła zamiast latarki.
• Zamiast szklanej strzykawki można było użyć probówek.

Poprawa separacji:

Podczas chromatografii bibułowej można stosować różne rozpuszczalniki, aby poprawić separację barwników spożywczych. Można to przetestować, sprawdzając, jakie rozpuszczalniki sprawiają, że rozdzielenie kolorów w mieszaninach barwników spożywczych jest bardziej oczywiste. Można również przetestować różne proporcje mieszanin rozpuszczalników

Więcej aplikacji:

• Podobny eksperyment można przeprowadzić oddzielając pigmenty od roślin.
• Można również przetestować inne kolorowe substancje.

Krok 10: Referencje

Inspiracja do tego projektu pochodziła z następujących źródeł:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Inspiracją do konfiguracji tablicy i kodu pochodziła z:

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

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