Хартиена хроматография/UV-Vis експеримент с Arduino: 10 стъпки

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 12:57

Този експеримент използва микропроцесор Arduino, заедно с битови предмети, за да извърши експеримент с хроматография на хартия и да анализира резултатите, използвайки техника, подобна на ултравиолетово-видимата (UV-Vis) спектроскопия. Този експеримент има за цел да възпроизведе няколко аспекта на HPLC (високоефективна течна хроматография) инструмент, като хроматографското разделяне и откриването на UV-Vis. Ще научите много научни техники с този експеримент, както и ще научите за микропроцесора Arduino.

Стъпка 1: Видео демонстрация

Стъпка 2: Цел

Целта на този експеримент е да възпроизведе някои от функциите на HPLC инструмент. HPLC отделя съединения чрез течна хроматография и използва UV-Vis като детектор. В този експеримент тези две функции ще се изпълняват отделно. Хартиената хроматография ще представлява течната хроматография в рамките на HPLC и ще се използва за отделяне на смеси от багрила за храни. След това отделените багрила ще бъдат използвани за създаване на проби, които ще бъдат анализирани с помощта на техника, подобна на UV-Vis спектроскопията. Ще бъде създадена опростена версия на UV-Vis инструмент, който ще представлява детектора на HPLC. С този експеримент ще научите за хроматографията, UV-Vis спектроскопията, функциите на HPLC инструмента и микропроцесора Arduino Uno.

Стъпка 3: Съберете тези консумативи

Консумативи за хроматография на хартия:

• Хартиени кърпи (~ $ 1-2 на ролка)
• Клечки за зъби (~ $ 3 на кутия)
• Хранителни оцветители (~ 4 щ.д. на кутия)
• Изопропилов (втриващ) алкохол (~ $ 3 на бутилка)
• Телбод
• Молив
• Владетел
• Купа
• Вода
• Ножици
• Пластмасова опаковка

Консумативи за Arduino:

• Arduino Uno или подобен микропроцесор (~ $ 15)
• Фоторезистор
• Резистор (10 K ома)
• Проводници (мъжки-мъжки)
• Платформа (~ $ 5)

Консумативи за инструменти:

• Фенерче
• В този пример се използва някакъв вид прозрачна стъклена тръба - стъклена спринцовка
• Парче стиропор с отвор в средата
• Ролка тоалетна хартия
• Тиксо

Стъпка 4: Извършете хроматография на хартия и създайте проби

Хартиена хроматография:

1. Изрежете около 4x6 инча правоъгълник от хартиена кърпа.
2. С помощта на молив и линийка начертайте права линия, успоредна на по -дългия ръб на хартиената кърпа на 1 инч от дъното.
3. Използвайки молив, нарисувайте Xs по тази линия приблизително на 1/2 до 3/4 инча един от друг.
4. Създайте смеси от хранителни оцветители (синьо+жълто, синьо+червено, червено+жълто).
5. С помощта на клечка за зъби поставете върху начертаните символи X смесите от хранителни цветове и чистите хранителни оцветители. Всеки цвят или смес ще бъде поставен върху точка X. Оставете да изсъхне.
6. Разточете хартиената кърпа в цилиндър, сближавайки по -късите страни. Свържете този цилиндър заедно, оставяйки малка празнина между двете страни на хартиената кърпа.
7. Добавете приблизително 1/4 инча вода към чаша, която ще пасне на цилиндъра, който сте създали.
8. Поставете цилиндъра в чашата с пунктираната страна най -близо до водата.
9. Ще видите как водата се абсорбира в хартиената кърпа и хранителните цветове ще започнат да се движат нагоре по хартиената кърпа.
10. Когато водната линия на хартиената кърпа достигне около 3/4 инча от върха, извадете хартиената кърпа от чашата. Извадете скобите и ги оставете да изсъхнат на друга хартиена кърпа.

Създаване на мостри:

1. След като хартиената кърпа изсъхне, изрежете различните цветни петна както от смесите, така и от чистия хранителен оцветител.
2. Добавете тези изрязани петна към изопропилов (втриващ) алкохол.
3. Покрийте това с найлоново фолио и оставете да се накисва, докато по -голямата част от цвета не бъде отстранена от хартиената кърпа.
4. Това ще бъдат пробите, които ще бъдат анализирани с помощта на UV-Vis спектроскопия.

Стъпка 5: Сглобете електрониката

Следвайки електрическата схема и изображението за настройка на платката, свържете дъската за хляб към Arduino.

Ще използвате следното на Arduino:

• 5 V изход
• Земя
• A0 изход

Ще използвате следните части:

• Мъжко-мъжки проводници
• Резистор 10 K ohm
• Фоторезистор

Стъпка 6: Сглобете инструмента

1. Създайте държач за проба

   • Използвайте парче стиропор с отвор в центъра, достатъчно голям, за да побере вашата проба.
   • Пробийте дупки една срещу друга в страните на стиропора, достатъчно големи, за да побере фоторезистора. Другият отвор ще бъде светлинният вход.
   • Поставете това на дъската с фоторезистор в един от отворите.

2. Създайте тръба, която да блокира околната светлина

   • Използвайте ролка тоалетна хартия и тиксо, горният край е затворен.
   • Това ще седи над държача на пробата, когато правите измервания, за да намалите количеството нежелана светлина.

Стъпка 7: Програмирайте инструмента

1. Използвайте предоставения код (UV_Vis_readings).
2. Проверете кода.
3. Качете кода в Arduino.
4. Проверете дали функцията за сериен монитор работи, като видите дали има по -големи числа, когато фоторезисторът е изложен на светлина, а по -малки, когато резисторът е на тъмно.

Стъпка 8: Тествайте инструмента

1. Поставете изопропилов алкохол в стъклена тръба или спринцовка.
2. Поставете епруветката в държача за проби, като се уверите, че е подравнена с отворите в стиропора.
3. Поставете фенерчето със светлина, влизаща в един от отворите.
4. Поставете ролка тоалетна хартия отгоре, за да блокирате допълнителната светлина.
5. Включете SerialMonitor и запишете измерването, след като стане стабилно.
6. Тази стойност е пропускливост, но трябва да се преобразува.
7. Умножете стойността с (5/1024), за да получите действителната пропускливост (T).
8. Направете следното изчисление, за да получите абсорбция: Абсорбция = log (1/T).
9. Това е стойността на празното място.
10. Повторете стъпки 1-8 за всяка отделна проба.
11. Извадете абсорбцията на заготовката от тези стойности, за да отчетете фоновата светлина.
12. Сравнете абсорбциите - виждате ли някакви тенденции? По -интензивните петна бяха по -високи или по -ниски в абсорбцията?

Стъпка 9: Подобрения

Различни материали:

• Филтрите за кафе биха били добър заместител на хартиени кърпи.
• В кода може да се програмира LED крушка, която да се използва като източник на светлина, вместо фенерче.
• Епруветките могат да се използват вместо стъклената спринцовка.

Подобряване на отделянето:

По време на хартиената хроматография могат да се използват различни разтворители, за да се подобри разделянето на хранителните оцветители. Това може да се тества, като се види какви разтворители правят разделянето на цветовете в хранителните смеси по -очевидно. Могат да бъдат тествани и различни съотношения на смеси от разтворители

Още приложения:

• Подобен експеримент може да се извърши чрез отделяне на пигменти от растения.
• Могат да бъдат тествани и други цветни вещества.

Стъпка 10: Препратки

Вдъхновението за този проект идва от следните източници:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Вдъхновението за настройката на платката и кода дойде от:

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

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