Papirkromatografi/UV-Vis-eksperiment med Arduino: 10 trinn

2025 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2025-01-23 15:02

Dette eksperimentet bruker en Arduino-mikroprosessor, sammen med husholdningsartikler, til å utføre et papirkromatografieksperiment og analysere resultatene ved hjelp av en teknikk som ligner på ultrafiolett synlig (UV-Vis) spektroskopi. Dette eksperimentet er ment å gjenskape flere aspekter ved et HPLC (High Performance Liquid Chromatography) instrument, for eksempel kromatografisk separasjon og UV-Vis-deteksjon. Du vil lære mange vitenskapelige teknikker med dette eksperimentet, i tillegg til å lære om Arduino -mikroprosessoren.

Trinn 1: Videodemonstrasjon

Trinn 2: Formål

Formålet med dette eksperimentet er å gjenskape noen av funksjonene til et HPLC -instrument. HPLC skiller forbindelser gjennom væskekromatografi og bruker UV-Vis som en detektor. I dette eksperimentet vil disse to funksjonene bli utført separat. Papirkromatografi vil representere væskekromatografien i HPLC og vil bli brukt til å skille blandinger av matfargestoffer. De separerte fargestoffene vil deretter bli brukt til å lage prøver som vil bli analysert ved hjelp av en teknikk som ligner UV-Vis-spektroskopi. En forenklet versjon av et UV-Vis-instrument vil bli opprettet, og dette vil representere detektoren til HPLC. Med dette eksperimentet vil du lære om kromatografi, UV-Vis-spektroskopi, HPLC-instrumentfunksjoner og Arduino Uno-mikroprosessoren.

Trinn 3: Samle disse rekvisitaene

Papirkromatografi rekvisita:

• Papirhåndklær (~ $ 1-2 per rull)
• Tannpirkere (~ $ 3 per eske)
• Matfarger (~ $ 4 per eske)
• Isopropyl (gni) alkohol (~ $ 3 per flaske)
• Stiftemaskin
• Blyant
• Hersker
• Kopp
• Vann
• Saks
• Plastfolie

Arduino rekvisita:

• Arduino Uno eller lignende mikroprosessor (~ $ 15)
• Fotoresistor
• Motstand (10 K ohm)
• Ledninger (mann-mann)
• Brødbrett (~ $ 5)

Instrumentrekvisita:

• Lommelykt
• Noen typer klart glassrør - glasssprøyte som brukes i dette eksemplet
• Isoporbit med hull i midten
• Toalettpapirrulle
• Duct tape

Trinn 4: Utfør papirkromatografi og lag prøver

Papirkromatografi:

1. Skjær et omtrent 4 x 6 tommers rektangel ut av et papirhåndkle.
2. Bruk en blyant og linjal til å tegne en rett linje parallelt med den lengre kanten av papirhåndkleet 1 tomme fra bunnen.
3. Bruk blyant til å tegne X langs denne linjen omtrent 1/2 til 3/4 tommer fra hverandre.
4. Lag blandinger av matfarger (blå+gul, blå+rød, rød+gul).
5. Bruk en tannpirker til å prikke matfargeblandingene og de rene matfargene på de tegnede X -ene. Hver farge eller blanding vil bli prikket på sitt eget X. La det tørke.
6. Rull papirhåndkleet til en sylinder, og bring de kortere sidene sammen. Stift denne sylinderen sammen, og la det være et lite mellomrom mellom de to sidene av papirhåndkleet.
7. Tilsett omtrent 1/4 tommer vann til en kopp som passer til sylinderen du opprettet.
8. Sett sylinderen i koppen med den stiplede siden nærmest vannet.
9. Du vil se vannet bli absorbert i papirhåndkleet, og matfargene begynner å reise opp papirhåndkleet.
10. Når vannlinjen på papirhåndkleet når omtrent 3/4 tommer fra toppen, fjern papirhåndkleet fra koppen. Fjern stiftene og la det tørke flatt på et annet papirhåndkle.

Opprette prøvene:

1. Når papirhåndkleet er tørt, kutter du ut de forskjellige fargede flekkene fra både blandingene og den rene matfargen.
2. Legg disse utskårne flekkene til isopropylalkohol.
3. Dekk dette til med plastfolie og la det trekke til det meste av fargen er fjernet fra papirhåndkleet.
4. Dette vil være prøvene som vil bli analysert ved hjelp av UV-Vis spektroskopi.

Trinn 5: Sett sammen elektronikken

Følg kretsdiagrammet og oppsettbildet på brettet, led brødbrettet til Arduino.

Du vil bruke følgende på Arduino:

• 5 V utgang
• Bakke
• A0 utgang

Du vil bruke følgende deler:

• Mann-hann-ledninger
• 10 K ohm motstand
• Fotoresistor

Trinn 6: Monter instrumentet

1. Lag en prøveholder

   • Bruk et stykke isopor med et hull i midten som er stort nok til å holde prøven.
   • Stikk hull tvers over hverandre i sidene av frigolitet som er store nok til å huse fotoresistoren. Det andre hullet vil være lysinngangen.
   • Sett dette på brettet med fotoresistor i et av hullene.

2. Lag et rør for å blokkere omgivelseslyset

   • Bruk en toalettpapirrulle og duct tape den øvre enden lukket.
   • Dette vil sitte over prøveholderen når du tar målinger for å redusere mengden uønsket lys.

Trinn 7: Programmer instrumentet

1. Bruk koden (UV_Vis_readings).
2. Bekreft koden.
3. Last opp koden til Arduino.
4. Kontroller at den serielle monitorfunksjonen fungerer ved å se om større tall er tilstede når fotoresistoren utsettes for lys og mindre tall når motstanden er i mørke.

Trinn 8: Test instrumentet

1. Ha isopropylalkohol i glassrøret eller sprøyten.
2. Sett røret i prøveholderen, og pass på at det er på linje med hullene i frigolit.
3. Plasser lommelykten med lys som kommer inn i et av hullene.
4. Legg toalettpapirrullen over toppen for å blokkere ekstra lys.
5. Slå på SerialMonitor og registrer målingen når den er stabil.
6. Denne verdien er transmittans, men må konverteres.
7. Multipliser verdien med (5/1024) for å få den faktiske transmittansen (T).
8. Utfør følgende beregning for å få absorbans: Absorbans = log (1/T).
9. Dette er verdien av emnet.
10. Gjenta trinn 1-8 for hver separerte prøve.
11. Trekk fra absorbansen av emnet fra disse verdiene for å ta hensyn til bakgrunnslys.
12. Sammenlign absorbansene - Ser du noen trender? Var de mer intense flekkene høyere eller lavere i absorbansen?

Trinn 9: Forbedringer

Ulike materialer:

• Kaffefiltre ville være en god erstatning for tørkepapir.
• En LED -pære kan programmeres inn i koden for å brukes som kildelys, i stedet for lommelykt.
• Prøverør kan brukes i stedet for glasssprøyten.

Forbedring av separasjonen:

Ulike løsningsmidler kan brukes under papirkromatografi for å forbedre separasjonen av matfargene. Dette kan testes ved å se hvilke løsemidler som gjorde separasjonen av farger i matfargeblandingene mer tydelig. Ulike forhold mellom løsningsmiddelblandinger kan også testes

Flere applikasjoner:

• Et lignende eksperiment kan utføres ved å skille pigmenter fra planter.
• Andre fargede stoffer kan også testes.

Trinn 10: Referanser

Inspirasjon til dette prosjektet kom fra følgende kilder:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Inspirasjon til tavleoppsettet og koden kom fra:

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

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