Papīra hromatogrāfija/UV-Vis eksperiments ar Arduino: 10 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Šis eksperiments izmanto Arduino mikroprocesoru kopā ar sadzīves priekšmetiem, lai veiktu papīra hromatogrāfijas eksperimentu un analizētu rezultātus, izmantojot ultravioletā redzamā (UV-Vis) spektroskopijai līdzīgu paņēmienu. Šis eksperiments ir paredzēts, lai atkārtotu vairākus HPLC (augstas veiktspējas šķidruma hromatogrāfijas) instrumenta aspektus, piemēram, hromatogrāfisko atdalīšanu un UV-Vis noteikšanu. Ar šo eksperimentu jūs uzzināsit daudzas zinātniskas metodes, kā arī uzzināsit par Arduino mikroprocesoru.

1. darbība: video demonstrācija

2. darbība. Mērķis

Šī eksperimenta mērķis ir atkārtot dažas HPLC instrumenta funkcijas. HPLC atdala savienojumus, izmantojot šķidruma hromatogrāfiju, un kā detektoru izmanto UV-Vis. Šajā eksperimentā šīs divas funkcijas tiks veiktas atsevišķi. Papīra hromatogrāfija atspoguļos šķidruma hromatogrāfiju HPLC un tiks izmantota pārtikas krāsvielu maisījumu atdalīšanai. Pēc tam atdalītās krāsvielas tiks izmantotas, lai izveidotu paraugus, kas tiks analizēti, izmantojot UV-Vis spektroskopijai līdzīgu paņēmienu. Tiks izveidota vienkāršota UV-Vis instrumenta versija, kas atspoguļos HPLC detektoru. Ar šo eksperimentu jūs uzzināsit par hromatogrāfiju, UV-Vis spektroskopiju, HPLC instrumentu funkcijām un Arduino Uno mikroprocesoru.

3. darbība: apkopojiet šos piederumus

Papīra hromatogrāfijas piederumi:

• Papīra dvieļi (~ 1-2 USD par ruļļu)
• Zobu bakstāmie (~ 3 USD kastē)
• Pārtikas krāsas (~ 4 USD kastē)
• Izopropilspirts (berzes) (~ 3 USD par pudeli)
• Skavotājs
• Zīmulis
• Lineāls
• Kauss
• Ūdens
• Šķēres
• Plastmasas plēve

Arduino piederumi:

• Arduino Uno vai līdzīgs mikroprocesors (~ 15 USD)
• Fotorezistors
• Rezistors (10 K omi)
• Vadi (vīrieši-vīrieši)
• Maizes dēlis (~ 5 ASV dolāri)

Instrumentu piederumi:

• Lukturis
• Šajā piemērā izmantota kāda veida caurspīdīga stikla caurule - stikla šļirce
• Putupolistirola gabals ar caurumu vidū
• Tualetes papīra rullītis
• Santehnikas līmlente

4. solis: veiciet papīra hromatogrāfiju un izveidojiet paraugus

Papīra hromatogrāfija:

1. No papīra dvieļa izgrieziet aptuveni 4x6 collu taisnstūri.
2. Izmantojot zīmuli un lineālu, uzvelciet taisnu līniju paralēli papīra dvieļa garākajai malai 1 collu no apakšas.
3. Izmantojot zīmuli, zīmējiet X pa šo līniju aptuveni 1/2 līdz 3/4 collu attālumā viens no otra.
4. Izveidojiet pārtikas krāsvielu maisījumus (zils+dzeltens, zils+sarkans, sarkans+dzeltens).
5. Izmantojot zobu bakstāmais, uzzīmējiet X krāsu zīmējumus pārtikas krāsu maisījumiem un tīrajām pārtikas krāsām. Katra krāsa vai maisījums tiks atzīmēts ar savu X. Ļaujiet nožūt.
6. Papīra dvieli sarullējiet cilindrā, apvienojot īsākās malas. Sasieniet šo cilindru kopā, atstājot nelielu atstarpi starp papīra dvieļa abām pusēm.
7. Pievienojiet apmēram 1/4 collas ūdens krūzītē, kas atbilst jūsu izveidotajam cilindram.
8. Ievietojiet balonu krūzē ar punktēto pusi, kas ir vistuvāk ūdenim.
9. Jūs redzēsiet, kā ūdens iesūcas papīra dvielī, un pārtikas krāsas sāks ceļot pa papīra dvieli.
10. Kad ūdens līnija uz papīra dvieļa sasniedz apmēram 3/4 collas no augšas, noņemiet papīra dvieli no krūzes. Noņemiet skavas un ļaujiet tām nožūt uz cita papīra dvieļa.

Paraugu veidošana:

1. Kad papīra dvielis ir sauss, izgrieziet dažādu krāsu plankumus gan no maisījumiem, gan no tīras pārtikas krāsvielas.
2. Pievienojiet šos izgrieztos plankumus izopropilspirtam (berzes).
3. Pārklājiet to ar plastmasas plēvi un ļaujiet uzsūkties, līdz lielākā daļa krāsas ir noņemta no papīra dvieļa.
4. Tie būs paraugi, kas tiks analizēti, izmantojot UV-Vis spektroskopiju.

5. solis: samontējiet elektroniku

Ievērojot shēmu un tāfeles iestatīšanas attēlu, pievienojiet maizes dēli Arduino.

Arduino jūs izmantosit sekojošo:

• 5 V izeja
• Zeme
• A0 izeja

Jūs izmantosit šādas daļas:

• Vīriešu un vīriešu vadi
• 10 K omu rezistors
• Fotorezistors

6. darbība: samontējiet instrumentu

1. Izveidojiet parauga turētāju

   • Izmantojiet putupolistirola gabalu, kura centrā ir pietiekami liels caurums, lai turētu paraugu.
   • Duriet caurumus viens otram pret putupolistirola sāniem pietiekami lielus, lai ievietotu fotorezistoru. Otrs caurums būs gaismas ieeja.
   • Iestatiet to uz tāfeles ar fotorezistoru vienā no caurumiem.

2. Izveidojiet cauruli, lai bloķētu apkārtējo gaismu

   • Izmantojiet tualetes papīra ruļļu un līmlenti, kuras augšējais gals ir aizvērts.
   • Veicot mērījumus, lai samazinātu nevēlamās gaismas daudzumu, tas atradīsies virs parauga turētāja.

7. solis: ieprogrammējiet instrumentu

1. Izmantojiet norādīto kodu (UV_Vis_readings).
2. Pārbaudiet kodu.
3. Augšupielādējiet kodu Arduino.
4. Pārbaudiet, vai seriālā monitora funkcija darbojas, noskaidrojot, vai fotorezistors ir pakļauts gaismai, un lielāki skaitļi, ja rezistors ir tumsā.

8. darbība: pārbaudiet instrumentu

1. Ievietojiet izopropilspirtu stikla mēģenē vai šļircē.
2. Ievietojiet cauruli parauga turētājā, pārliecinoties, ka tā sakrīt ar putupolistirola caurumiem.
3. Novietojiet lukturīti ar gaismu, kas nonāk vienā no caurumiem.
4. Novietojiet tualetes papīra ruļļu virs tā, lai bloķētu papildu gaismu.
5. Ieslēdziet SerialMonitor un ierakstiet mērījumu, kad tas ir stabils.
6. Šī vērtība ir caurlaidība, bet tā ir jāpārrēķina.
7. Reiziniet vērtību ar (5/1024), lai iegūtu faktisko caurlaidību (T).
8. Lai iegūtu absorbciju, veiciet šādu aprēķinu: Absorbcija = log (1/T).
9. Šī ir sagataves vērtība.
10. Katram atdalītajam paraugam atkārtojiet 1. līdz 8. darbību.
11. No šīm vērtībām atņemiet sagataves absorbciju, lai ņemtu vērā fona gaismu.
12. Salīdziniet absorbciju - vai redzat tendences? Vai intensīvākie plankumi bija augstāki vai zemāki absorbcijā?

9. solis: uzlabojumi

Dažādi materiāli:

• Kafijas filtri būtu labs papīra dvieļu aizstājējs.
• Kodā varētu ieprogrammēt LED spuldzi, lai to izmantotu kā avota gaismu, nevis lukturīti.
• Stikla šļirces vietā var izmantot mēģenes.

Atdalīšanas uzlabošana:

Papīra hromatogrāfijas laikā var izmantot dažādus šķīdinātājus, lai uzlabotu pārtikas krāsu atdalīšanu. To varēja pārbaudīt, noskaidrojot, kādi šķīdinātāji padarīja acīmredzamāku krāsu nošķiršanu pārtikas krāsu maisījumos. Varētu pārbaudīt arī dažādas šķīdinātāju maisījumu attiecības

Vairāk lietojumprogrammu:

• Līdzīgu eksperimentu var veikt, atdalot pigmentus no augiem.
• Var pārbaudīt arī citas krāsainas vielas.

10. darbība: atsauces

Iedvesma šim projektam radās no šādiem avotiem:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Iedvesma uz tāfeles iestatīšanu un kodu radās no:

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

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