Papperskromatografi/UV-Vis-experiment med Arduino: 10 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:39

Detta experiment använder en Arduino-mikroprocessor, tillsammans med hushållsartiklar, för att utföra ett papperskromatografisexperiment och analysera resultaten med en teknik som liknar Ultraviolet-Visible (UV-Vis) spektroskopi. Detta experiment är avsett att replikera flera aspekter av ett HPLC (High Performance Liquid Chromatography) instrument, såsom kromatografisk separation och UV-Vis-detektion. Du kommer att lära dig många vetenskapliga tekniker med detta experiment, samt att lära dig om Arduino -mikroprocessorn.

Steg 1: Videodemonstration

Steg 2: Syfte

Syftet med detta experiment är att replikera några av funktionerna hos ett HPLC -instrument. HPLC separerar föreningar genom vätskekromatografi och använder UV-Vis som en detektor. I detta experiment kommer dessa två funktioner att utföras separat. Papperskromatografi representerar vätskekromatografin inom HPLC och kommer att användas för att separera blandningar av livsmedelsfärgämnen. De separerade färgämnena kommer sedan att användas för att skapa prover som kommer att analyseras med en teknik som liknar UV-Vis-spektroskopi. En förenklad version av ett UV-Vis-instrument kommer att skapas, och detta kommer att representera detektorn för HPLC. Med detta experiment lär du dig om kromatografi, UV-Vis-spektroskopi, HPLC-instrumentfunktioner och Arduino Uno-mikroprocessorn.

Steg 3: Samla dessa tillbehör

Papperskromatografi:

• Pappershanddukar (~ $ 1-2 per rulle)
• Tandpetare (~ $ 3 per kartong)
• Matfärger (~ $ 4 per kartong)
• Isopropyl (gnidning) alkohol (~ $ 3 per flaska)
• Häftapparat
• Penna
• Linjal
• Kopp
• Vatten
• Sax
• Plastfolie

Arduino -tillbehör:

• Arduino Uno eller liknande mikroprocessor (~ $ 15)
• Fotoresistor
• Motstånd (10 K ohm)
• Trådar (man-hane)
• Brödbräda (~ $ 5)

Instrumenttillbehör:

• Ficklampa
• Någon typ av klart glasrör - glasspruta som används i detta exempel
• Frigolitbit med hål i mitten
• Toalettpappersrulle
• Silvertejp

Steg 4: Utför papperskromatografi och skapa prover

Papperskromatografi:

1. Skär en ungefär 4 x 6 tum stor rektangel ur en pappershandduk.
2. Använd en penna och linjal för att rita en rak linje parallellt med pappershanddukens längre kant 1 tum från botten.
3. Med hjälp av penna, rita Xs längs denna linje ungefär 1/2 till 3/4 tum från varandra.
4. Skapa blandningar av matfärg (blå+gul, blå+röd, röd+gul).
5. Använd en tandpetare, pricka matfärgblandningarna och de rena matfärgerna på de ritade X: erna. Varje färg eller blandning kommer att prickas på sitt eget X. Låt torka.
6. Rulla pappershandduken till en cylinder och för samman de kortare sidorna. Häfta ihop denna cylinder och lämna ett litet mellanrum mellan pappershanddukens två sidor.
7. Lägg ungefär en 1/4 tum vatten till en kopp som passar cylindern du skapade.
8. Sätt cylindern i koppen med den prickade sidan närmast vattnet.
9. Du kommer att se att vattnet absorberas i pappershandduken, och matfärgerna börjar resa upp pappershandduken.
10. När vattenlinjen på pappershandduken når cirka 3/4 tum från toppen, ta bort pappershandduken från koppen. Ta bort häftklamrarna och låt torka platt på en annan pappershandduk.

Skapa proverna:

1. När pappershandduken är torr, klipp ut de olika färgade fläckarna från både blandningarna och den rena matfärgen.
2. Lägg till dessa utskurna fläckar till isopropyl (gnidnings) alkohol.
3. Täck detta med plastfolie och låt dra i blöt tills majoriteten av färgen har tagits bort från pappershandduken.
4. Detta kommer att vara proverna som kommer att analyseras med UV-Vis-spektroskopi.

Steg 5: Montera elektroniken

Följ kretsdiagrammet och kortets inställningsbild, tråda brödbrädet till Arduino.

Du kommer att använda följande på Arduino:

• 5 V utgång
• Jord
• A0 -utgång

Du kommer att använda följande delar:

• Man-han-trådar
• 10 K ohm motstånd
• Fotoresistor

Steg 6: Montera instrumentet

1. Skapa en provhållare

   • Använd en bit frigolit med ett hål i mitten som är tillräckligt stort för att hålla ditt prov.
   • Peta hål mittemot varandra i frigolitets sidor som är tillräckligt stora för att rymma fotoresistorn. Det andra hålet är ljusinsläpp.
   • Sätt detta på tavlan med fotoresistor i ett av hålen.

2. Skapa ett rör för att blockera omgivande ljus

   • Använd en toalettpappersrulle och tejp den övre änden stängd.
   • Detta kommer att sitta över provhållaren vid mätningar för att minska mängden oönskat ljus.

Steg 7: Programmera instrumentet

1. Använd koden (UV_Vis_readings).
2. Verifiera koden.
3. Ladda upp koden till Arduino.
4. Kontrollera att den seriella bildskärmsfunktionen fungerar genom att se om större tal finns när fotoresistorn utsätts för ljus och mindre siffror när motståndet är mörkt.

Steg 8: Testa instrumentet

1. Lägg isopropylalkohol i glasröret eller sprutan.
2. Sätt röret i provhållaren och se till att det ligger i linje med hålen i frigolit.
3. Placera ficklampa med ljus in i ett av hålen.
4. Lägg toalettpappersrullen ovanpå för att blockera extra ljus.
5. Slå på SerialMonitor och registrera mätningen när den är stabil.
6. Detta värde är transmittans, men måste konverteras.
7. Multiplicera värdet med (5/1024) för att få den faktiska transmittansen (T).
8. Utför följande beräkning för att få absorbans: Absorbans = log (1/T).
9. Detta är värdet på ämnet.
10. Upprepa steg 1-8 för varje separerat prov.
11. Subtrahera ämnets absorbans från dessa värden för att ta hänsyn till bakgrundsljus.
12. Jämför absorbanserna - Ser du några trender? Var de mer intensiva fläckarna högre eller lägre i absorbansen?

Steg 9: Förbättringar

Olika material:

• Kaffefilter skulle vara en bra ersättning för pappershanddukar.
• En LED -lampa kan programmeras in i koden för att användas som källljus istället för en ficklampa.
• Provrör kan användas istället för glassprutan.

Förbättrad separation:

Olika lösningsmedel kan användas under papperskromatografi för att förbättra separationen av livsmedelsfärgerna. Detta kunde testas genom att se vilka lösningsmedel som gjorde separationen av färger i livsmedelsfärgblandningarna tydligare. Olika förhållanden mellan lösningsmedelsblandningar kan också testas

Fler applikationer:

• Ett liknande experiment kan utföras genom att separera pigment från växter.
• Andra färgade ämnen kan också testas.

Steg 10: Referenser

Inspiration för detta projekt kom från följande källor:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Inspiration för styrelsens inställning och kod kom från:

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

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