Бумажная хроматография / Эксперимент в УФ-видимой области с Arduino: 10 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

В этом эксперименте используется микропроцессор Arduino вместе с предметами домашнего обихода для проведения эксперимента по хроматографии на бумаге и анализа результатов с использованием техники, аналогичной спектроскопии в ультрафиолетовой и видимой (УФ-видимой) области. Этот эксперимент предназначен для воспроизведения нескольких аспектов прибора HPLC (высокоэффективной жидкостной хроматографии), таких как хроматографическое разделение и обнаружение в УФ-видимой области. С помощью этого эксперимента вы познакомитесь со многими научными методами, а также узнаете о микропроцессоре Arduino.

Шаг 1: демонстрация видео

Шаг 2: цель

Цель этого эксперимента - воспроизвести некоторые функции прибора для ВЭЖХ. ВЭЖХ разделяет соединения с помощью жидкостной хроматографии и использует УФ-видимый свет в качестве детектора. В этом эксперименте эти две функции будут выполняться отдельно. Бумажная хроматография будет представлять собой жидкостную хроматографию в рамках ВЭЖХ и будет использоваться для разделения смесей пищевых красителей. Затем отделенные красители будут использоваться для создания образцов, которые будут проанализированы с использованием техники, аналогичной спектроскопии УФ-видимого света. Будет создана упрощенная версия прибора UV-Vis, который будет представлять собой детектор ВЭЖХ. С помощью этого эксперимента вы узнаете о хроматографии, УФ-видимой спектроскопии, функциях прибора для ВЭЖХ и микропроцессоре Arduino Uno.

Шаг 3: соберите эти припасы

Расходные материалы для бумажной хроматографии:

• Бумажные полотенца (~ 1-2 доллара за рулон)
• Зубочистки (~ 3 доллара за коробку)
• Пищевые красители (~ 4 доллара за коробку)
• Изопропиловый (медицинский) спирт (~ 3 доллара за бутылку)
• Степлер
• Карандаш
• Правитель
• чашка
• Воды
• Ножницы
• Пластиковая упаковка

Поставки Arduino:

• Arduino Uno или аналогичный микропроцессор (~ 15 долларов США)
• Фоторезистор
• Резистор (10 кОм)
• Провода (папа-папа)
• Макетная плата (~ 5 долларов США)

Принадлежности для инструментов:

• Фонарик
• Какой-то тип прозрачной стеклянной трубки - стеклянный шприц, использованный в этом примере.
• Кусок пенопласта с отверстием посередине
• Рулон туалетной бумаги
• Скотч

Шаг 4. Выполните хроматографию на бумаге и создайте образцы

Бумажная хроматография:

1. Вырежьте из бумажного полотенца прямоугольник размером примерно 4x6 дюймов.
2. Используя карандаш и линейку, нарисуйте прямую линию, параллельную более длинному краю бумажного полотенца, на расстоянии 1 дюйма от низа.
3. Карандашом нарисуйте крестики вдоль этой линии на расстоянии от 1/2 до 3/4 дюйма друг от друга.
4. Создавайте смеси пищевых красителей (синий + желтый, синий + красный, красный + желтый).
5. Используя зубочистку, нанесите смеси пищевых красителей и чистые пищевые красители на нарисованные крестики. Каждый цвет или смесь будут нанесены на свой собственный X. Дайте высохнуть.
6. Сверните бумажное полотенце в цилиндр, соединив короткие стороны вместе. Скрепите цилиндр скрепками, оставив небольшой зазор между двумя сторонами бумажного полотенца.
7. Добавьте примерно 1/4 дюйма воды в чашку, которая будет соответствовать созданному вами цилиндру.
8. Поместите баллон в чашку так, чтобы сторона с точками находилась ближе всего к воде.
9. Вы увидите, как вода впитывается в бумажное полотенце, и пищевые красители начнут подниматься по бумажному полотенцу.
10. Когда водная линия на бумажном полотенце достигнет примерно 3/4 дюйма от верха, снимите бумажное полотенце с чашки. Удалите скобы и дайте высохнуть на другом бумажном полотенце.

Создание образцов:

1. Когда бумажное полотенце высохнет, вырежьте пятна разного цвета как из смеси, так и из чистого пищевого красителя.
2. Добавьте эти вырезанные пятна в изопропиловый (медицинский) спирт.
3. Накройте это полиэтиленовой пленкой и дайте впитаться, пока большая часть цвета не будет удалена с бумажного полотенца.
4. Это будут образцы, которые будут проанализированы с помощью УФ-видимой спектроскопии.

Шаг 5: соберите электронику

Следуя принципиальной схеме и изображению настройки платы, подключите макетную плату к Arduino.

На Arduino вы будете использовать следующее:

• Выход 5 В
• Земля
• Выход A0

Вы будете использовать следующие детали:

• Провода папа-папа
• Резистор 10 кОм
• Фоторезистор

Шаг 6: соберите инструмент

1. Создать держатель образца

   • Используйте кусок пенополистирола с отверстием в центре, достаточно большим, чтобы вместить образец.
   • Проделайте отверстия друг напротив друга в стенках пенополистирола, достаточно большие, чтобы разместить фоторезистор. Другое отверстие будет входом света.
   • Установите это на плате с фоторезистором в одно из отверстий.

2. Создайте трубку, чтобы блокировать окружающий свет

   • Используйте рулон туалетной бумаги и скотч, чтобы верхний конец был закрыт.
   • Он будет располагаться над держателем образца при проведении измерений, чтобы уменьшить количество нежелательного света.

Шаг 7: запрограммируйте инструмент

1. Используйте предоставленный код (UV_Vis_readings).
2. Проверить код.
3. Загрузите код в Arduino.
4. Убедитесь, что функция последовательного монитора работает, посмотрев, присутствуют ли большие числа, когда фоторезистор подвергается воздействию света, и меньшие числа, когда резистор находится в темноте.

Шаг 8: проверьте прибор

1. Налейте изопропиловый спирт в стеклянную трубку или шприц.
2. Поместите пробирку в держатель образца, убедившись, что она совпадает с отверстиями в пенополистироле.
3. Установите фонарик так, чтобы свет попал в одно из отверстий.
4. Положите сверху рулон туалетной бумаги, чтобы заблокировать лишний свет.
5. Включите SerialMonitor и запишите стабильное измерение.
6. Это значение коэффициента пропускания, но его необходимо преобразовать.
7. Умножьте значение на (5/1024), чтобы получить фактический коэффициент пропускания (T).
8. Выполните следующий расчет, чтобы получить оптическую плотность: Поглощение = log (1 / T).
9. Это значение бланка.
10. Повторите шаги 1-8 для каждого отдельного образца.
11. Вычтите оптическую плотность бланка из этих значений, чтобы учесть фоновый свет.
12. Сравните оптическую плотность - вы видите какие-либо тенденции? Было ли поглощение более интенсивных пятен выше или ниже?

Шаг 9: Улучшения

Разные материалы:

• Кофейные фильтры станут хорошей заменой бумажным полотенцам.
• Светодиодная лампа может быть запрограммирована в код для использования в качестве источника света вместо фонарика.
• Вместо стеклянного шприца можно использовать пробирки.

Улучшение разделения:

Во время бумажной хроматографии можно использовать различные растворители для улучшения разделения пищевых красителей. Это можно проверить, посмотрев, какие растворители делают разделение цветов в смесях пищевых красителей более очевидным. Также могут быть испытаны различные соотношения смесей растворителей

Больше приложений:

• Подобный эксперимент можно провести, отделив пигменты от растений.
• Могут быть протестированы и другие окрашенные вещества.

Шаг 10: ссылки

Вдохновением для этого проекта послужили следующие источники:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Вдохновение для настройки платы и кода пришло от:

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

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