Papírová chromatografie/UV-Vis experiment s Arduinem: 10 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Tento experiment používá mikroprocesor Arduino společně s domácími předměty k provedení experimentu s papírovou chromatografií a analýze výsledků pomocí techniky podobné ultrafialové viditelné (UV-Vis) spektroskopii. Tento experiment má replikovat několik aspektů nástroje HPLC (High Performance Liquid Chromatography), jako je chromatografická separace a detekce UV-Vis. S tímto experimentem se naučíte mnoho vědeckých technik a také se seznámíte s mikroprocesorem Arduino.

Krok 1: Videoukázka

Krok 2: Účel

Účelem tohoto experimentu je replikovat některé funkce nástroje HPLC. HPLC odděluje sloučeniny kapalinovou chromatografií a používá UV-Vis jako detektor. V tomto experimentu budou tyto dvě funkce prováděny samostatně. Papírová chromatografie bude představovat kapalinovou chromatografii v HPLC a bude použita k oddělení směsí potravinářských barviv. Oddělená barviva pak budou použita k vytvoření vzorků, které budou analyzovány pomocí techniky podobné UV-Vis spektroskopii. Bude vytvořena zjednodušená verze nástroje UV-Vis, který bude představovat detektor HPLC. Díky tomuto experimentu se dozvíte o chromatografii, UV-Vis spektroskopii, funkcích HPLC nástrojů a mikroprocesoru Arduino Uno.

Krok 3: Shromážděte tyto zásoby

Papírové chromatografie:

• Papírové ručníky (~ 1–2 $ za roli)
• Párátka (~ 3 $ za krabici)
• Potravinářské barvy (~ 4 $ za krabici)
• Isopropyl (tření) alkohol (~ 3 $ za láhev)
• Sešívačka
• Tužka
• Pravítko
• Pohár
• Voda
• Nůžky
• Plastový obal

Dodávky Arduina:

• Arduino Uno nebo podobný mikroprocesor (~ 15 $)
• Fotorezistor
• Rezistor (10 K ohmů)
• Dráty (muž-muž)
• Breadboard (~ 5 $)

Dodávky nástrojů:

• Svítilna
• V tomto příkladu byl použit nějaký typ injekční stříkačky z čirého skla
• Polystyrenový kus s otvorem uprostřed
• Role toaletního papíru
• Lepící páska

Krok 4: Proveďte papírovou chromatografii a vytvořte vzorky

Papírová chromatografie:

1. Z papírového ručníku vystřihněte zhruba 4x6 palcový obdélník.
2. Tužkou a pravítkem nakreslete přímku rovnoběžnou s delším okrajem papírového ručníku o 1 palec ode dna.
3. Tužkou nakreslete Xs podél této čáry zhruba 1/2 až 3/4 palce od sebe.
4. Vytvořte směsi potravinářského barviva (modrá+žlutá, modrá+červená, červená+žlutá).
5. Pomocí párátka tečkujte směsi potravinářských barev a čisté potravinářské barvy na nakreslené Xs. Každá barva nebo směs bude tečkovaná na vlastní X. Nechte zaschnout.
6. Srolujte papírový ručník do válce a spojte kratší strany. Sešijte tento válec k sobě a ponechte malou mezeru mezi oběma stranami papírového ručníku.
7. Přidejte zhruba 1/4 palce vody do šálku, který se vejde do válce, který jste vytvořili.
8. Vložte válec do šálku tečkovanou stranou nejblíže k vodě.
9. Uvidíte, jak se voda vstřebává do papírového ručníku, a potravinářské barvy začnou cestovat po papírovém ručníku.
10. Když čára vody na papírovém ručníku dosáhne asi 3/4 palce od vrcholu, vyjměte papírový ručník ze šálku. Odstraňte sponky a nechte je uschnout naplocho na jiné papírové utěrce.

Vytvoření ukázek:

1. Jakmile je papírový ručník suchý, vystřihněte různě barevná místa jak ze směsí, tak z čistého potravinářského barviva.
2. Přidejte tato vystřižená místa do isopropylalkoholu (tření).
3. Zakryjte to plastovým obalem a nechte vsáknout, dokud nebude z papírového ručníku odstraněna většina barvy.
4. To budou vzorky, které budou analyzovány pomocí UV-Vis spektroskopie.

Krok 5: Sestavte elektroniku

Podle schématu zapojení a obrázku nastavení desky připojte desku chleba k Arduinu.

Na Arduinu použijete následující:

• Výstup 5 V.
• Přízemní
• Výstup A0

Budete používat následující části:

• Samec-samec dráty
• Rezistor 10 K ohmů
• Fotorezistor

Krok 6: Sestavte nástroj

1. Vytvořte držák vzorku

   • Použijte kousek polystyrenu s dostatečně velkou dírou uprostřed, do které se váš vzorek vejde.
   • Vystrčte otvory jeden přes druhý v bocích polystyrenu dostatečně velké, aby se do nich vešel fotorezistor. Druhý otvor bude vstup světla.
   • Nastavte to na desku s fotoodporem v jednom z otvorů.

2. Vytvořte trubici, která zablokuje okolní světlo

   • Použijte roli toaletního papíru a lepicí pásku se zavřeným horním koncem.
   • Při měření bude sedět nad držákem vzorku, aby se snížilo množství nežádoucího světla.

Krok 7: Naprogramujte nástroj

1. Použijte poskytnutý kód (UV_Vis_readings).
2. Ověřte kód.
3. Nahrajte kód do Arduina.
4. Zkontrolujte, zda funkce sériového monitoru funguje, a zkontrolujte, zda jsou přítomna větší čísla, když je fotorezistor vystaven světlu, a menší čísla, když je odpor ve tmě.

Krok 8: Otestujte nástroj

1. Do skleněné zkumavky nebo stříkačky nalijte isopropylalkohol.
2. Zkumavku vložte do držáku vzorků a ujistěte se, že je zarovnána s otvory v polystyrenu.
3. Umístěte baterku se světlem vstupujícím do jednoho z otvorů.
4. Umístěte rolku toaletního papíru na horní část, abyste zablokovali další světlo.
5. Zapněte SerialMonitor a zaznamenejte měření, jakmile bude stabilní.
6. Tato hodnota je propustnost, ale je třeba ji převést.
7. Vynásobením hodnoty (5/1024) získáte skutečnou propustnost (T).
8. Pro získání absorbance proveďte následující výpočet: Absorbance = log (1/T).
9. Toto je hodnota prázdného místa.
10. Opakujte kroky 1-8 pro každý oddělený vzorek.
11. Od těchto hodnot odečtěte absorbanci blanku, aby se zohlednilo světlo pozadí.
12. Porovnejte absorbance - vidíte nějaké trendy? Byly intenzivnější skvrny vyšší nebo nižší absorbance?

Krok 9: Vylepšení

Různé materiály:

• Kávové filtry by byly dobrou náhradou papírových ručníků.
• LED žárovka by mohla být naprogramována do kódu pro použití jako zdrojové světlo, místo baterky.
• Místo skleněné stříkačky by mohly být použity zkumavky.

Zlepšení separace:

Během papírové chromatografie lze použít různá rozpouštědla ke zlepšení separace potravinářských barev. To lze otestovat tím, že se podíváme, jaká rozpouštědla dělají separaci barev ve směsích potravinářských barev jasnější. Mohly být také testovány různé poměry směsí rozpouštědel

Další aplikace:

• Podobný experiment lze provést oddělením pigmentů z rostlin.
• Mohly být testovány i jiné barevné látky.

Krok 10: Reference

Inspirace pro tento projekt pochází z následujících zdrojů:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Inspirace pro nastavení desky a kód pochází z:

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

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