Popieriaus chromatografija/UV-Vis eksperimentas su „Arduino“: 10 žingsnių

2025 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2025-01-23 14:58

Šiame eksperimente naudojamas „Arduino“mikroprocesorius kartu su namų apyvokos daiktais, kad būtų atliktas popieriaus chromatografijos eksperimentas ir analizuojami rezultatai, naudojant metodą, panašią į ultravioletinių matomų (UV-Vis) spektroskopiją. Šis eksperimentas skirtas pakartoti kelis HPLC (didelio našumo skysčių chromatografijos) prietaiso aspektus, tokius kaip chromatografinis atskyrimas ir UV-Vis aptikimas. Su šiuo eksperimentu sužinosite daug mokslinių metodų, taip pat sužinosite apie „Arduino“mikroprocesorių.

1 žingsnis: vaizdo įrašo demonstravimas

2 žingsnis: tikslas

Šio eksperimento tikslas yra atkartoti kai kurias HPLC prietaiso funkcijas. HPLC atskiria junginius skysčių chromatografijos būdu ir naudoja UV-Vis kaip detektorių. Šiame eksperimente šios dvi funkcijos bus atliekamos atskirai. Popierinė chromatografija atspindi skysčių chromatografiją HPLC ir bus naudojama maistinių dažų mišiniams atskirti. Tada atskirti dažai bus naudojami mėginiams sukurti, kurie bus analizuojami naudojant UV-Vis spektroskopijos metodą. Bus sukurta supaprastinta UV-Vis prietaiso versija, kuri parodys HPLC detektorių. Atlikdami šį eksperimentą sužinosite apie chromatografiją, UV-Vis spektroskopiją, HPLC prietaiso funkcijas ir „Arduino Uno“mikroprocesorių.

3 žingsnis: surinkite šias reikmenis

Popieriaus chromatografijos reikmenys:

• Popieriniai rankšluosčiai (~ 1-2 USD už ritinį)
• Dantų krapštukai (~ 3 USD už dėžutę)
• Maisto spalvos (~ 4 USD už dėžutę)
• Izopropilo alkoholis (~ 3 USD už butelį)
• Susegiklis
• Pieštukas
• Valdovas
• Taurė
• Vanduo
• Žirklės
• Plastiko pakuotė

„Arduino“reikmenys:

• „Arduino Uno“ar panašus mikroprocesorius (~ 15 USD)
• Fotorezistorius
• Rezistorius (10 K omų)
• Laidai (patinas-vyras)
• Duonos lenta (~ 5 USD)

Instrumentų reikmenys:

• Žibintuvėlis
• Šiame pavyzdyje naudojamas tam tikras skaidraus stiklo vamzdelio tipas - stiklo švirkštas
• Putplasčio gabalas su skylute viduryje
• Tualetinio popieriaus ritinėlis
• Lipni juosta

4 žingsnis: atlikite popieriaus chromatografiją ir sukurkite pavyzdžius

Popieriaus chromatografija:

1. Iš popierinio rankšluosčio iškirpkite maždaug 4x6 colių stačiakampį.
2. Pieštuku ir liniuote nubrėžkite tiesią liniją, lygiagrečią ilgesniam popierinio rankšluosčio kraštui 1 colio atstumu nuo apačios.
3. Naudodami pieštuką, nubrėžkite X išilgai šios linijos maždaug nuo 1/2 iki 3/4 colio atstumu.
4. Sukurkite maistinių dažų mišinius (mėlyna+geltona, mėlyna+raudona, raudona+geltona).
5. Naudodami dantų krapštuką, ant nupieštų X žymėkite maisto spalvų mišinius ir grynas maisto spalvas. Kiekviena spalva ar mišinys bus taškuoti ant savo X. Leiskite išdžiūti.
6. Susukite popierinį rankšluostį į cilindrą, sujungdami trumpesnes puses. Sujunkite šį cilindrą, palikdami nedidelį tarpą tarp abiejų popierinio rankšluosčio pusių.
7. Į puodelį įpilkite maždaug 1/4 colio vandens, kuris tiks jūsų sukurtam cilindrui.
8. Įdėkite cilindrą į puodelį taškuota puse arčiausiai vandens.
9. Pamatysite, kaip vanduo įsigeria į popierinį rankšluostį, o maisto spalvos pradės keliauti popieriniu rankšluosčiu.
10. Kai vandens linija ant popierinio rankšluosčio pasieks maždaug 3/4 colio nuo viršaus, išimkite popierinį rankšluostį iš puodelio. Nuimkite segtukus ir leiskite išdžiūti ant kito popierinio rankšluosčio.

Pavyzdžių kūrimas:

1. Kai popierinis rankšluostis išdžius, iš mišinio ir gryno maistinio dažiklio iškirpkite skirtingų spalvų dėmes.
2. Pridėkite šias išpjautas dėmes prie izopropilo (trinamojo) alkoholio.
3. Uždenkite tai plastikine plėvele ir leiskite įsigerti, kol didžioji dalis spalvos bus pašalinta iš popierinio rankšluosčio.
4. Tai bus mėginiai, kurie bus analizuojami naudojant UV-Vis spektroskopiją.

5 žingsnis: Surinkite elektroniką

Vadovaudamiesi grandinės schema ir plokštės sąrankos vaizdu, prijunkite duonos lentą prie „Arduino“.

„Arduino“naudosite šiuos dalykus:

• 5 V išėjimas
• Gruntas
• A0 išėjimas

Jūs naudosite šias dalis:

• Vyrų ir vyrų laidai
• 10 K omų rezistorius
• Fotorezistorius

6 žingsnis: Surinkite instrumentą

1. Sukurkite mėginio laikiklį

   • Naudokite polistirolo gabalėlį, kurio centre yra pakankamai didelė skylė, kad galėtumėte laikyti mėginį.
   • Padarykite skyles viena prieš kitą polistirolo šonuose, pakankamai didelius, kad tilptų fotorezistorius. Kita skylė bus šviesos įvestis.
   • Nustatykite tai ant lentos su fotorezistoriumi vienoje iš skylių.

2. Sukurkite vamzdelį, kad apsaugotumėte aplinkos šviesą

   • Naudokite tualetinio popieriaus ritinėlį ir priklijuokite lipnią juostą.
   • Atliekant matavimus, kad būtų sumažintas nepageidaujamos šviesos kiekis, jis sėdės virš mėginio laikiklio.

7 žingsnis: užprogramuokite priemonę

1. Naudokite pateiktą kodą (UV_Vis_readings).
2. Patikrinkite kodą.
3. Įkelkite kodą į „Arduino“.
4. Patikrinkite, ar veikia serijinio monitoriaus funkcija, matydami, ar esant didesniam skaičiui, kai fotorezistorius yra veikiamas šviesos, ir mažesniems, kai rezistorius yra tamsoje.

8 žingsnis: išbandykite prietaisą

1. Į stiklinį mėgintuvėlį ar švirkštą įpilkite izopropilo alkoholio.
2. Įdėkite mėgintuvėlį į mėginio laikiklį ir įsitikinkite, kad jis sutampa su polistirolo putomis.
3. Padėkite žibintuvėlį su šviesa, patenkančia į vieną iš skylių.
4. Uždenkite tualetinio popieriaus ritinį ant viršaus, kad užblokuotumėte papildomą šviesą.
5. Įjunkite „SerialMonitor“ir užfiksuokite matavimą, kai stabilus.
6. Ši vertė yra pralaidumas, tačiau ją reikia konvertuoti.
7. Padauginkite vertę iš (5/1024), kad gautumėte faktinį pralaidumą (T).
8. Norėdami gauti absorbciją, atlikite šiuos skaičiavimus: Absorbcija = log (1/T).
9. Tai ruošinio vertė.
10. Pakartokite 1–8 veiksmus kiekvienam atskiram mėginiui.
11. Iš šių verčių atimkite ruošinio sugertį, kad atsirastų foninė šviesa.
12. Palyginkite absorbciją - ar matote kokių nors tendencijų? Ar intensyvesnės dėmės buvo didesnės ar mažesnės absorbcijos?

9 žingsnis: patobulinimai

Skirtingos medžiagos:

• Kavos filtrai būtų geras popierinių rankšluosčių pakaitalas.
• Į kodą galima užprogramuoti LED lemputę, kuri būtų naudojama kaip šaltinio lemputė, o ne žibintuvėlis.
• Vietoj stiklo švirkšto galima naudoti mėgintuvėlius.

Atskyrimo gerinimas:

Popieriaus chromatografijos metu galima naudoti skirtingus tirpiklius, kad būtų geriau atskirtos maisto spalvos. Tai būtų galima patikrinti matant, kokie tirpikliai padaro akivaizdesnį spalvų atskyrimą maisto spalvų mišiniuose. Taip pat būtų galima išbandyti skirtingus tirpiklių mišinių santykius

Daugiau programų:

• Panašų eksperimentą galima atlikti ir atskiriant pigmentus nuo augalų.
• Galima išbandyti ir kitas spalvotas medžiagas.

10 žingsnis: nuorodos

Šio projekto įkvėpimas kilo iš šių šaltinių:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Lentos sąrankos ir kodo įkvėpimas kilo iš:

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

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