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

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Ovaj eksperiment koristi Arduino mikroprocesor, zajedno s predmetima za domaćinstvo, za izvođenje eksperimenta s hromatografijom na papiru i analizu rezultata koristeći tehniku sličnu ultrazvučno-vidljivoj (UV-Vis) spektroskopiji. Ovaj eksperiment ima za cilj da replicira nekoliko aspekata HPLC (High Performance Liquid Chromatography) instrumenta, kao što su hromatografsko razdvajanje i UV-Vis detekcija. Ovim eksperimentom ćete naučiti mnoge naučne 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 pomoću tekuće hromatografije i koristi UV-Vis kao detektor. U ovom eksperimentu ove će se dvije funkcije obavljati odvojeno. Papirna hromatografija će predstavljati tečnu hromatografiju unutar HPLC -a i koristiće se za odvajanje mješavina boja za hranu. Odvojene boje će se zatim koristiti za stvaranje uzoraka koji će se analizirati tehnikom sličnom UV-Vis spektroskopiji. Bit će stvorena pojednostavljena verzija UV-Vis instrumenta, koji će predstavljati detektor HPLC-a. Ovim eksperimentom naučit ćete o hromatografiji, UV-Vis spektroskopiji, funkcijama instrumenta HPLC i mikroprocesoru Arduino Uno.

Korak 3: Prikupite ove potrepštine

Papirna hromatografija:

• 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)
• Heftalica
• Olovka
• Vladar
• Cup
• Voda
• Makaze
• Plastična folija

Arduino potrošni materijal:

• 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 hromatografiju i stvorite uzorke

Hromatografija papira:

1. Izrežite pravokutnik otprilike 4x6 inča iz papirnog ubrusa.
2. Olovkom i ravnalom povucite ravnu liniju paralelnu s dužom ivicom papirnog ubrusa 1 inč od dna.
3. Olovkom nacrtajte Xs duž ove linije otprilike 1/2 do 3/4 inča jedna od druge.
4. Napravite 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 iscrtana vlastitim X. Pustite da se osuši.
6. Papirni ubrus uvaljajte 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 tačkasta strana bude najbliža vodi.
9. Vidjet ćete kako se voda upija u papirni ubrus, a boje za hranu će početi putovati uz papirni ubrus.
10. Kad linija vode na papirnom ubrusu dosegne približno 3/4 inča od vrha, uklonite papirnati ubrus iz čaše. Uklonite spajalice i ostavite da se osuše na drugom papirnom ubrusu.

Kreiranje uzoraka:

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

Korak 5: Sastavite elektroniku

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

Na Arduinu ćete koristiti sljedeće:

• 5 V izlaz
• Ground
• A0 izlaz

Koristit ćete sljedeće dijelove:

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

Korak 6: Sastavite instrument

1. Napravite držač uzorka
   • Koristite komad stiropora s rupom u sredini dovoljno velikom da zadrži vaš uzorak.
   • Napravite rupe jedna preko druge na stranama stiropora dovoljno velike da u njih stane fotootpornik. Druga rupa će biti ulaz svjetla.
   • Postavite ovo na ploču s fotootpornikom u jednoj od rupa.
2. Napravite cijev za blokiranje ambijentalnog svjetla
   • Koristite rolnu toaletnog papira i ljepljivu traku sa gornjeg kraja.
   • Ovo će sjediti iznad držača uzorka prilikom mjerenja kako bi se smanjila količina neželjene svjetlosti.

Korak 7: Programirajte instrument

1. Koristite navedeni kôd (UV_Vis_readings).
2. Potvrdite kôd.
3. Otpremite kôd na Arduino.
4. Provjerite radi li serijski monitor tako što ćete provjeriti postoje li veći brojevi kada je fotootpornik izložen svjetlu, a manji kada je otpornik u mraku.

Korak 8: Testirajte instrument

1. Stavite izopropil alkohol u staklenu cijev ili špricu.
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. Stavite rolnu 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 sa (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. Uporedite apsorpcije - Vidite li neke trendove? Jesu li intenzivnije mrlje imale višu ili nižu apsorpciju?

Korak 9: Poboljšanja

Različiti materijali:

• Filteri za kafu bili bi dobra zamjena za papirne ubruse.
• LED sijalica se može programirati u kôd da se koristi kao izvor svjetla, umjesto baterijske lampe.
• Epruvete se mogu koristiti umjesto staklene štrcaljke.

Poboljšanje razdvajanja:

Tokom papirne hromatografije 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. Takođe se mogu testirati različiti omjeri mješavina otapala

Još aplikacija:

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

Korak 10: Reference

Inspiracija za ovaj projekat 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…